UNIVERZITET U SARAJEVU GRAĐEVINSKI FAKULTET ODSJEK ZA KONSTRUKCIJE
DIPLOMSKI RAD
POLIMEROM MODIFIKOVANI BETON
Nazif Rožajac
mentor
Doc.dr. Azra Kurtović
1264/k
Sarajevo, jun 2013. godine
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Veliku zahvalnost za izradu ovog rada dugujem svom mentoru profesorici Doc.dr. Azri Kurtović, bez čije pomoći ovaj rad ne bi bio kompletan. Takođe zahvaljujem se i porodici koja me je istrpjela ova dva mjeseca i koja mi je bila moralna podrška u toku izrade diplomskog rada.
ii
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON SADRŽAJ UVOD ........................................................................................................................ 1 1. BETON ...................................................................................................................... 3 1.1. Osnovni pojmovi ................................................................................................ 3 1.2. Agregat ............................................................................................................... 6 1.3. Cement .............................................................................................................. 11 1.3.1. Hidratacija cementa ................................................................................ 16 1.4. Voda ................................................................................................................. 19 1.5. Aditivi ............................................................................................................... 20 1.6. Struktura betona ................................................................................................ 21 2. POLIMERI .............................................................................................................. 26 2.1. Uvod ................................................................................................................. 26 2.2. Struktura, vrste i svojstva polimera .................................................................. 26 2.3. Polimeri koji se primjenjuju za modifikaciju cementnih betona ...................... 31 2.4. Polimerne formulacije ...................................................................................... 33 2.5. Komercijalni proizvodi za modifikaciju cementnih kompozita ....................... 35 2.6. Polimer – betonski kompoziti ........................................................................... 42 3. SISTEMI MODIFIKOVANI LATEKSIMA ........................................................... 43 3.1. Principi lateksne modifikacije i strukturne karakteristike PMB ....................... 43 3.2. Sastavi mješavina ............................................................................................. 46 3.3. Tehnologija proizvodnje ................................................................................... 48 3.4. Svojstva mješavina u svježem stanju ............................................................... 49 3.5. Fizičko – mehanička i reološka svojstva očvrslih betona ................................ 51 4. SISTEMI MODIFIKOVANI PRAŠKASTIM EMULZIJAMA I SUSPENZIJAMA ...................................................................... 60 4.1. Uvodne napomjene ........................................................................................... 60 4.2. Tehnologija dobijanje polimerom modifikovanih betona ................................ 60 4.3. Fizičko – mehanička svojstva očvrslih betona ................................................. 61 5. SISTEMI MODIFIKOVANI POLIMERIMA RASTVORLJIVIM U VODI ................................................................................... 63 5.1. Tehnologija dobijanja polimerom modifikovanih betona ................................ 63 5.2. Fizičko – mehanička i reološka svojstva betona .............................................. 63
iii
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 6. SISTEMI MODIFIKOVANI TEČNIM SMOLAMA ............................................. 64 6.1. Uvodne napomjene ........................................................................................... 64 6.2. Sistemi modifikovani poliestrom ..................................................................... 64 6.3. Sistemi modifikovani poliuretanom ................................................................. 64 6.4. Sistemi modifikovani epoksidnim smolama .................................................... 64 7. SISTEMI MODIFIKOVANI MONOMERIMA ..................................................... 68 8. ISPITIVANJE POLIMEROM MODIFIKOVANIH BETONA .............................. 69 8.1. Metode ispitivanja polimerom modifikovanih betona ..................................... 69 8.1.1. Destruktivne metode .............................................................................. 69 8.1.2. Nerazorne metode .................................................................................. 69 9. POLIMER – BETONSKI KOMPOZITI SA AGREGATOM OD RECIKLIRANOG BETONA ................................................. 72 9.1. Alternativni agregati u betonu .......................................................................... 72 9.2. Betoni sa agregatom od recikliranog betona .................................................... 73 9.3. Polimerom modifikovani beton sa agregatom od recikliranog betona ............. 75 10. PRIMJENA POLIMEROM MODIFIKOVANIH BETONA .................................. 78 10.1. Primjer sanacije betonom modifikovanim polimerom .................................... 79 11. ZAKLUČAK ........................................................................................................... 82 LITERATURA ........................................................................................................ 84
iv
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON UVOD Razvoj civilizacije i razvoj građevinarstva su međusobno tijesno povezani. Čovjek, kao dio civilizacije, u nastojanju za unapređenje kvaliteta života traga za novim visokovrijednim materijalima ili na unapređenju karakteristika već postojećih materijala, vodeći se osnovnim faktorima: čvrstoća (krutost), stabilnost, estetika i ekonomičnost. Među mnogobrojnim građevinskim materijalima, beton je najkorišteniji i najrasprostranjeniji materijal u svijetu. Prema nekim podacima iz 2005. godine, proizvodi se 6 milijardi kubnih metara betona godišnje, što je bezmalo kubni metar po glavi stanovnika. Industrija betona ima obrt od 35 milijardi dolara i zapošljava oko dva miliona radnika samo u SAD. U Kini se trenutno utroši 40% svetske potrošnje cementa, odnosno betona. Zato, dvadeseti vijek u građevinarstvu sa pravom nazivaju “vijek betona”. Razlozi za toliku ekspanziju upotrebe betona leže u jednostavnosti izrade, niskoj cijeni sastojaka i održavanja, ugadljivosti i obaradljivosti, nezapaljivosti i iznad svega zadovoljavajućim svojstvima strukture očvrslog betona. Međutim, klasični betoni imaju i niz nedostataka, kao što su usporeno očvršćavanje, mala čvrstoća pri zatezanju, pojava prslina pri sušenju, nedovljna duktilnost, mala hemijska otpornost i drugo. Eliminacija ovih nedostataka uz poboljšanje ostalih, pozitivnih, svojstava betona moguća je primjenom polimera kao modifikatore strukture betona. Betoni modifikovani polimerima imaju monolitnu strukturu u okviru koje dolazi do sprezanja organske – polimerne matrice i matrice koju formira očvrsla neorganska veziva (cementni kamen – gel – dobijen kao rezultat procesa hidratacije). Na ovaj način svojstva polimerima modifikovanog betona (u daljem tekstu PMB) postaju funkcije tako dobijene kombinovane matrice, gdje “neorganska matrica” uglavnom bitno određuje čvrstoću pri pritisku, tvrdoću i dr. , a “organska matrica” čvrstoću pri zatezanju, hemijsku otpornost, duktilnost i niz drugih svojstava datog kompozita. Dodavanjem polimera u svjež beton postiže se bolja obradljivost svježeg betona, a kod očvrsnulog betona poboljšava se prionljivost tj. adhezija na podlogu, povećava se nepropusnost za fluide, otpornost na cikluse zamrzavanja i odmrzavanja i soli za odleđivanje, te istezljivost i otpornost na udar. Isto tako, smanjen je modul elastičnosti i povećan koeficijent puzanja. Polimeri u betonu prvi put se pominju 1923. godine. Prvi patent modernog koncepta PMB objavio je Lefebur 1924. godine, gdje je kao polimer koristena prirodna guma. Godine 1940. razvijen je PMB za praktične primjene na bazi sintetičkih lateksa
1
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON poput Neoprena. Zemlje poput SAD, Njemačke, Velike Britanije i Rusije imaju dugogodišnje iskustvo korištenja polimerom modifikovanih betona. Danas imamo čitavu lepezu novih polimer – betonskih kompozita. Betoni modifikovani polimerima danas se primjenjuju kako pri izvođenju novih konstrukcija kod kojih se traži povećana koroziona otpornost betona, tako i za saniranje starih kada se radi o krupnim oštećenjima betonskih konstrukcija. Takođe PMB našao je široku primjenu u izradi pločastih konstrukcija tipa aerodromskih pista, kolovoza, platformi i dr. U urbanim sredinama se nakon rušenja objekata javlja velika količina starog betona, čije deponovanje predstavlja veliki ekološki, ali i ekonomski problem. Zbog toga, danas se sve više razmišlja o primjeni recikliranih materijala kao što su stari beton, keramički krš i sl. kao zamjena za prirodni agregat. Predmet daljeg izlaganja, u nastavku rada, su polimer – betonski kompoziti. U radu će biti riječi o polimerima koji su danas u upotrebi, principima i metodama modifikovanja betona polimerima, kao i svojstva PMB i razlike u odnosu na klasični beton. Takođe, osvrnućemo se na rezultate istraživanja betona u kojima se istovremeno koriste i reciklirani agregat i polimeri kao modifikatori strukture betona. Pri izradi zadatka korišteni su evropski standardi i propisi, istovremeno sa osvrtom na neke jugoslovenske standarde i propise koji su još uvjek važeći u Bosni i Hercegovini.
2
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 1. BETON 1.1. Osnovni pojmovi Beton (slika 1. i slika 2.) je vještački kamen, konglomerat, koji se sastoji od zrna agregata i vezivnog sredstva koje obavija zrna agregata, popunjava šupljine između njih i povezuje ih u čvrstu masu.
Slika 1. Ugradnja svježe betonske mješavine
Slika 2. Betonski ugledi
3
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Za spravljanje betona koriste se razni vezivni materijali kao što su: cement, gips, asfalt, epoksi smole i dr. Zavisno od vrste vezivnog materijala dobijaju se: cementni betoni, krečni betoni, asfalt betoni, epoksi betoni i drugi. U građevinarstvu se najviše koriste cementni betoni koje u praksi uobičajeno nazivamo samo betoni. Vezivno sredstvo betona je cementni kamen koji nastaje očvršćavanjem cementnog tijesta koje se dobija mješavinom cementa, sitnih čestica agregata i vode. Očvršćavanje cementnog tijesta zasniva se na hemijskoj reakciji cementa i vode i ovaj proces nazivamo hidratacijom, a produkte hidratacije hidratima. Proces hidratacije u velikoj mjeri zavisi od temperature i vlažnosti sredine u kojoj beton očvršćava, kao i od vrste upotrebljenog cementa u pogledu njegovog sastava i finoće mliva. Proces hidratacije se u početku odvija vrlo brzo, a zatim sve sporije. U vlažnim sredinama proces se odvija i nekoliko desetina godina. Formiranje strukture betona je usko povezano sa mehanizmom hidratacije cementa. Ovaj proces možemo sa aspekta čvrstoće betona pri pritisku podijeliti u 3 faze (slika 3.).
