Nagyszilárdságú öntömörödő betonok (HSSCC) szilárdulási folyamatai I. = Hardening process (I) of high-strenght self-compacting concretes

66 Épí Ęanyag 59. é . 2007. 3. szám ANYAGTUDOMÁNY Nagyszilá dságú ön ömö ödĘ be onok (HSSCC) szilá dulási olyama ai I. D . Salem G. Nehme PhD. – BME Épí Ęanyagok és Mé nökgeológia Tanszék D . Ko ács Im e PhD. – Deb eceni Egye em MĦszaki FĘiskolai Ka , Épí Ęmé nöki Tanszék Ko ács Józse BSc. – Deb eceni Egye em MĦszaki FĘiskolai Ka , Épí Ęmé nöki Tanszék Ha dening p ocess (I) o high-s engh sel -compac ing conc e es The ha dening p ocesses o high s eng h sel -compac ing conc e es a e gene- ally desc ibed wi h na u al loga i hm unc ions. The aim o his publica ion is he o e all in es iga ion o hese p ocesses in o de o analyse he impac s o conc e e- echnological cha ac e is ics especially on he g aph o he unc ion. Keywo ds: sel -compac ing conc e e, high-s eng h conc e e, ela i e comp- essi e s eng h, ea ly s eng h Kulcssza ak: ön ömö ödĘ be on, nagyszilá dságú be on, ela í nyomószi- lá dság, ko ai nyomószilá dság 1. Be eze és Napjaink be on echnológiája a ko sze Ħ adaléksze eknek köszönhe Ęen lehe Ę é eszi az egy e nagyobb eljesí Ęké- pességĦ és a ósságú be ons uk ú ák meg alósí ásá . A nagy ko ai szilá dságú és öbb min 150 N/mm2 nyomószi- lá dságú be onok, alamin a bedolgozás elĘ hosszabb idĘn ke esz ül s abilizálha ó be onke e ékek e Ęl meggyĘzĘ bizonyí éko nyúj anak. Az elmúl é izedben egy e széle- sebb kö ben e jed ek el az ön ömö ödĘ és a nagyszilá dságú be onok. Ez a ejlĘdés ilágsze e új lehe Ęségeke biz osí az ipa számá a, melye a nagyszilá dságú és az ön ömö ödĘ be onok különleges ulajdonságainak egyesí ése jelen he . Amennyiben a be on echnológia ejlĘdésének en- denciái fi gyelemmel kísé jük, áéb edünk, hogy a nagy eljesí Ęképesség és az egysze Ħ bedolgozha óság melle a szilá dulási olyama az ipa ál al elhasznál be onokkal szemben ámasz o alap e Ę kö e elmények közé a ozik. Ennek jelen Ęsége abban ejlik, hogy mind az elĘ egyá o , mind a helyszíni be onok ese ében a nagy ko ai szilá dság a gyá ás, alamin a ki i elezés idejé csökken he i. Cikkünk célja a nagyszilá dságú, ön ömö ödĘ be onok ki i elezés és gazdaságosság szempon jából megha á ozó jelen ĘségĦ szilá dulási olyama ainak izsgála a külön- bözĘ be on echnológiai pa amé e ek melle . 2. Fogalommegha á ozás Az ön ömö ödĘ be on zsaluza ba öl éseko szükség- elen a be on bá milyen ömö í ése, minden kiegészí Ę ömö í ési ene gia nélkül, csupán a nehézségi e Ę ha á- sá a ü egmen esen ki öl i a legössze e ebb zsaluza o is, önállóan ömö ödik, szin e ökéle esen kiegyenlí Ędik szé osz ályozódás és ki é zés nélkül (ha elsĘso ban a konzisz encia el é el eljesül). Az ön ömö ödĘ be on össze é ele a szok ányos be onok ól el é Ę. Leg on osabb a nagy fi nom ész a alom, mely „min gö gĘs csapágy” mĦködik a be onban (1. áb a). 