Definice Vodního Součinitele Betonu
Vodní součinitel (v/c = množství vody/množství cementu) je důležitým parametrem pro složení betonu. Při dané konzistenci má beton s nižším vodním součinitelem vyšší pevnost a vyšší trvanlivost.
Vodní součinitel se používá pro stanovení maximálního vodního součinitele a minimálního množství pojiva v betonu s aktivní příměsí s ohledem na jednotlivé stupně prostředí podle přílohy F.1. V [1] v článku 5.2.5.2. sice definice k-hodnoty je, avšak postup pro její stanovení pro jednotlivé typy příměsí a použitý typ cementu popsán není.
Abychom při návrhu betonu mohli vzít v úvahu vliv vlastností aktivní příměsi, resp. její vliv na vlastnosti betonu, k-hodnota používá vztah efektivního vodního součinitele a pevnosti betonu. Tento princip byl rozvinut v roce 1967 [4]. Efektivní vodní součinitel se číselně rovná vodnímu součiniteli betonu pouze s cementem stejné pevnosti ve stejném čase jako uvažovaný beton s příměsí.
Pro betony s příměsí je příměs v rovnici voda/cement uvažována jako náhrada části cementu, která je opatřena hodnotou k.
kde w0 je vodní součinitel betonu bez příměsi [-], v obsah vody použité v betonu s příměsí [kg/m3], c obsah cementu v betonu s příměsí [kg/m3] a p obsah příměsi [kg/m3].
Čtěte také: Vylepšení betonu pomocí vodního skla
Koncepce k-hodnoty je preskriptivní metoda založená na porovnání trvanlivosti (nebo pevnosti) referenčního betonu s cementem A a betonu, v němž je část cementu A nahrazena příměsí. Tato příměs je započítána jako funkce vodního součinitele a množství příměsi ve tvaru v/(c + k∙p) [2].
Vliv Vodního Součinitele na Vlastnosti Betonu
Pevnost
Krychelné pevnosti byly logicky nejvyšší u receptury s nejnižším vodním součinitelem, se zvyšujícím se vodním součinitelem pevnosti klesaly.
Ve všech zkoušených stářích můžeme vidět, že se zvyšující se náhradou elektrárenským popílkem se pevnost v tlaku snižuje. K nejvyššímu poklesu dochází ve stáří 7 dní. Cementová malta se 40% náhradou cementu elektrárenským popílkem dosahuje pouze 50 % pevnosti v tlaku referenční cementové malty. Pro následující stáří byl pokles pevností v tlaku menší, resp. na 65 % pevnosti v tlaku referenčních vzorků, a to pro malty se 40% náhradou cementu popílkem.
Trvanlivost
Trhliny v raném věku vznikaly nejvýrazněji u receptury s nejvyšším vodním součinitelem.
Z hlediska vzduchové propustnosti vykazuje povrchová vrstva poměrně vyrovnané vlastnosti, co se týká její kvality.
Čtěte také: Aplikace vodního skla
Konzistence
Konzistence čerstvých malt se s vyšším množstvím popílku snižovaly.
Příměsi do Betonu
Aktivní příměsi se používají do betonu jako náhrada cementu z několika důvodů. Příměsi do betonu mohou přispět ke zlepšení různých vlastností čerstvého i zatvrdlého betonu.
Index účinnosti Iu [%] je jednou z možností popisu vlivu aktivních příměsí (v tomto případě elektrárenského popílku) na pevnost v tlaku cementových malt.
Index účinnosti je poměr pevnosti v tlaku malty s částečnou náhradou cementu elektrárenským popílkem a pevnosti v tlaku referenční malty. Z tohoto důvodu průběh indexů účinnosti odpovídá průběhům pevností v tlaku.
Uvedené k-hodnoty dosahují vyšších hodnot než doporučená k-hodnota uvedená v ČSN EN 206+A2, která je rovna 0,4 pro elektrárenský popílek v kombinaci s cementem CEM II v maximální náhradě 25 %. Podle dosažených k-hodnot uvedených v grafu na obr. 5 lze odvodit, že stanovené k-hodnoty jsou vyšší než tato doporučená hodnota již ve stáří 7 dní a se zvyšujícím se stářím vzorků nadále rostou. Při použití vyšší k-hodnoty při výpočtu ekvivalentního množství pojiva a vodního součinitele v návrhu betonu můžeme dosáhnout toho, že ekvivalentní množství pojiva v betonu bude vyšší, tím pádem se sníží i vodní součinitel betonové směsi, díky čemuž by se mohlo použít vyšší množství elektrárenského popílku pro jednotlivé expoziční třídy.
Čtěte také: Postup hydroizolace pomocí vodního skla
Je zde pouze odkaz na CEN/TR 16639 [3], který se v ČR nepoužívá. Uvedené příklady k-hodnot pro aktivní příměsi jsou obecně stanovené s příliš vysokou bezpečností a lze je brát jako doporučení, které ovšem zdaleka není řešení ekonomické a nevyčerpává vazný potenciál dané aktivní příměsi.