Slika 3. Faze formiranja strukture betona
Prva faza predstavlja formiranje početne strukture betona (svjež beton prelazi u čvrsto agregatno stanje). Druga faza je faza formiranja strukture očvrslog betona (znatno povećanje čvrstoće betona pri pritisku). Treća faza je faza stabilizacije očvrslog betona (čvrstoća betona se znatnije ne mijenja tokom vremena). Ubrzanje procesa formiranja strukture betona može se postići primjenom aditiva, ali i postupcima termičke obrade kao što su zagrijavanje, zaparivanje, autoklaviranje i slično. Betone prema svojim fizičko – mehaničkim osobinama možemo podijeliti u nekoliko kvalitetnih grupa.
4
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Prema zapreminskoj masi, očvrsle betone dijelimo: Teški betoni, zapreminska masa b>2500 kg/m3 Standardni (normalni) betoni, zapreminska masa 2500 kg/m3 ≥b≥2000 kg/m3 Laki betoni, zapreminska masa b<2000 kg/m3 Jedna od osnovnih klasifikacija je prema karakterističnoj čvrstoći betona koja se određuje statističkim putem, na osnovu čega beton svrstavamo u određene kvalitetne klase ili marke betona. Prema načinu ugradnje, betone dijelimo na monolitni koji se doprema (mikserima ili se spravlja na samom gradilištu) i ugrađuje u svježem stanju, i montažni koji se koristi za fabričku izradu modularnih betonskih konstrukcionih elemenata (blokova, stubova, ploča, zidova i dr.) koji se zatim montiraju na gradilištu. Pored ovih osnovnih podjela, betone dijelimo prema vodonepropusnosti, prema otpornosti na mraz, prema otpornosti na habanje, prema izloženosti na hemijske agense, poroznosti, namjeni i dr. Proces očvršćavanja betona prati i povećanje zapremine praznina (mjehurići vazduha i kapilarne pore), što je u prvom redu posljedica karaktera procesa hidratacije cementa, odnosno posljedica činjenice da u okviru produkta hidratacije najčešće ne dolazi do hemijskog i fizičkog vezivanja cjelokupne količine upotrebljene vode (slika 4.).
Slika 4.Zapreminski odnosi konstituenata prisutnih u svježem (a/.) i očvrslom (b/.) betonu
Kod projektovanja sastava betona treba poći od osnovne zavisnosti, da konzistencija svježeg betona za zadani agregat i cemenat ovisi o količini vode u 1m3 betona. To znači, da se količina cementa, a time i vodocementni faktor (odnos masa
5
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON vode i cementa) može mijenjati u relativno širokim granicama (u praksi se najčešće koriste betoni sa V/C faktorom koji se kreću od 0.40 – 0.65), a da konzistencija betona ostaje ista, ako je količina vode približno konstantna. Prema tome, konzistenciju svježeg betona moguće je prikladno odabrati u skladu sa raspoloživim sredstvima za transport i ugradnju betona, kao i prema gustoći armiranja i dimenzijama betonskog elementa.
1.2. Agregat U opštem slučaju pod agregatom se podrazumjeva materijal rastresite strukture formiran u vidu skupa manje – više istovrsnih čestica, tj. materijal relativno homogen u smislu supstance – izgrađivača, koji se sastoji od međusobno nevezanih zrna određene krupnoće. Kao agregati se tretiraju svi zrnasti (inertni) materijali koji zajedno sa određenim vezivnim materijalima služe za dobijanje raznih vrsta maltera i betona, odnosno materijala koje jednim imenom definišemo kao kompozite. Generalno posmatrano agregat može biti neorganskog i organskog porijekla, prirodni ili vještački. Podjela agregata data je na slici 5.
AGREGAT
PRIRODNI
Prirodno nevezane stijene
VJEŠTAČKI
Drobljeni i mljeveni kamen
Razni otpadni materijali industrijski nuzprodukti
Specijalni proizvodi za primjenu u malterima i betonima
Slika5. Podjela agregata
Pod prirodno nevezane stijene spadaju drobine, šljunak i pijesak. Drobina je raspadnuti stijenski materijal sa zrnima različite krupnoće u kome su komadi nezaobljeni i uglasti. Nastaje uglavnom drobljenjem stijena na stjenovitim padinama i na platoima. Ovaj materijal je najčešće homogenog sastava. Šljunak je nevezani sediment uglavnom heterogenog sastava u kome su prisutni manje ili više zaobljeni
6
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON fragmenti stijena. Kao šljunak tretira se materijal sa zrnima krupnoće od 4 do 125 mm. Šljunak često prate zaobljeni komadi kamena krupnoće preko 125 mm koji se nazivaju obluci (valutice). Može biti riječni (nalazišta u postojećim riječnim tokovima), ali i brdski (nalazišta na mjestima nekadašnjih riječnih tokova) koji je prekriven zemljom. Pijesak uglavnom nastaje na isti način kao i šljunak, pri čemu je stepen usitnjenosti stijenskog materijala znatno veći. Pod pijeskom se tretira materijal sa zrnima krupnoće do 4 mm. Može biti riječni i brdski, pri čemu brdski može nastati i na samom mjestu raspadanja stijenske mase. U daljem tekstu šljunak, pijesak i drobinu nazivamo prirodnim agregatom. Drobljeni i mljeveni kamen dobija se usitnjavanjem lomljenog kamena i to u prvom redu običnog lomljenog kamena. U zavisnosti od krupnoće zrna, drobljeni kamen se može podijeliti na: -
drobljenac, krupnoća zrna od 4 do 125 mm
-
drobljeni pijesak, krupnoća zrna manja od 4 mm
-
kameno brašno (filer), krupnoća zrna ispod 0.125 mm Za izradu kolovoza na putevima, zastora na željezničkim prugama i sl. koristi se
drobljeni kamen poznat pod nazivom tucanik. Kamen za proizvodnju betona treba da ima minimalnu čvrsoću od 80 MPa, a ako se radi o betonu koji će u eksploataciji biti izložen habanju ili eroziji, minimalna čvrstoća kamena treba da iznosi 160 MPa. Zahjeva se još i ispunjavanje uslova u pogledu samog habanja, gdje koeficijent habanja H za kamen mora biti najviše 35cm3/50cm2. U daljem tekstu, drobljeni i mljeveni kamen nazivamo kratko drobljeni agregat. Vještački agregati su ložišna zgura, leteći pepeo, kristalasta zgura visokih peći, granulisana zgura, pjenušava zgura, keramzit i dr. Agregat učestvuje sa 70 – 80% u ukupnoj masi betona i od njegovih karakteristika zavise i svojstva kako svježeg betona tako i svojstva očvrslog betona. Za spravljanje betona potpuno ravnopravno se koriste prirodni agregat (pijesak i šljunak) i drobljeni agregat, ali i mješavina separisanog šljunka odnosno pijeska i drobljenog agregata. Prednosti prirodnih (riječnih) agregata je u njihovoj cijeni (jeftiniji su od drobljenog zbog jeftinijeg separisanja) i zaobljenosti zrna koja utiče na ugradljivost i obradljivost svježeg betona. Prednosti drobljenih agregata uglavnom je u petrografskom pogledu, tačnije drobljeni agregat je uvjek homogeniji od prirodnog, a to uslovljava manje koncetracije napona u očvrslom betonu pod opterećenjem i pri temperaturnim
7
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON promjenama. Oštroivični oblik zrna drobljenog agregat omogućuje međusobno uklještavanje
susjednih
zrna,
što
značajno
doprinosi
povećanju
mehaničkih
karakteristika betona. Jedna od njih je i čvrstoća betona pri zatezanju. Danas se za spravljanje betona isključivo koristi separisani (frakcionisani) agregat. Kao glavni razlozi navode se tehnički uslovi koje prirodna mješavina agregata tj. onog agregata koji se dobija direktno iz šljunkara, odnosno pogona za drobljenje kamena, ne zadovoljava. Separisani agregat se isporučuje u vidu određenog broja frakcija, pri čemu se ove frakcije dobijaju postupcima industrijskog prosijavanja prirodnih mješavina uz eventualne korekcije sastava i odgovarajuće kontrole bitnih sastojaka. Separisani agregat mora da zadovoljava standarde koji propisuju uslove kvaliteta, bez obzira da li se radi o prirodnom ili drobljenom materijalu BAS EN 12620.
Međufrakcije
Osnovne frakcije
Predviđa se upotreba sledećih nominalnih (nazivnih) frakcija agregata (tabela 1.) : 0/4 mm 4/8 mm 8/16 mm 16/32 (16/31,5) mm 32/63 (31,5/63) mm 63/125 mm 0/1 mm 0/2 mm 1/4 mm 2/4 mm 8/11 (8/11,2) mm 11/16 (11,2/16) mm 16/22 (16/22,4) mm 22/32 (22,4/31,5) mm 32/45 (31,5/45) mm 45/63 mm
Tabela 1. Nominalne frakcije agregata, u zagradi su ispisani otvori sita koji se koriste za prosijavanje agregata
Granulometrijski sastavi navedenih frakcija i međufrakcija krupnog agregata i stinog agregata dat je na slici 6. Smatra se da će sitan agregat biti pogodan za spravljanje betona ako se njegova granulometrijska krivulja nalazi u šrafiranom područiju (slika 6.). Neovisno o vrsti, agregat dijelimo na sitni i krupni. Ova podjela je adekvatna iz razloga jer veliki broj svojstava smješe i očvrslog betona zavisi od učešća sitnih i krupnih zrna u ukupnoj masi agregata. Pod sitnim agregatom podrazumjevamo onaj čija
8
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON zrna prolaze kroz sito otvora 4 mm (metalna pletena mreža), a krupan je onaj čija zrna ne prolaze kroz to sito, tj. veća od 4 mm (izbušena metalna ploča).