1. áb a. A no mál be on és az ön ömö ödĘ be on össze e Ęi [V%], (Okamu a–Ouchi, 2003) Fig. 1. Componen s o no mal and sel -compac ing conc e e (V %) (Okamu a–Ouchi, 2003) Épí Ęanyag 59. é . 2007. 3. szám 67 A be onoka elsĘso ban a nyomószilá dság sze in szok- ák osz ályozni. A néme szabályozás (DA S b-Rich linie ü Hoch es e Be on) nagyszilá dságú be onnak a B65– B115 közö i be onoka ne ezi, amely az eu ópai jelölések sze in C55/67 – C100/115 közö i be onoknak elel meg. A CEP-FIB munkacsopo ja 1990-ben az alábbiak sze in ha á oz a meg a nagyszilá dságú be on ogalmá : „Azoka a be onoka , amelyeknek a henge nyomószi- lá dsága a jelenlegi nemze i elĘí ásokban lé ezĘ ha á ok, azaz 60–130 N/mm2 közö an, nagyszilá dságú be o- noknak ne ezzük.” 3. Kísé le i e A Budapes i MĦszaki és Gazdaság udományi Egye em Épí Ęanyagok és Mé nökgeológia Tanszék Labo a ó iumá- ban kísé le eke égez ünk nagyszilá dságú ön ömö ödĘ be onokkal. Vizsgála aink köz e len célja különbözĘ kiegészí Ę adalékanyagok és cemen ípusok ha ásának izsgála a ol a szilá dulási olyama a, alamin a 28 napos nyomószilá dság a. Kísé le einkben ál ozó pa amé e nek ekin e ük a cemen ípusá (CEM II/A-S 42,5, CEM II/B-S 32,5 R), a elhasznál cemen mennyiségé (400 kg/m3, 440 kg/m3), a kiegészí Ęfi nom ész ípusá (kohósalak, mészkĘlisz , szilikapo ), o ábbá a eljes (cemen +po ) fi nom ész- a alma (600 kg/m3, 630 kg/m3). Kísé le i állandóink az adalékanyag szemmegoszlási gö béje (0/4 OH ak- ció 45%, 4/8 OK akció 25%, 8/16 OK akció 30%, dmax = 16 mm) és a íz a alom ( = 162 l/m3) ol ak. 3.1. Be onössze é el Adalékanyagkén moso , osz ályozo és szá í o ho- mok és ka ics akcióka alkalmaz unk. Az adalékanyago ennek meg elelĘen há om különbözĘ akcióból ke e ük. A homok akció szemcsenagysága 0,063–4 mm közö , a ka ics akciók szemcsenagysága 4–8 mm, ill. 8–16 mm közö ál ozo . A homok fi nom ész a almá (d  0,125 mm) szi a izsgála al ha á oz uk meg (3 m%). Ezen é éke a pép izsgála so án fi gyelembe e ük. A meg elelĘ konzisz encia elé ésének é dekében Gle- nium 51 nagy eljesí ményĦ olyósí ósze alkalmaz unk, mely polika boxilé e alapú komplex ugalmas ó iásmole- kulákból áll, el é Ę lánchosszúsággal és öbb aj a unkciós csopo okkal. A Glenium 51 ha ása ké éle mechaniz- musból e Ędik össze. A molekulák adszo beálódnak a cemen szemcsék elüle én, melynek ha ásá a elek osz- a ikus aszí óe Ę alakul ki, így a cemen szemcsék e Ęsen diszpe gálódnak. Ennek köszönhe Ęen a issbe on jobban bedolgozha ó. A molekulák hosszú oldalláncai é beli akadály képeznek, emia a kö ési olyama közben egyes hid a ációs e mékek közö i kapcsolódás nem jön lé e. A be on össze é elé D . Salem G. Nehme ha á oz a meg. 3.2. Kísé le i el endezés Az el é Ę be onössze é elek Ęl 12 db, 150 mm élhosz- szúságú p óbakocká készí e ünk. Semmilyen ömö í és nem égez ünk, a p óba es ek a nehézségi e Ę ha ásá a ömö öd ek. A p óbakockáka az MSZ 4798-1:2004 elĘí ásainak meg elelĘen a kizsaluzás ól a ö és elĘ i 15. pe cig ízben á ol uk. A be on nyomószilá dságá 2, 7, 14, ill. 28 napos ko - ban, 3-3 db p óbakockán ha á oz uk meg, FORM+TEST ípusú 3000 kN-os e Ę ezé el e helĘ-be endezéssel, az MSZ 4798-1:2004 elĘí ásainak meg elelĘen, 11,20 kN/s e Ęlép ékkel. 