Tato rovnice je odvozena z Nevillova vztahu vodního součinitele a pevnosti v tlaku [10]. Díky tomu, že vychází z pevnosti betonu v tlaku, lze k-hodnoty stanovené pomocí této rovnice použít pouze pro návrh betonů, které nejsou zatěžovány agresivním prostředím, mrazem, chemickými rozmrazovacími látkami atd.
Experimentální Práce
Experimentální práce byly zaměřeny na stanovení vzniku a rozvoje trhlin u jednotlivých receptur s různým vodním součinitelem a různým typem použitých vláken. Na dalších tělesech byla sledována propustnost povrchové krycí vrstvy pro vzduch jako odhad aktuální trvanlivosti betonu.
Předmětem experimentu bylo stanovení vlastností cementových malt s náhradou portlandského směsného cementu CEM II/A‑S 42,5 R popílkem MVM Mátrai Energia v množství 10, 20, 30 a 40 % hmotnosti cementu. Byly vyrobeny cementové malty se stejným vodním součinitelem, přičemž vodní součinitel byl brán jako poměr hmotnosti vody ku součtu hmotnosti cementu a elektrárenského popílku. Jako referenční malty byly použity malty vyrobené pouze s cementem CEM II/A‑S 42,5 R.
Pro míchání čerstvého betonu byla použita míchačka s nuceným oběhem. Nejprve bylo do míchačky nadávkováno hrubé kamenivo obou frakcí, dále drobné těžené kamenivo a polovina dávky vody. Po krátkém promíchání kameniva s vodou byl přidán cement a dále druhá polovina dávky vody. Pro každý vodní součinitel byla vybetonována tzv. referenční směs bez vláken a dále dvě směsi s vlákny, a to Stavon (polymerní monofilamentní mikrovlákna, délka vláken 12 mm) a Econo-Net (polypropylenová vlákna vyráběná ve fibrilované formě, délka vláken 38 mm). Vlákna byla dávkována v množství doporučeném výrobcem, tj.
Pro měření vzniku a rozvoje trhlin byla vyrobena tělesa se třemi vruby, z nichž jeden je vysoký 78 mm a dva menší mají výšku 38 mm, přičemž forma má výšku 100 mm. Měření šířky trhlin bylo realizováno po délce formy 350 mm v úsecích po 50 mm.
Měření propustnosti betonu pro vzduch přístrojem TPT spočívá v měření proudění vzduchu do vnitřní komory přístroje. Základními prvky přístroje jsou dvoukomorová vakuová buňka a regulátor tlaku, které obstarávají proudění vzduchu do vnitřní komory orientované kolmo k povrchu zkoušené konstrukce. Přístroj pracuje ve spojení s vakuovým čerpadlem.
Na všech vzorcích byla sledována konzistence podle ČSN EN 1015 - 3 [7], na ztvrdlých cementových maltách pak pevnosti v tlaku a tahu za ohybu podle ČSN EN 196 - 1 [8]. Index účinnosti byl stanoven podle ČSN EN 450 - 1 [9]. Zrání vzorků probíhalo ve vodním uložení.
Závěr
Stanovené k-hodnoty mají obdobný průběh jako pevnosti v tlaku. Nejvyšší k-hodnoty jsou pro 10% náhradu cementu elektrárenským popílkem a s vyšší náhradou cementu popílkem se snižují. Ovšem v tomto případě se nejedná o tak velký pokles jako u pevností v tlaku.
Nejvyšších pevností v tlaku dosahovaly referenční cementové malty bez elektrárenského popílku. S přidáním popílku se pevnosti v tlaku snižovaly až na hodnotu 50 % ve stáří 7 dní v případě 40% náhrady popílkem a na hodnotu 65 % ve stáří 28 a 90 dní s uvedenou náhradou. Tomu odpovídají i stanovené indexy účinnosti. Pokud budeme uvažovat normové požadavky na index účinnosti podle ČSN EN 450 - 1 [9], tak lze říci, že optimální náhrada cementu je v tomto případě 30 % a méně.
V grafu na obr. 6 jsou uvedeny lineární závislosti k-hodnoty na množství náhrady cementu elektrárenským popílkem ve stáří 7, 28 a 90 dní. Tyto závislosti umožňují dopočítání mezilehlých hodnot pro jiné než zde použité náhrady cementu daným popílkem.
Po stanovení fyzikálních vlastností cementu a elektrárenského popílku byly namíchány cementové malty s náhradou cementu elektrárenským popílkem. Závěrem byly stanoveny k-hodnoty na základě vztahu vodního součinitele a pevnosti v tlaku.
tags: #vodní #součinitel #betonu #definice