Slika 6. Granulometrijski sastavi frakcija agregata
Mnogobrojna ispitivanja su pokazala da se potrebna ugradljivost i obradljivost betonskih smješa, kao i potpuno zadovoljavajuća svojstva očvrslog betona, mogu dobiti ukoliko su u granulometrijskom sastavu zastupljene određene proporcije tj. ako granulometrijski sastav agregata odgovara određenim referentnim granulometrijskim krivuljama. Najpovoljnija granulometrijska krivulja agregata treba da se nalazi između krivulja datih izrazima: -
Fuler:
Y=100√
-
EMPA:
𝑑 Y=50 ( 𝐷
𝑑 𝐷 𝑑
+√ ) 𝐷
Na slici 7. je vidljivo da su ordinate granulometrijskih krivih Y(%) definisane su u funkciji krupnoće zrna d (mm) (otvori sita) i najkrupnijeg zrna agregata D (mm) tj. njihovog međusobnog odnosa. Takođe, sitniji agregat je bliže kriulji Fuler, a krupniji bliže krivulji EMPA.
9
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 7. Fuler i EMPA krulje za slučajeve D=16 mm; D=31,5 mm i D=63 mm
Takođe, u zakonskoj regulativi date su referentne granulometrijske krivulje prikazane na slici 8., gdje je u područiju 3 povoljna, a u područiju 4 prihvatljiva granulometrijska kopozicija. Područija 1 i 2 predstavljaju nedovoljno ugradljive granulometrijske kompozicije. U područiju 5 zahtjeva se veća upotreba vode. Diskontinualna granumetrijska kriva treba da je bliže krivulji U.
Slika 8. Referentne granulometrijske krivulje
10
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Za spravljanje betona može da se upotrebi svaki agregat koji s obzirom na svoj minerološko – petrografski sastav i na prisustvo pojedinih komponenata neće štetno uticati na fizičko – mehanička svojstva betona, koji neće prouzrokovati njegovo razaranje, niti pojavu korozije armature i koji neće djelovati u pravcu sprečavanja hidratacije cementa. Komponente koje su potecijalno štetne sa aspekta fizičko – mehaničkih svojstava betona su: trošna zrna, glinoviti peščari, lapori i laporoviti karbonati, argilošisti, mikašisti, škriljci, gline i glinci, gips, serpentin, liskun, ugalj itd. Sadržaj ovih komponenti definišu minerološko – petrografska ispitivanja, pri čemu se na bazi ovih ispitivanja daje prava ocjena upotrebljivosti konkretnog agregata. Glina može obaviti zrno agregata i tako da spriječi dobru vezu između agregata i cementnog kamena. Takođe, posebnu pažnju treba obratiti na prisustvo amorfnog silicijuma koji dovodi do alkalno – silikatne reakcije i stvaranja produkata koji u prisustvu vlage povećavaju svoju zapreminu i time povećavajaju naprsline u betonima, koje dovode do destrukcije istog. U ovu grupu spadaju opal, kristobalit, vulkanska stakla i drugo. Takođe se ispituje sadržaj komponenti koje su izazivači korozije armature kao što su halit, pirit, anhidrit i dr. Agregat ne smije da sadrži ni organska jedinjenja koja mogu da sprečavaju hidrataciju cementa (masti, sahariti i dr.).
1.3. Cement Cement je neorgansko hidraulično vezivo, tj. fino sprašen neorganski materijal, koji kad se pomješa sa vodom, stvara pastu koja vezuje i očvršćava pomoću hidratacionih reakcija i procesa, i koji, nakon očvršćavanja zadržava svoju čvrstoću i postojanost čak i u vodi. Proizvodnja cementa kretala se u dva pravca: u pravcu proizvodnje prirodnog portland cementa i u pravcu proizvodnje vještačkog portland cementa. Prirodni cement se dobija od laporca, tj. prirodne mješavine krečnjaka i gline, što za posljedicu može imati oscilacije u kvalitetu dobijenog cementa. Proizvodnja prirodnog cementa se napušta u korist proizvodnje vještačkog portland cementa, zbog težnje da se dobije cement boljeg i ujednačenijeg kvaliteta. Vještački portland cement se dobija mljevenjem portland cementnog klinkera – vještačkog kamenog materijala koji se stvara pečenjem krečnjaka i gline, za čije se spravljanje koristi mješavina odnosa masa krečnjak:glina ≈ 3:1. Zavisno od uređaja i tehnologije, proizvodnja portland cementnog klinkera se vrši suhim ili mokrim
11
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON postupkom. Pečenje sirovine, dobijene bilo po suhom ili mokrom postupku, vrši se u rotacionim ili vertikalnim pećima do temperature sinterovanja (oko 1500oC). Po završetku ovog procesa, dobija se pečeni proizvod (portland cementni klinker), koji se potom transportuje u klinker – halu ili silos gdje se hladi. Portland cementni klinker se nakon hlađenja melje do zrna krupnoće 0.001 do 0.1 mm, obično uz dodatak gipsa (do 5%), i u zavisnosti od vrste cementa mineralnih dodataka, eventualno punila i aditiva. U zavisnosti od finoće mliva, specifična površina cementa varira od 2000 do 5000 cm2/g. Portland cement karakteriše srazmerno konstantan hemijski sastav: -
CaO (vezan)
62-67 %
-
SiO2
19-25 %
-
Al2O3
2-8 %
-
Fe2O3
1-5 %
-
SO3
3,5-4,5 %
-
CaO (nevezan)
2%
-
MgO
5%
-
alkalije
0,5-1,3 %
Mada se pojedina svojstva portland cementa mogu razmatrati u funkciji njegovog hemijskog sastava, ipak ona se najčešće razmatraju sa aspekta minerološkog sastava cementa, pa se sa tim u vezi polazi od činjenice da cement konstituišu tzv. klinker minerali. Osnovni minerali portland cementnog klinkera su: -
trikalcijumsilikat (alit) - 3CaO∙SiO2(C3S)
45-60 %
-
dikalcijumsilikat (belit) - 2CaO∙SiO2 (C2S)
20-30 %
-
trikalcijumaluminat (celit) - 3CaO∙Al2O3(C3A)
-
tetrakalcijumaluminatferit (zelit) - 4CaO∙Al2O3∙Fe2O3(C4AF)
4-12 % 10-20 %
Cementi se u opštem slučaju mogu podijeliti na vrste i klase. Vrste predstavljaju kategorije cemenata s obzirom na sastav i tehnologiju proizvodnje. Prema standardu BAS EN 197-1, cemente dijelimo u pet vrsta i to: -
CEM I
Portland cement
-
CEM II
Portland – kompozitni cement
-
CEM III
Metalurški cement
-
CEM IV
Pucolanski cement
-
CEM V
Kompozitni cement
Sastav ovih cemenata dat je u tabeli 2.
12
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
CEM I
Prirodni sagorjeli
P
Q
V
W
T
L
LL
Bogat
kiselinom
(%)1)
Sporedne komponente
Prirodni
D2)
Vapnenac
Silikatna prašina
S
vapnencom
Zgura
Sagorjeli škriljac
Flugasche
K
cementa
Oznaka cementa
Klinkeri portland
Pucolani
Bogat slicijskom
Osnovne vrste cementa
Osnovne komponente (%)1)
Portland cement
CEM I
95-100
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0-5
Portland cement
CEM II/A-S
80-94
6-20
-
-
-
-
-
-
-
-
0-5
sa zgurom
CEM II/B-S
65-79
21-35
-
-
-
-
-
-
-
-
0-5
CEM II/A-D
90-94
-
6-10
-
-
-
-
-
-
-
0-5
CEM II/A-P
80-94
-
-
6-20
-
-
-
-
-
-
0-5
Portland cement
CEM II/B-P
65-79
-
-
21-35
-
-
-
-
-
-
0-5
s pucolanom
CEM II/A-Q
80-94
-
-
-
6-20
-
-
-
-
-
0-5
CEM II/B-Q
65-79
-
-
-
21-35
-
-
-
-
-
0-5
CEM II/A-V
80-94
-
-
-
-
6-20
-
-
-
-
0-5
Portland cement
CEM II/B-V
65-79
-
-
-
-
21-35
-
-
-
-
0-5
s letećim
CEM II/A-W
80-94
-
-
-
-
-
6-20
-
-
-
0-5
CEM II/B-W
65-79
-
-
-
-
-
21-35
-
-
-
0-5
CEMII/A-T
80-94
-
-
-
-
-
-
6-20
-
-
0-5
CEM II/B-T
65-79
-
-
-
-
-
-
21-35
-
-
0-5
CEM II/A-L
80-94
-
-
-
-
-
-
-
6-20
-
0-5
Portland cement
CEM II/B-L
65-79
-
-
-
-
-
-
-
21-35
-
0-5
s vapnencom
CEM II/A-LL
80-94
-
-
-
-
-
-
-
-
6-20
0-5
CEM II/B-LL
65-79
-
-
-
-
-
-
-
-
21-35
0-5
CEM II/A-M
80-94
6-20
0-5
CEM II/B-M
65-79
21-35
0-5
CEM III/A
35-64
36-65
-
-
-
-
-
-
-
-
0-5
CEM III/B
20-34
66-80
-
-
-
-
-
-
-
-
0-5
CEM III/C
5-19
81-95
-
-
-
-
-
-
-
-
0-5
CEM IV/A
65-89
-
11-35
-
-
-
0-5
CEM IV/B
45-64
-
36-55
-
-
-
0-5
CEM V/A
40-64
18-30
-
18-30
-
-
-
-
0-5
CEM V/B
20-38
31-50
-
31-50
-
-
-
-
0-5
Portland cement sa silikatnom prašinom
CEM II
Portland cement s dodatkom škriljaca
Portland kompozitni cement3)
CEM III
CEM IV
CEM V
Metalurški cement
Pucolanski cement
3)
Kompozitni cement 1) 2) 3)
3)
Vrijednosti u tabeli se odnose na sumu osnovnih i sporednih sastojaka Udio silikatne prašine ograničen je na 10% U portland kompozitnim cementima, pucolanskim cementima i kompozitnim cementima osnovni sastojci, izuzev klinkera portland cementa, moraju se obilježavati oznakom za cement.