4. Kísé le i e edmények 4.1. F issbe on jellemzĘk Az 1. ábláza a különbözĘ be on ecep ú ák (1–12) e- ülési é ékei oglalja össze. A e ülések kísé le eink ala 640 mm és 740 mm közö i é ékek e adód ak, melyek meg elelnek az ön ömö ödĘ be onokkal szemben ámasz o e ülési kö e elményeknek. A konzisz encia- és a ö éskép- izsgála ok so án szé osz ályozódás nem apasz al unk. 4.2. Nyomószilá dság A megszilá dul be on a jellemzĘ ulajdonságoka (nyo- mószilá dság 2, 7, 14 és 28 napos ko ban, nyomószilá dság 28 napos ko a ona koz a a 2, 7 ill. 14 napos ko ban, megszilá dul be on ned es es sĦ Ħsége) a 2. ábláza ban közöljük. 2. áb a. Nagyszilá dságú be onok kö e elményei (Nawy, 1996) Fig. 2. Requi emen s o high-s eng h conc e e 68 Épí Ęanyag 59. é . 2007. 3. szám Recep ú a száma Cemen Kiegészí Ę adalékanyag Finom- ész a alom HĘmé sékle i ada ok Te ülés [mm] Típus Mennyiség [kg/m3] Típus Mennyiség [kg/m3] Le egĘ [°C] Be on [°C] 1 CEM II 32,5 400 Kohósalak 200 600 32,1 32,8 680 2 CEM II 42,5 400 Kohósalak 200 600 32,4 32,8 680 3 CEM II 32,5 440 Kohósalak 190 630 32,0 32,6 740 4 CEM II 42,5 440 Kohósalak 190 630 31,5 31,1 690 5 CEM II 32,5 400 MészkĘlisz 200 600 26,1 24,3 690 6 CEM II 42,5 400 MészkĘlisz 200 600 27,1 24 700 7 CEM II 32,5 440 MészkĘlisz 190 630 24,7 26,1 700 8 CEM II 42,5 440 MészkĘlisz 190 630 24,6 27,6 710 9 CEM II 32,5 400 MészkĘlisz 160 600 24,2 25,9 650 Szilikapo 40 10 CEM II 42,5 400 MészkĘlisz 160 600 24,3 27,2 660 Szilikapo 40 11 CEM II 32,5 440 MészkĘlisz 146 630 25,0 28,1 640 Szilikapo 44 12 CEM II 42,5 440 MészkĘlisz 146 630 25,4 27,6 660 Szilikapo 44 Recep ú a so száma Nyomószilá dság 150 mm élhosszúságú p óbakockán Rela í nyomószilá dság 28 napos ko a ona koz a a, % Rela í nyomószil. 28 napos ko a és 5. sz. ecep ú á a ona koz a a, % Megszilá dul be on es sĦ Ħsége, kg/m3 2 7 14 28 2 7 14 28 Napos Napos 1 36,6 55,3 60,5 66,6 54,9 83,0 90,8 100 128,3 2347, 6 2 56,4 76,8 81,8 90,5 62,4 84,9 90,5 100 174,3 2399,5 3 35,3 56,6 62,9 73,2 48,3 77,3 85,9 100 141,0 2358,8 4 54,2 79,5 83,1 93,4 58,0 85,1 88,9 100 180,0 2418,6 5 26,4 38,1 43,6 51,9 50,8 73,4 84,1 100 100,0 2299,6 6 49,8 58,4 65,6 73,5 67,8 79,5 89,3 100 141,6 2423,1 7 29,9 43,8 52,0 59,1 50,6 74,1 87,9 100 113,9 2370,5 8 51,0 66,0 72,1 74,7 68,3 88,4 96,6 100 143,9 2255,2 9 27,1 50,2 62,7 67,4 40,2 74,5 92,9 100 129,9 2335,4 10 44,9 68,5 79,2 82,9 54,1 82,6 95,6 100 159,7 2386,5 11 31,2 51,7 63,4 71,0 44,0 72,8 89,2 100 136,8 2333,8 12 49,2 68,6 79,1 84,6 58,2 81,1 93,5 100 163,0 2388,2 1. ábláza F issbe on ulajdonságok (Ko ács J., Csicsely A., 2006), A izsgála oka ellenĘ iz e D . Salem G. Nehme P ope ies o he esh conc e e (Ko ács J., Csicsely A., 2006), Tes s we e con olled by D . Salem G. Nehme 2. ábláza F issbe on ulajdonságok (Ko ács J., Csicsely A., 2006), a izsgála oka ellenĘ iz e D . Salem G. Nehme P ope ies o he esh conc e e (Ko ács J., Csicsely A., 2006), Tes s we e con olled by D . Salem G. Nehme Épí Ęanyag 59. é . 