Tabela 2. Sastav 27 običnih cemenata prema BAS EN 197-1
13
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Mineralni dodaci koji ulaze u osnovni sastav cemenata prikazanih u tabeli 2. su: -
portland cementni klinker (K)
-
zgura ili granulisana šljaka visokih peći (S) nastaje brzim hlađenjem rastopljene troske nastale u proizvodnji sirovog željeza. Kada se sitno samelje od nje se dobije latentno hidraulični materijal, kojem za hidraulično stvrdnjavanje treba stimulator. pucolani (P,Q) su prirodne stijene koje sadrže reaktivni slicijev dioksid.
-
Dodavanjem vode dolazi do reakcije pucolana s kalcijevim hidroksidom, pri čemu se stvaraju kalcijum silikatne i kalcijum aluminatne komponente koje dovode do očvršćavanja. -
prirodni pucolani (P) su uglavnom stijene vulkanskog porijekla ili sedimentne stijene, kao npr. tuf.
-
prirodni pucolan, tretiran na visokoj temepraturi (Q) su aktivirane stijene vulkanskog porijekla, ilovača, škrilja ili druge sedimentne stijene. leteći pepeo (V,W) se dobija elektrostatičkim ili mehaničkim odvajanjem
-
čestica prašine iz dima termoelektrane. Uglavnom je prisutan u okruglasto staklenastom obliku. -
leteći pepeo s visokim sadržajem silicijske kiseline (V) uglavnom se sastoji od reaktivnog silicijevog dioksida i aluminijskog oksida i ima svojstva pucolana.
-
leteći pepeo s visokoim sadržajem vapnenca (W) se sastoji od reaktivnog kalcijevog oksida, reaktivnog silicijevog oksida i aluminijevog oksida i ima latentno hidraulična svojstva i/ili svojstva pucolana.
-
sagorjeli škriljac (T), a naročito sagorjeli uljani škriljac se dobija u specijalnim pećima pečenjem na temperaturi od oko 800OC. Usljed sastava prirodnog materijala i proizvodnog procesa, sagoreli škriljac sadrži klinker minerale i veći dio pucolanski reaktivnih oksida. Sagoreli škriljac pokazuje hidraulična svojstva, kao i pucolanska svojstva.
-
vapnenac (L,LL) ili krečnjak se koristi kao osnovni sastojak za cement i da bi se koristio u količini većoj od 5%, treba da ima sadržaj CaCO3 veći od 75% M (masenih) i neznatan sadržaj gline i organskih materijala.
-
silikatna prašina (D) ili silikatna čađ nastaje u elektolučnim pećima prilikom pravljenja legure silicija i ferosilicija. Sastoji se od veoma malih kugličastih
14
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON čestica s amorfnim silicijevim oksidom od najmanje 85% i ima svojstva pucolana. -
sporedne komponente (punila) su prirodni ili vještački odabrani neorganski minerali koji poslije adekvatne primjene poboljšavaju fizičke osobine cementa. Mogu biti inertni ili da posjeduju male hidraulične, latentne hidraulične ili pucolanske osobine. U specijalne vrste cementa spadaju:
-
bijeli portland cement
-
aluminatni cement
-
sulfatno otporni cement
-
cement niske toplotne hidratacije Cementi su podijeljeni u tri klase (32.5, 42.5 i 52.5) po čvrstoći na osnovu
čvrstoće pri pritisku standardnog maltera poslije 28 dana. Vrijednosti predstavljaju minimalne propisane čvrstoće pri pritisku od 32.5/42.5/52.5 N/mm². Cementi sa visokom ranom čvrstoćom pri pritisku imaju dodatnu oznaku R, dok cementi sa normalnom početnom čvrstoćom imaju dodatnu oznaku N. Čisti portland cementi imaju veću početnu čvrstoću u odnosu na portland cemente sa dodacima. Međutim, pri većim starostima od 28 dana portland cementi sa dodacima nadmašuju čvrstoće čistih portland cementa. Zbog toga cementi sa dodacima imaju iste klase kao i čisti portland cementi (slika 9.).
Slika 9. Porast čvrstoće cemenata u funkciji vremena
Boja cementa ovisi od upotrebljenih sirovina, od metode proizvodnje i od finoće mliva. Sitno samljeveni cementi su obično svjetliji od krupno samljevenih cemenata. Međutim, boja ne otkriva očekivana svojstva cementa.
15
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 1.3.1. Hidratacija cementa Miješanjem portland cementa sa vodom dobija se plastično tijesto (cementna pasta) koja uslijed kompleksnog fizičko – hemijskog procesa (hidratacije) mijenja agregatno stanje i prelazi u čvrstu supstancu. U prvoj etapi hidratacije ( 5 do 10 h od momenta miješanja vode i cementa) zapaža se pojava vezivanja paste, a nakon toga dolazi do pojave očvršćavanja, tj. prelazak cementne paste u cementni kamen. Vrijeme vezivanja cementa je vremenski period od momenta mješanja cementa i vode do trenutka kada cementna pasta izgubi svoju plastičnost, i ono se završava relativno brzo za razliku od očvršćavanja koje traje od nekoliko mjeseci do nekoliko godina. Međutim proces očvršćavanja nije ravnomjeran, jer je u početku vrlo intezivan, dok se docnije sve više i više usporava i asimptotski teži odrečenoj graničnoj vrijednosti. Hidrataciju cementa možemo razmatrati kao hemijski proces i kao prostorni (volumenski) proces. U oba slučaja prisustvo vode ima ključni značaj, jer bez nje hidratacija nije moguća. Hidratacija kao hemijski proces. Miješanje vode i cementa možemo objasniti preko hemijskih formula: 2C3S + 6H = C3S2H3 + 3CH + q1 2C2S + 4H = C3S2H3 + CH + q2 C3A + 6H = C3AH6 + q3 C3A + gips + voda = etringit + q4 C4AF + 2CH + 10H = C3FH6 + q5 gdje su H voda (H2O), a CH kalcijumhidroksid (CaO∙H2O) i q oslobođena toplota. Iz formula se jasno vidi da su produkti hidratacije minerala C3S i C2S hidrosilikat kalcijuma (tobermoritov gel) i kalcijumhidroksid, dok su produkti hidratacije minerala C3A trikalcijumaluminat – hidrat, odnosno minerala C4AF trikalcijumferit – hidrat. Obzirom da je u portland cmentu uvjek prisutna izvesna količina gipsa, kao reakcija između celita (C3A), gipsa i vode dobija se mineralna supsanca etringit. Etringit se odlikuje velikom zapreminskom ekspanzijom, a njeni kristali se razvijaju veoma brzo i obavijaju zrna cementa (slika 10.) stvarajući ljuske i na taj način otežavaju pristup vodi do cementa, što dovodi do usporenja hidratacije. Da nema gipsa, odnosno kasnije tih ljuski, hidratacija cementa bi se odvijala gotovo trenutno.
16
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 10. Kristalizacija etringita
Zapreminsko povećanje etringita u mješavini cement – voda nije od značaja ako se vrši u okviru fluidne cementne paste. Međutim, ovo ekspanzivno dejstvo je opasno ako se vrši u očvrslom cementnom kamenu, naročito ako je cementni kamen izložen sulfatnoj agresiji. Povećanje zapremine etringita je 4 do 6 puta u odnosu na zapreminu supstance od koje je dobijen. Ovo povećenje dovodi do stvaranja unutrašnjih napona koji izazivaju razaranje – sulfane korozije (slika 11.). Samim tim, cementi treba da imaju što manje minerala celita (C3A).
Slika 11. Sulfatna korozija cementnog kamena
Mineral C3S (alit) brže hidratizira, oslobađa veće količine toplote, a i nosioc je ranijih čvrstoća. Mineral C2S (belit) sporije hidratizira i ima manji prirast čvrstoće, međutim tokom vremena čvrstoća belita se izjednačava po čvrstoćma sa produktima
17
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON alita (slika 12.). Celit (C3A) se takođe odlikuje visokom toplotom hidratacije, kao i veoma brzim priraštajem ove toplote.
Slika 12. Doprinosi klinker minerala čvrstoći cementnog kamena
Hidratacija kao volumenski proces. Cementna pasta je u suštini jedan disperzan sistem – suspenzija, gdje voda prestavlja disperzionu sredinu, a zrna cementa su disperziona faza (djelimično se rastvaraju, samo po površini). Hemijska reakcija na relaciji voda – celit (C3A) ima za rezultat da se na površinama cementa, a takođe i u vodi koja ih okružuje, stvaraju tanki igličasti kristali koji će se tokom vremena neprekidno povećavati. Na taj način se ostvaruju prostorne veze, tj. dolazi do vezivanja cementa. Nakon 8 do 10 sati cijeli volumen mješavine cement – voda biće ispunjen skeletom igličastih kristala, pri čemu dolazi do postepenog smanjivanja zrna cementa (slika 10.). Taj kristalni skelet dobijen na bazi klinker minerala C3A naziva se aluminatna struktura. Definitivno formiranje aluminatne strukture uzima se kao završetak procesa vezivanja i početak očvršćavanja cementa. U hemijskoj reakciji na relaciji voda – alit i belit (C3S i C2S) sitni kompaktni kristali ispunjavaju praznine između igličastih kristala aluminatne strukture, u početku manje intezivno, vremenom se uvećava, i postaju stvarni nosioci čvrstoće cementnog kamena. Nakon 24 sata silikatna struktura počinje da potiskuje – prekriva aluminatnu strukturu, tako da nakon 28 dana u cementnom kamenu dominira silikatna struktura. Proces hidratacije možemo podijeliti u tri faze prikazane na slici 13.
18
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 13. Šematski prikaz hidratacije cementa
Na slici 13a. i slici 13b. prikazana je početna faza, tj. faza vezivanja (etapa formiranja aluminatne strukture). Slika 13c. prikazuje postepeno očvršćavanje cementne paste, tj etapu istiskivanja aluminatne strukture i nadvladavanja silikatne strukture (druga faza). Treća faza prikazana je na slici 13d. i prestavlja stabilizaciju silikatne strukture, tj. kada se dostignuta čvrstoća cementnog kamena tokom vremena bitnije ne mijenja. Faktori koji utiču na brzinu hidratacije, odnosno određuju oblik krivulje hidratacije su: vrsta cementa (finoća mliva i hemijski sastav); vodocementni faktor; temperatura pri kojoj se odvija reakcija; prisutnost mineralnih i hemijskih dodataka (leteći pepeo, zgura ili ubrzivači, plastifikatori, superplastifikatori i dr.).
1.4. Voda Voda predstavlja neophodnu komponentu svake betonske mješavine, pošto je samo uz njeno prisustvo moguće odvijanje procesa hidratacije cementa. Takođe, voda u svježem betonu je značajna kao komponenta putem koje se ostvaruje potreban viskozitet betonske smješe, tj. omogućuje ugradljivost i obradljivost betonske smješe. Sa te tačke gledišta dolazimo do zaključka da je voda u svježem betonu značajna kako sa kvalitativne tako i sa kvanitativne strane.
19
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Voda za spravljanje kompozita tipa PMB ne smije da sadrži sastojke koji mogu nepovoljno da utiču kako na proces hidratacije cementa, tako i na odvijanje reakcije sinteze upotrebljenog polimernog dodatka, ali ni takve sastojke koji će da utiču na koroziju armature. Sastojci o kojima je riječ mogu da budu rastvoreni u vodi, a mogu biti i u vidu čvrstih primesa tj. u obliku suspendovanih mehaničkih nečistoća (muljevite, glinene čestice, čestice drveta, uglja i drugo). Obična voda za piće praktično uvjek zadovoljava navedene uslove, pa ona može da se upotrebi za spravljanje betona i bez posebnog dokazivanja podobnosti. Međutim, u svim ostalim slučajevima mora se obezbjediti dokaz o kvalitetu vode za beton. Uslove koje voda mora da ispunjava su dati prema standardu BAS EN 1008.
1.5. Aditivi Aditivi za beton su supstance koje svojim fizičkim, hemijskim ili kombinovanim djelovanjem utiču na određena svojstva svježeg i/ili očvrslog betona. Najčešće korišteni aditivi su: plastifikatori, superplastifikatori, aeranti, aksceleratori (ubrzivači vezivanja i/ili očvršćavanja), retarderi (usporivači vezivanja), zaptivači, antifrizi (dodaci za betoniranje na niskim temperaturama)... Aditivi mogu biti u tečnom ili praškastom stanju, a njihovo doziranje je obično oko 5% mase cementa, i dodaju se mahom prilikom spravljanja betonske mješavine. Ove supstance se mogu podijeliti na: -
plastifikatori su dodaci koji poboljšavaju ugradljivost i obradljivost betonskih
smješa, pa se može reći da oni predstavljaju regulatore reoloških svojstava svježeg betona. Upotrebom plastifikatora smanjuje se količina vode u svježem stanju za 10 do 15%. -
superplastifikatori omogućavaju još značajnije smanjenje količine vode u
svježem betonu, a da se pri tome ne ugrožava njegova ugradljivost i obradljivost. Smanjenje vode može da iznosi i preko 30%. -
aeranti (uvlačivači vazduha) su aditivi putem kojih se u strukturi betona
formiraju mjehurići (globule) vazduha reda veličine 0.01-9.3 mm. Ovi mjehurići su ravnomjerno raspoređeni unutar mase betona, i takva struktura uslovljava povećanje otpornosti na dejstvo mraza. -
zaptivači, isto kao i aeranti, mogu se smatrati za aditive regulatore strukture
betona. Nakon njihove reakcije sa klinker mineralima dobijaju se produkti koji zaptivaju kapilarne pore u cementnom kamenu. Na taj način povećava se stepen vodonepropustljivosti očvrslog betona.
20
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON -
aksceleratori su najčešće jedinjenja hlorida, pri čemu je najpoznatiji i najčešće
upotrebljavan akcelerator kalcijum hlorid. On ne utiče bitno na vezivanje cementa, ali u značajnoj mjeri ubrzava proces očvršćavanja. brzo
retarderi djeluju na taj način što oko zrna cementa stvaraju opne koje sprečvaju odvijanje
hemijskih
procesa
na
relaciji
cement-voda.
Najpoznatiji
i
najrasprostranjeniji retarder u upotrebi je sadra. -
inhibitori korozije se koriste kako bi umanjili koroziju čelika (armature) u
betonu. -
vrska je hemijski aditiv koji se uglavnom koristi prilikom vezivanja novog
betona za stari. -
antifrizi su sredstva protiv smrzavanja svježeg betona. Djeluju tako što
snižavaju tačku smrzavanja vode. Njihovom upotrebom omogućava se izvođenje betoniranja i na temperaturama nižim od 0°C. -
aditivi za širenje povjećavaju volumen svježeg betona prije vezivanja. Služi za
polijevanje i popunjavanje fuga između gotovih dijelova, popunjavanje proreza u građevinskim elementima i za oblaganje građevinskih elemenata. -
stabilizatori su hemijski dodaci koji reduciraju sklonost betona ka krvarenju.
Primjenjuju se za podvodne betone kao i za lake betone meke konzistencije. -
reduktori sedimentacije su sredstva koja sprečavaju sedimentaciju sastojaka
svježeg betona. Primjenjuju se kod samozbijajućeg betona. Kombinovanje polimera i drugih aditiva u betonu zahtjeva opreznost, pošto može biti kontraproduktivno, i da, s obzirom na hemijske reakcije na relaciji polimer – aditiv, dovede do nepovoljnih rezultata. Proizvođači aditiva (polimera) u svojim katalozima i prospektima daju informacije o eventualnoj nekompitabilnosti korištenja više aditiva u betonskoj mješavini.
1.6. Struktura betona Makrostruktura betona. Na nivou makrostrukture betona izdvajamo dva elementa : agregat i cementni kamen. S obzirom na to, možemo reći da je struktura betona nehomogena, a po svom tipu konglomeratična. U masi očvrslog betona moguće je jasno izdvojiti i kvantifikovati pojedine makrostrukturne elemente polazeći od jednačine zapremina koja glasi:
Va,a + Va,cp + Vp = 1
21
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON gdje su Va,a apsolutna zapremina agregata, Va,cp apsolutna zapremina zrnaca cementa i Vp zapremina zaostalih pora vazduha. Makrostruktura se može izraziti u vidu odnosa agregata i cementnog kamena u betonu (slika 14.)
Slika 14. Tipovi makrostrukture betona
Tip I: zrna agregata su na znatnom međusobnom rastojanju, međudejstvo između zrna praktično ne postoji; oni utiču samo na cementni kamen koji je neposredno okolo; odlučujući uticaj na beton ima svojstvo cementa. Tip II: cementnog kamena je manje; ispunjava prostor između zrna ali ga ima u tankom sloju na mjestu kontakta dva zrna; ovaj sloj iznosi obično 1-3 prečnika zrna cementa (0.03 do 0.06 mm); zone dejstva agregata se preklapaju i javljaju se dopunski efekti trenja; većina osobina betona zavisi i od agregata i cementa. Tip III: postoji manjak cementnog kamena; on samo u tankom sloju obavija zrna agregata dok međuprostor ispunjava samo mjestimično; odlučujući uticaj na svojstva betona imaju svojstva agregata. Konstrukcioni betoni najčešće imaju strukture bliske tipu II. U betonu visokih fizičko – mehaničkih karakteristika treba da, uz optimalan stepen upakovanosti zrna agregata, cementni kamen ne samo obavija zrna, već i ispunjava praznine između njih. Za dobijanjе gustog betona (tip II), bitan je granulometrijski sastav agregata, kao i karakteristike samog agregata (dovoljna čvrstoća i kompaktnost). Mikrostruktura betona. Mikrostruktura podrazumjeva definisanje unutrašnje strukture svakog od ovih elemenata – njihove poroznosti, kao i analizu građe kontaktnog sloja na granici ovih elemenata.