2007. 3. szám 69 3. áb a. Az á lagos nyomószilá dság alakulása az idĘ ügg ényében (Ko ács J., Csicsely A., 2006) Fig. 3. De elopmen o he a e age comp essi e s eng h as a unc ion o ime 4. áb a. Az ela í nyomószilá dság alakulása az idĘ ügg ényében (Ko ács J., Csicsely A., 2006) Fig. 4. De elopmen o he ela i e comp essi e s eng h as a unc ion o ime 70 Épí Ęanyag 59. é . 2007. 3. szám 5. Ön ömö ödĘ be onok ha ása a szilá dulási olyama a 5.1. Kiegészí Ę anyagok ha ása a szilá dulási olyama a Az alábbiakban azonos cemen minĘségĦ, cemen meny- nyiségĦ, íz/cemen ényezĘjĦ és azonos fi nom ész- a al- mú, de különbözĘ kiegészí Ę adalékanyag elhasználásá al készül ke e ékeke hasonlí unk össze. A pon ok a loga- i musos ügg ényeke helyez ünk, a ko eláció é éke minden ese ben 0,96 ele i. A3. áb a alapján megállapí ha ó, hogy a kohósalakkal készí e ke e ékek be olyásolják legha ékonyabban a nyo- mószilá dság á lagos é éké , e Ęl – CEM II 32,5 cemen elhasználása melle – kis mé ékben é el a mészkĘlisz bĘl és szilikapo ból készí e ke e ék. A mészkĘlisz elhasz- nálásá al elĘállí o ke e ékek 28 napos á lagos nyomó- szilá dsága ~80%-a a kohósalakkal elĘállí o ke e ék nyomószilá dságának. Ennek oka, hogy a kohósalak, min gyengén hid aulikus kö Ęanyag ész esz a kö ésben. A4. áb án a ela í nyomószilá dságo (28 napos ko a ona koz a a) áb ázoljuk az idĘ ügg ényében. Megál- lapí ha ó, hogy a ko ai ela í szilá dság a mészkĘlisz elhasználásá al készí e ke e ékek ese én kiemelkedĘ, CEM II 42,5 cemen minĘség melle megközelí i a 70%-o . A kohósalakkal készí e ke e ékek ese ében ez az é ék 60% kö üli, még a szilikapo adagolás a ko ai szilá dságo á lagosan 50% kö üli é ékĦ e szo í ja le. Megállapí ha ó o ábbá, hogy a nagyobb szilá dsági osz ályú cemen elhasználásá al készí e ke e ékek ko ai ela í nyomó- szilá dsága ked ezĘbb. 5.2. Cemen ípusa ha ása a szilá dulási olyama a Az 5. áb ából és 2. ábláza ból megállapí ha ó, hogy a CEM II 42,5-bĘl készül be onok nyomószilá dsága nagyobb, min a CEM II 32,5-bĘl készül be onoké. To ábbá a ela í kezde i szilá dság (2 napos ko ban) a CEM II 42,5-bĘl készül be onok ese én nagyobb (44,9%–56,4% közö ) ol , min a CEM II 32,5-bĘl készül be onok (26,4%–36,6%) ese én. A6. áb án a 28 napos nyomószilá dságo áb ázoljuk a íz/cemen ényezĘ ügg ényében. Mi el a kohósalak gyengén hid aulikus anyag, a íz/cemen ényezĘ megha- á ozása so án a számí o cemen mennyisége a ke e ék- ben lé Ę kohósalak mennyiség 20%-á al megnö el