22
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Ukoliko pretpostavimo da se primjenjuje dovoljno kompaktan agregat i da je ugrađivanje betona izvršeno korektno i efikasno, najveći udio u ukupnoj poroznosti betona imaće pore u cementnom kamenu. Te pore možemo podijeliti na (slika 15.): gelske pore u koje, pored osnovnih, spadaju i kontrakcione pore; kapilarne pore; zaostali vazduh; uvučeni vazduh. Gelske pore su posljedica hidratacije cementa i predstavljaju strukturnu komponentu cementnog kamena koje se ne može izbjeći. Dimenzije gelskih pora su reda veličine 1 do 3∙10-6 mm (od 1 do 3 nm) i ispunjene su vodom. Ova voda naziva se gelska voda i uvjek se javlja u porama cementnog gela. Količina ovih pora, za hidratisani dio cementnog kamena, praktično je konstantna za sve cemente i na njihovu količinu se ne može uticati. Kontrakcione gelske pore nastaju uslijed skupljanja cementnog kamena i iste su veličine kao i gelske pore, takođe su ispunjene vodom i uvjek su prisutne u cementnom kamenu. Ukupna zapremina kontrakcionih i gelskih pora iznosi oko 28% od zapremine cementnog kamena. Gelske pore nemaju uticaja na čvrstoće i propustljivost, ali zato utiču na skupljanje i tečenje (puzanje) betona. Kapilarne pore su pore nastale na mjestima koja nisu ispunili produkti hidratacije, a njihova količina zavisi od količine vode upotrebljene za izradu betona. Pri vodocementnim faktorima većim od 0.40, dio vode neće učestvovati ni u hemijskim reakcijama ni u stvaranju pora u gelu, već će predstavjati višak, koji će u cementnom kamenu (nakon isparenja jednog dijela) obrazovati kapilarne pore prečnika manjih od 10-3 mm. Ove pore su povezane u mrežu koje se protežu kroz cijelu strukturu cementnog kamena. Predstavljaju slabo mjesto u strukturi cementnog kamena, jer većina svojstava cementnog kamena zavisi od kapilarne poroznosti. Zahvaćeni vazduh su pore koje nastaju tokom miješanja i ugradnje svježeg betona. Razlikuju se od ostalih vrsta pora po veličina koja je oko 1 mm i nepravilnom obliku. Smatra se da dobro zbijen beton ima oko 2% zahvaćenog vazduha. Uvučeni vazduh (obično od 3 do 5% od zapremine betona) se namjerno stvara u betonu pomoću dodataka (aeranata). Na taj način se u strukturi betona formiraju mjehurići vazduha, ravnomjerno raspoređeni u masi cementnog kamena na
23
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON međusobnom rastojanju od 0.1 do 0.2 nm. To su zatvorene pore specifičnog oblika sa tipičnim prečnicima od 70 do 1000 μm, koje su znatno veće od kapilarnih pora. Obavijene su membranom, pa na taj način prekidaju kapilarne pore, te sprečavaju direktan prijenos fluida i susptanci.
Slika 15. Podjela i veličina pora
Ukupna poroznost betona u jednici zapremine iznosi:
Puk.b = Pgel.b + Pk.b + Δp.b gdje su Pgel.b gelska poroznost betona, Pk.b kapilarna poroznost betona i Δp.b zaostala poroznost koja obuhvata zahvaćeni i uvučeni vazduh. Šematski se može prikazati na slici 16.
Slika 16. Šematska struktura cementnog kamena
24
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Kontaktni sloj između cementne paste i zrna agregata, širine oko 0.03 do 0.06 mm ima bitno različitu strukturu od strukture prosječnog sastava cementnog kamena. Veće je poroznosti, pa samim tim i drugačijeg mineralnog sastava. Ovo uslovljava veću vodopropustljivost u odnosu na cementni kamen i agregat. Zbog toga je to najslabiji dio strukture betona, kroz koji najvećim dijelom prolazi voda i druge supstance kada penetriraju u beton, i zato se naziva i tranzitnom zonom. To je područije kojim prolaze pukotine pri drobljenju betona (slika 17.). U praksi treba obratiti pažnju da agregat bude čist s obzirom da zaprljan agregat bitno utiče na čvrstoću veze cementnog kamena i agregata, a time i na smanjenje čvrstoće betona i povećanje vodopropusnosti.
Slika 17. Mikrostruktura betona nakon 28 dana (A – agregat, C – cementni kamen, K – kontaktni sloj)
25
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 2. POLIMERI 2.1. Uvod Monomer (mono – jedan, meros – dio) je mala, prosta molekula koja se može hemijski vezivati sa drugim molekulama, obrazujući pri tom dugu lančanu strukturu (prisutno najmanje 1000 atoma) sa visokom molekularnom masom, koje premašuju 100000. Ta struktura je poznata kao polimer (pol – mnogo, meros – dio). Hemijski proces povezivanja molekula monomera naziva se polimerizacija, pa važi nM → Mn. Ako se u procesu, pak koristi više od jedne vrste monomera, proces se naziva kopolimerizacija, a rezultantni materijal kopolimer. Možemo govoriti o dvije osnovne vrste reakcija polimerizacije: o adicionoj i kondenzacionoj polimerizaciji. Adiciona polimerizacija podrazumjeva čistu adiciju istih ili različitih monomera, pa se dobijaju polimeri sa strukturnim formulama A+A+A…→A-A-A ili A+B+A+B+…→A-B-A-B... U prvom slučaju radi se o polimeru homolognog tipa, dok se u drugom slučaju radi o kopolimeru. Dobijeni polimeri, kao što se vidi iz primjera, imaju iste elemente kao i polazni monomeri, ali polimeri se po svojstvima bitno razlikuju od polaznih monomera. Adiciona polimerizacija se moze inicirati povišenom temperaturom, povećanim pritiskom ili korištenjem određenih katalizatora. Kondenzaciona polimerizacija predstavlja reakciju polimerizacije između dva monomera pri kojoj se dobija polimer koji se po hemijskom sastavu razlikuje od sastava ishodnih monomera. Osim polimera kao rezultat reakcije dobijaju se i određeni niskomolekularni nusprodukti kao što su voda, hlorvodonik i neka druga jedinjenja. A + B ® AB + nusprodukti.
2.2. Struktura, vrste i svojstva polimera Kod polimera se kao čestice – izgrađivači javljaju makromolekuli. Oni mogu u prostoru biti različito raspoređeni i povezani, i s obzirom na njihov raspored razlikujemo amorfne polimere i kristalične polimere. Amorfni polimeri imaju nesređenu strukturu, tj. nema geometrijskih pravilnosti u rasporedu molekulskih lanaca. Kod kristaličnih polimera postoji određeni stupanj sređenosti molekulskih lanaca u prostoru. Međutim, većina polimera ima ili amorfnu strukturu ili djelimično kristaličnu strukturu. Polimeri ove druge vrste se nazivaju semikristalični, a imaju naizmjenično amorfnu, odnosno kristaličnu strukturu molekulskih lanaca. Djelovanjem vanjskih sila na polimer može doći do orijentacije makromolekulskih lanaca u smjeru djelovanja vanjske sile pa nastaje orijentirani polimer (slika 18.).
26
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 18. Molekulska struktura polimera
Kao što je već rečeno, kod polimera se kao čestice – izgrađivači javljaju makromolekuli koji po obliku mogu da budu linearni, razgranati i mrežasti (slika 19.).
Slika 19. Tipovi makromolekule
Polimeri koji se sastoje od linearnih makromolekula, kao i od razgranatih čije grane nisu povezane susjednim makromolekulima, nazivaju se linearni polimeri. Ovu vrstu polimera karakterišu slabe sile međudejstva između pojedinih makromolekula, a to se odražava na niz njihovih svojstava. Ukoliko se, pak, radi o polimerima sa mrežastim (umreženim) makromolekulima, odnosno o polimerima kod kojih su linijski elementi međusobno spojeni poprečnim vezama, takvi polimeri se nazivaju prostorni odnosno umreženi polimeri. Za ove polimere karakteristično je postojanje jedinstvenog
27
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON prostornog skeleta, pa se oni teže deformišu i stoga u većoj mjeri nego linearni polimeri zadovoljavaju definiciju čvrstog tijela. Prema fizičkim svojstvima polimeri se dijele na elastomere, vlakna i plastične mase. Među makromolekulama elastomera vladaju male intermolekularne privlačne sile. Radi toga imaju mali modul elastičnosti i to 1 - 10 MPa. Na sobnoj temperaturi mogu se elastično istegnuti najmanje do dvostruke početne dužine. Kod vlakana, među molekulama vladaju jake intermolekularne privlačne sile, jer postoji visoki stupanj usmjerene prostorne orijentacije molekula i visok stupanj kristalične strukture. Modul elastičnosti vlakana iznosi 103 - 104 MPa. Većina mehaničkih svojstava neovisna je o temperaturi, unutar intervala od -50°C do 150°C. Plastične mase imaju djelimično kristaličnu strukturu, a intermolekularne sile su srednje veličine. Po svojstvima zauzimaju mjesto između vlakana i elastomera. Prema načinu prerade, polimeri se dijele na termoplastične i termostabilne. Termoplastični polimeri pri zagrijavanju omekšaju, tako da se mogu prerađivati i oblikovati, a nakon hlađenja ponovo očvrsnu. Postupak zagrijavanja i hlađenja može se ponoviti više puta. Međutim, ukoliko se prekorači određena temperatura, dolazi do nepoželjnih hemijskih reakcija, a time i znatne promjene svojstava polimera. Termoplastični polimeri imaju malu toplotnu postojanost i malu tvrdoću, a neki od njih relativno malu otpornost na djelovanje hemikalija, posebno kiselina. Termoplastični polimeri imaju linearnu strukturu makromolekule. Najpoznatiji polimeri ove vrste su: -
polietilen je tvrd rožnat materijal bijele boje koji se dobija polimerizacijom etilena. Proizvodi se u vidu granula veličine 3-5 mm, ili u vidu bijelog praha. To je jedan od najlakših polimera pošto njegova specifična masa varira u granicama od 920 do 970 kg/m3. Čvrstoća polietilena pri zatezanju kreće se od 12 do 32 MPa, dok mu je modul elastičnosti izuzetno mali i iznosi 150 – 800 MPa.