ük. E sze in a kohósalak elhasználásá al készí e ke e ékeknél 400 kg/m3, kohósalak nélkül 440 kg/m3 cemen elhasználá- sa melle é ük el a 0,37-es é ékĦ íz/cemen ényezĘ . Az endenciák alapján megállapí ha ó, hogy CEM II 32,5 cemen elhasználása ese én a szilikapo elhasználásá al készí e ke e ékek – azonos íz/cemen ényezĘ melle (0,37) – jobb nyomószilá dsági e edményeke ad ak, min a kohósalakkal agy mészkĘlisz el készí e ke e ékek. CEM II 42,5 cemen elhasználása ese én, szin én azonos íz/cemen ényezĘ melle , ill. ke esebb cemen a alomnál azonban a kohósalak 8–10%-kal nagyobb á lagos nyomó- szilá dsági é ékeke ado , min a szilikapo al készí e ke e ék. A csak mészkĘlisz el készí e ke e ékek á lagos nyomószilá dsági é ékei kb. 10–15%-kal elma adnak a öbbi ke e ék nyomószilá dsági é ékei Ęl. A7. áb án 28 napos nyomószilá dsághoz iszonyí o 2 napos szilá dságo áb ázoljuk %-ban ki ejez e a íz/ce- men ényezĘ ügg ényében. Az áb a alapján megállapí - 5. áb a. A be onok idĘbeni nyomószilá dsági olyama a Fig. 5. De elopmen o he comp essi e s eng h o conc e e as a unc ion o ime Épí Ęanyag 59. é . 2007. 3. szám 71 ha ó, hogy kohósalak elhasználása melle a íz/cemen ényezĘ csökkenésének ha ásá a a ko ai ela í szilá dság is csökken , mészkĘlisz ese én nem ál ozo , szilikapo ese én 5%-o nĘ . Megállapí ha ó o ábbá, hogy CEM II 42,5 cemen elhasználása ese én 10–20%-os ko ai ela í szilá dság nö ekedés é he Ę el. Figyelem e mél ó e ed- mény a mészkĘlisz el készí e ke e ékek közel 70%-os ko ai ela í nyomószilá dsága. 5.3. Kiegészí Ę anyagok és a fi nom ész a alom ha- ása a szilá dulási olyama a Jelen ejeze ben a nyomószilá dság ál ozásá izsgál- juk a fi nom ész- a alom ügg ényében. A fi nom ész- a a- lom megha á ozásánál a cemen és a kiegészí Ęfi nom ész mennyisége melle fi gyelembe e ük a elhasznál homok 0,125 mm szemnagyság ala i mennyiségé is (3%). Megállapí ha ó, hogy CEM II 32,5 cemen elhaszná- lása ese én 5%-os fi nom ész- a alom nö ekedés ese én 5–15% nyomószilá dság nö ekedés é he Ę el, ami mész- kĘlisz kiegészí Ęfi nom ész melle a legin enzí ebb (8. áb a). Nagyobb szilá dságú cemen elhasználása ese én ez a szilá dság nö ekedés mindössze 3,5%. A9. áb án 28 napos nyomószilá dsághoz iszonyí o 2 napos szilá dságo áb ázoljuk %-ban ki ejez e a fi nom- ész- a alom ügg ényében. A 9. áb a alapján megálla- pí ha ó, hogy a fi nom ész a alom nö elése kohósalak ese én 7–12%-os ko ai ela í szilá dságbeli csökkenés okoz, még mészkĘlisz elhasználása ese én nem ál oz a az é éken. A szilikapo a almazó ke e ékek ese ében azonban 10%-os nö ekedés apasz alha ó. 6. Megállapí ások ABudapes i MĦszaki és Gazdaság udományi Egye em Épí Ęanyagok és Mé nökgeológia Tanszékének labo a ó i- umában kísé le eke égez ünk nagyszilá dságú ön ömö- ödĘ be on elhasználásá al. Labo a ó iumi izsgála aink köz e len célja a be on ech- nológiai jellemzĘk ha ásának megha