-
polivinilhlorid je bijeli ili žućkasti prah bez mirisa i okusa. Može da se koristi do temperature od oko 60oC. Njegova specifična masa iznosi oko 1400 kg/m3, dok mu je čvrstoća pri zatezanju 50 – 60 Mpa, a čvrstoća pri savijanju 80 – 120 MPa. Veoma je otporan prema djelovanju kiselina, baza, benzina i sl.
-
polistirol predstavlja produkt polimerizacije stirola. Ovaj polimer je na normalnim temperaturama tvrd prozračan materijal nalik na staklo. Njegova specifična masa se kreće oko 1050 kg/m3, dok su mu čvrstoće pri zatezanju od 35 – 60 MPa, a pri pritisku 80 – 110 MPa. Polistirol je vodonepropustan i otporan na djelovanje mnogih hemijskih agensa.
28
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON -
polivinilacetat je polimer sa vrlo niskom teperaturom prelaska u staklasto stanje, pa je on već na temperaturama većim od 28oC podložan deformacijama.
-
poliizobutilen, polimetilmetakrilat i dr.
Termostabilni polimeri nakon zagrijavanja i hlađenja nepovratno očvrsnu u netaljiv i netopiv polimer. Ova svojstva nastaju kao posljedica hemijskih reakcija umreženja koje nastaje kod zagrijavanja. Imaju veću čvrstoću, tvrdoću i bolju toplotnu postojanost nego termoplastični polimeri, a otporni su prema hemikalijama. Termostabilni polimeri imaju umreženu strukturu makromolekule. Najpoznatiji termostabilni polimeri su: -
epoksidi su polimeri koji u okviru svoje strukturne formule sadrže epoksidnu grupu. Epoksidi u očvrslom stanju (nakon primjene očvršćivača) karakterišu visoke čvrstoće i velika hemijska otpornost. Čvrstoće pri zatezanju su 40 – 80 MPa, čvrstoće pri pritisku su 70 – 100 MPa a čvrstoće pri savijanju 60 – 130 MPa. Specifična masa epoksida je oko 1200 kg/m3. Odlikuju se srazmerno malom žilavošću.
-
fenolformaldehidi se dobijaju polimerizacijom fenola i izvjesnih aldehida. Na normalnim temperaturama su tvrde i krute supstance svijetlo ili tamno mrke boje sa specifičnim masama 1200 – 1300 kg/m3.
-
poliestri imaju široku primjenu u građevinarstvu zbog svoje niske cijene i rasprostranjenosti. Imaju specifičnu masu 1100 – 1400 kg/m3, a čvrsoća pri zatezanju se kreće od 30 - 70 MPa, dok čvrstoća pri pritisku iznosi 90 – 240 MPa. Poliestri su otporni na djelovanje velikog broja hemijskih agensa, kao i na dejstvo okidacionih sredstava i vlažnog hlora, koji inače razaraju epokside.
-
poliuretani se u građevinarstvu najviše koriste u obliku termoizolacionih materijala. Variranjem osnovnih komponenti mogu se dobiti mekši ili tvrđi poliuretani sa zapreminskim masama od 30 do 500 kg/m3.
-
silikoni i dr. Kaučuk predstavlja vrlo važan tip polimera. Postoji prirodni kaučuk koji se
dobija iz soka (lateksa) kaučukovog drveta i vještački koji se dobija sintetičim putem tj. polimerizacijom monomera izoprena, butadiena, hloroprena i drugih i spada u grupu elstomera. Sintetički kaučuk je otporniji od prirodnog kaučuka na dejstvo svjetlosti, kisika, kiselina i ulja. Pri dovoljno visokim temperaturama kaučuk postaje plastičan, mek i ljepljiv. Kaučuk se ne potčinjava hukovom zakonu i prisutan je veoma veliki stepen deformabilnosti, a zapremisnki modul elastičnosti je visok u poređenju sa drugim sintetičkim materijalima.
29
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Jedna makromolekula može biti izgrađena od jedne ili više vrsta monomera. Dakle, polimeri se mogu podijeliti na dvije osnovne grupe (slika 20.): ⎯ homopolimeri koji su izgrađeni samo od jedne vrste monomera. Tipičan predstavnik ove grupe je polietilen; ⎯
kopolimeri koji su izgrađeni od dvije ili više vrsta monomera. Tipičan
predstavnik ove grupe je polivinilhlorid.
Slika 20. Makromolekuli homolognog (a) i kopolimernog(b) tipa
Polimeri mogu postojati samo u kristaličnom i tekućem stanju. Polimer ne može postojati u plinovitom stanju, jer je tačka ključanja uvijek viša od temperature na kojoj se polimer razgrađuje. Fizičko stanje polimera karakteriše deformacija koja nastaje na opštem ispitnom tijelu. Deformacijska stanja su: staklasto, viskoelastično ili gumasto i viskofluidno. Ta stanja ovise o temperaturi polimera, što se može prikazati na termomehaničkoj krivulji (slika 21.).
Slika 21. Tipična termomehanička krivulja linearnog amorfnog polimera
Pri niskim temepraturama manjim od vrijednosti Tg, polimeri se nalaze u čvrstom tj. staklastom stanju. Kada su temperature veće od vrijednosti Tg, polimeri
30
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON prelaze u tzv. visokoelastično stanje koje se zadržava sve do temperature Tf, a kada se premaše i ove temperature polimeri prelaze u visokofulidno stanje koje vodi ka lomu. Tačka Tg naziva se staklište, a Tf se naziva tecište. Oblik termomehaničke krivulje ovisi o vrsti makromolekula, prosječnoj molekulskoj masi, polarnosti makromolekula, nadmolekulskoj strukturi itd. Oblikovanje proizvoda od polimernog materijala najčešće se vrši u viskofluidnom stanju. To se vrši u relativno uskom temperaturnom područiju da ne dođe do nepoželjnih promjena u strukturi makromolekule. Svojstva polimera možemo podijeliti na dobra i loša. U dobra svojstva spadaju: mala gustoća, lako oblikovanje, otpornost prema atmosferilijama i hemikalijama, otpornost prema koroziji, izolatori su toplote i elektriciteta, lako se boje i imaju sposobnost prigušenja zvuka. U loša svojstva spadaju: mala čvrstoća, dimenzionalna nestabilnost, mala toplotna otpornost i laka zapaljivost kao i sklonost starenju i razgradnji. Svojstva polimera se mogu modifikovati dodacima.
2.3. Polimeri koji se primjenjuju za modifikaciju cementnih betona Malteri i betoni modifikovani polimerima dobijaju se primjenom polimera ili monomera u vidu disperzija, emulzija, praškastih formulacija ili pravih tečnosti koje se mogu miješati sa uobičajenim komponentama cementnih kompozicija. Kao modifikatori u ovakvim slučajevima javljaju se polimeri i monomeri prikazani na šemi na slici 22.
POLIMERI I MONOMERI MODIFIKATORI CEMENTA
elastomerni lateksi
termoplastičn i lateksi
POLIMERNI LATEKSI
PRAŠKASTE EMULZIJE
bitumenski lateksi
termoreaktivni lateksi
VODORASTVORLJIVI POLIMERI
TEČNE SMOLE
MONOMERI
mješavine lateksa
Slika 22. Polimeri i monomeri koji se primjenjuju za modifikiaciju cementnih betona i maltera
Od svih navedenih dodaka cementnim kompozitima, najširu primjenu danas imaju polimerni lateksi (Lateks – vodena disperzija određenog polimera). Iz ekonomskih razloga, ali i zbog tehničko – tehnoloških karakteristika najširu primjenu imaju materijali koji su na šemi na slici 23. ispisani tamnije (bold).