á ozása a szilá dulási olyama ok a, ill. a 28 napos á lagos nyomószilá dság a. Kísé le i ál ozók ol ak: - a cemen ípusa CEM II/B-S 32,5 R; CEM II/A-S 42,5 - a cemen a alom 400 kg/m3; 440 kg/m3 - a kiegészí Ęfi nom ész kohósalak; mészkĘlisz ; ípusa mészkĘlisz + szilikapo - a fi nom ész- a alom 600 kg/m3; 630 kg/m3 - a 2. és 4. pon ha ásá a a íz/cemen ényezĘ, min kísé le i ál ozó 6. áb a. A nyomószilá dság alakulása a íz/cemen ényezĘ ügg ényében Fig. 6. De elopmen o he comp essi e s eng h as a unc ion o he wa e /cemen a io 7. áb a. A 2 napos ela í nyomószilá dság alakulása a íz/cemen ényezĘ ügg ényében Fig. 7. The 2-day ela i e comp essi e s eng h as a unc ion o he wa e /cemen a io 72 Épí Ęanyag 59. é . 2007. 3. szám Kísé le i állandók ol ak: - az adalékanyag szemeloszlási gö béje - íz a alom =162 l/m3 Kísé le eink so án az alábbi izsgála oka égez ük el: - konzisz encia ( e ülés) - nyomószilá dság 150x150x150 mm mé e Ħ p óba- kockán mé e • 2, 7, 14, ill. 28 napos ko ban Kísé le i e edményeink alapján megállapí ha ó: a) A kísé le eink so án izsgál kiegészí Ęfi nom ész ípusok közül a kohósalak be olyásolja legked ezĘb- ben a ko ai és 28 napos nyomószilá dság é éké . b) Nagy ko ai ela í szilá dságú be onok készí éséhez a mészkĘlisz bizonyul a legha ékonyabbnak. c) Azonos íz/cemen ényezĘjĦ ke e ékek ese én a kohósalak hid aulikus kö Ęképessége mia ke esebb cemen mennyiség elhasználása melle is nagyobb nyomószilá dsági é ékek adódnak. d) A íz/cemen ényezĘ leszo í ásá al a ko ai ela í nyomószilá dság kohósalak elhasználása ese én csökken , mészkĘlisz és szilikapo adagolás melle nö ekedés apasz al unk. e) Kisebb szilá dsági osz ályú cemen elhasználás ese én kis mé ékĦfi nom ész- a alom nö eléssel is nyomószilá dság nö ekedés é he Ę el. ) A fi nom ész- a alom nö elése kohósalak ese én kis mé ékben csökken i, mészkĘlisz ese én nem ál oz a ja, szilikapo adagolás melle nö eli a ko ai ela í nyomószilá dságo . 7. Köszöne nyíl ání ás Megköszönjük Csányi E ikának és Csicsely A ilának a labo a ó iumi izsgála ok so án nyúj o segí ségé . I odalom [1] Edwa d G. Nawy (1996): Fundamen als o high s eng h high pe o mance conc e e, Logman G oup Limi ed pp. 23 [2] Okamu a, H. and Ozawa, K. (1995): „Mix-desing o sel -compac- ing conc e e.” Conc e e, Lib a y o JSCE, 25, 107–120. [3] Ko ács J., Csicsely A. (2006): Nagyszilá dságú ön ömö ödĘ be o- nok, Tudományos, Diákkö i Dolgoza [4] Okamu a, H. and Ouchi, M. (2003): Sel -compac ing Conc e e, Jou nal o Ad enced Conc e e Technology Vol. 1, No. 1, 5–15, Ap il 2003. 8. áb a. Az á lagos nyomószilá dság alakulása a fi nom ész- a alom ügg ényében Fig. 8. De elopmen o he a e age comp essi e s eng h as a unc ion o he fi ne pa icles con en 9. áb a. A 2 napos ela í nyomószilá dság a fi nom ész- a alom ügg ényében Fig. 9. The 2-day ela i e comp essi e s eng h as a unc ion o he fi ne pa icles con en