31
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON LATEKSI NA BAZI PRIRODNOG KAUČUKA
butadienstirolni kaučuk (BSK)
ELASTOMERNI LATEKSI LATEKSI NA BAZI SINTETIČKIH KAUČUKA
polihloroprenski kaučuk (PHPK)
POLIAKRILNI ESTAR (PAE)
akrilonitrilbutadienski kaučuk (ANBDK)
POLIMERNI LATEKSI MODIFIKATORI CEMENTA
POLIETILENVINILACEAT (PEVA)
POLIVINILDEHLORID - VINILHLORID(PVDH)
TERMOPLASTIČNI LATEKSI POLIVINILACETAT (PVA)
POLIVINILPROPIONAT (PVP)
POLIPROPILEN (PP)
TERMOREAKTIVNI LATEKSI
EPOKSIDNI LATEKSI
BITUMEN
BITUMENSKI LATEKSI
BITUMEN MODIFIKOVAN KAUČUKOM
MJEŠOVITI LATEKSI
PARAFIN
Slika 23. Polimerni lateksi – modifikatori cementnih kompozicija
Polimeri i monomeri (modifikatori cementa) najčešće predstavljaju gotove fabričke proizvedene materijale sa određenim komercijalnim nazivima. Ovi materijali, zavisno od tipa, mogu biti jednokomponentni ili višekomponentni (najčešće dvokomponentni) i pri njihovoj primjeni treba se obavezno pridržavati uputstava proizvođača. Neki od ovih materijala često se isporučuju posebno prilagođeni praktičnoj primjeni, što podrazumijeva miješanje osnovne supstance sa nekim dodatkom putem kog se utiče na dobijanje određenih tehničko – tehnoloških karakteristika, kako same osnovne supstance, tako i cementne kompozicije u okviru koje se ona primjenjuje. Na primjer, pojedine vrste polimera lateksa često se isporučuju sa dodatkom odgovarajućeg sredstva za onemugućavanjem stvaranja pjene, jer prilikom mješanja kompozicija sa lateksnim dodacima često se ispoljava značajno pjenušanje mješavina, što osjetno
32
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON dovodi do pada mehaničkih karakteristika kompozita. Na taj način se formiraju složena matrična faza rešetkaste strukture značajnih mehaničkih svojstava i izuzetno čvrsto povezuje zrna agregata, odnosno tzv. čestice ispune betona. Učešće polimera u kompozitu tipa PMB najčešće se izražava u vidu polimercementnog faktora (odnosa). Polimercementni faktor u suštini predstavlja odnos čistog polimera (kod polimernih lateksa tipa vodenih dsperzija ne uzima se u obzir količina vode u datoj disperziji koja iznosi 40 do 80%) i cementa. 2.4. Polimerne formulacije Kao što se vidi na slici 22. polimere možemo podijeliti na polimerne latekse, praškaste emulzije, polimere rastvorljive u vodi, tečne smole i monomere. - Polimerni lateksi. U slučaju polimernih lateksa najčšće se radi o sistemima tipa vodenih disperzija koje u svom sastavu sadrže dispregovane čestice prečnika 0.05 – 5μm. Ove čestice mogu da budu polimerne ili kopolimerne strukture, što znači da mogu da nastanu kao rezutat hemijske sinteze jednog ili višeg broja monomera. Sastav polimernih lateksa varira u zavisnosti od konkretnog tipa polimera i obično sadrži od 30 do 50% suhe materije. U okviru ovog procenta suhe materije sadržani su i emulgatori i stabilizatori, a u nekim slučajevima i antipjenušavci i druge konstituente bitne za obezbeđivanje zahjevanih karakteristika konkretne formulacije. Ovakav sastav lateksnih sistema (koji su najčešće na bazi elastomernih i termoplastičnih polimera) uslovljavaju da se njihovim sušenjem na zraku formiraju odgovarajući suhi filmovi koji predstavljaju konačne produkte hemijske sinteze. Karakteristična svojstva nekih polimernih lateksa (oni boldovani na slici 23.) dati su u tabeli 3. Na slici 24. prikazani su polimerni lateksi, BSK lijevo i PEVA desno, pod mikroskopom (prečnik čestica od 0.05 do 5μm).
Slika 24. Polimerni lateksi pod mikroskopom
33
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON kol. suhe
spoljni izgled
veličina
(boja)
čestica (A)
BSK
mlječno bijela
2000
46.5-49.5
1010
PHPK
mlječno bijela
1200
50
1100
9.0
0.016
0.035
PAE
mlječno bijela
5000
44.5-45.5
1054
8.6-10.2
0.029
0.045
PEVA
mlječno bijela
7000
52.8
1050
6.0
1.350
0.075
PVDH
mlječno bijela
1700
47.0-51.0
1230
3.0-7.0
PVA
mlječno bijela
5000
42.5
1090
4.3
tip polimera
materije (%)
spec. masa na 20oC (kg/m3)
pH
viskozitet na površ. napon 20oC (Pas)
10.0-11.0 0.010-0.012
(N/mm2)
0.032
0.006-0.010 0.038-0.042 2.370
0.0445
Tabela 3. Karakteristična svojstva polimernih lateksa
- Praškaste emulzije. One predstavljaju suhe polimerne formulacije kod kojih pri miješanju sa vodom (naknadno miješanje) dolazi do reemulgovanja. Na ovaj način dobijaju se svojevrsni sistemi polimer – voda koji po svojim svojstvima odgovaraju polimernim lateksima dispergovanim u vodi. U ovu grupu polimera spadaju polietilenacetat, polivinilacetat – vinilversatat i dr. - Polimeri rastvorljivi u vodi. U ovu grupu polimera ubrajaju se različite vrste celuloze (metilceluloza, karboksimetilceluloza i dr.), polivinilni alkohol, polietilen oksid, poliakrilamid i druge slične susptance. Polimeri ovog tipa na tržištu se javljaju u čvrstom (praškastom) stanju ili u vidu gotovih vodenih rastvora i njihovom primjenom u prvom redu se poboljšava ugradljivost i obradljivost mješavina (usled povećane površinske aktivnosti čestica). Njihovom upotrebom takođe se umanjuje gubitak vlage usled sušenja, što dolazi kao rezultat povećanja viskoznosti mješavina i svojevrsnog izolacionog efekta usled formiranja vrlo tankih opni oko čestica kompozita. - Tečne smole. U ovu grupu modifikatora cementa spadaju poliesterske smole, epoksidne smole, fenolformaldehidne smole, poliuretani i dr. Ovi polimeri se najčešče primenjuju kao višekomponentni tečni sistemi, pri čemu se uslovi koji važe za njihovu primjenu uglavnom identični opštim uslovima za polimere toga tipa. Međutim, glavni uslovi za nihovo korištenje u svojstvu modifikatora cementnih kompozicija su sledeće: mogućnost rastvaranja, dispergovanja ili emulgovanja, što je najtešnije povezano sa uslovom kompatibilnosti ovakvih formulacija sa vodom, koja predstavlja neizbježnu
34
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON komponentu svih kompozita tipa PMB. Primjera radi, u tabeli 4. dat je sastav jednog modifikatora cementnih kompozicija na bazi poliesterske smole. Materijal
Odnosi kopozita % (po masi)
Poliestarska smola
50-70
Nezasićeni monomer (stirol)
25-65
Praškasti amonijumpersulfat
3-5
Praškasti natrijumbisulfat
1-3
Tabela 4. Primjer sastava jednog modifikatora cementa na bazi polietarske smole
- Monomeri. Primjena modifikatora ovog tipa je praktično identična slučajevima tečnih smola. U kombinacijama monomer – voda – cement paralelno teku procesi hidratacije cementa i termokatalitički ili radijacioni procesi polimerizacije, pri čemu se polimerizacija može tako regulisati da se ona odvija u vrijeme, ili posle faze vezivanja, odnosno očvršćavanja cementa. Od monomera koji se u ovakvim slušajevima najčešće primjenjuju mogu se navesti furilov špirit, metilmetakrilat i hlorovodonični anilin, koje treba primjenjivati u svemu prema prethodnim ispitivanjima; bez ovakvih ispitivanja primjena formulacija ove vrste praktično je nemoguća. 2.5. Komercijalni proizvodi za modifikaciju cementnih kompozita U daljem tekstu, prikazaće se nekoliko komercijalnih proizvoda na bazi polimera koji se danas primjenjuju za modifikaciju cementnih kompozita i koje je moguće naći na našem tržištu.
35
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Kemament HIPER X Proizvođač: KEMA Kemament HIPER X je aditiv univerzalno upotrebljiv superplastifikator na osnovi derivata polikarboksilata za snižavanje vodocementnog faktora i/ili povećanje konzistencije sa učinkom ubrzanog stvrdnjavanja. Povećava se pokretljivost cementnih čestica, što omogućava dugo vrijeme obradljivosti Smanjuje se potrošnja vode, a konzistencija ostaje ista Omogućava duge transporte
Karakteristike:
Primjena:
Tehnički podaci:
Za pumpane betone Za betone koji zahtjevaju nizak vodocementni faktor Za betoniranje ljeti pri visokim temepraturama Za transportne betone Za samozbijajuće betone Vidljivi betoni
Boja: svijetlo braon pH: 6-8 Sadržaj suhe stvari: 38-42 % Gustoća: 1,08 – 1,14 kg/cm3
Pakovanje:
Plastična ambalaža od 10 kg, 50 kg i kontejneri od 1000 kg.
Dozaža:
Miješa se sa vodom (ne preporučuje se u suhu mješavinu), 0.5 % na masu cementa, max 1% na masu cementa
36
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Sika® ViscoCrete® 3070 Proizvođač: Sika Sika®ViscoCrete®3070 je superplastifikator na bazi modifikovanih polistearičnih estera (modifikovanih polikarboksilata) koji omogućava spravljanje cementnih mješavina vrhunskih performansi sa produženom tečljivošću u toplim klimatskim uslovima ili pri transportu na veće udaljenosti. Karakteristike:
Primjena:
Tehnički podaci:
Lijep finalni izgled Umjereno održavanje konzistencije (preko 90 minuta) i transport betona Daje veće krajnje čvrstoće Pogodan za letnji period Lijep finalni izgled površine betona Poboljšava obradljivost i ugradljivost betona
Za klasične betone Za samozbijajuće betone Za pumpane betone Za duge transporte u letnjem periodu Za vodonepropusne betone
Boja: žućkasto ćilibarna Gustoća: 1,09 ± 0,01 kg/l
pH: 4,5
Sadržaj lvrste materije: 29% ± 1
Pakovanje:
Kante od 25 kg, burad od 220 kg, kontejneri od 1100 kg i rinfuz
Dozaža:
Dozira se u granicama između 0,5-1,2 kg proizvoda na svakih 100 kg veziva.
37
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Izolit BETONPLAST Proizvođač: Dramin Izolit BETONPLAST je jednokomponentni proizvod, tečni aditiv sa višestrukim dejstvom. Namenjen je izradi visokokvalitetnih polimer-betona i polimer-cementnih maltera. Karakteristike:
Primjena:
Tehnički podaci:
Pakovanje: Dozaža:
Tečan jednokomponentni proizvod Homogenizuje i plastificira beton Alkalitet proizvoda daje zaštitu armaturi od korozije Jednostavna primjena Pospešuje otpornost na organske kiseline Čini beton i malter vodonepropusnim Štiti od vode i mraza Ne sadrži hlorid Pri izradi svih vrsta betona Pri izradi temelja, objekata pod zemljom i cementnih kosuljica Sprečava pojavu mikropukotina Povećava fleksibilnost, adheziju, trajnost i otpornost na vodu i mraz Homogenizuje, plastificira beton i daje vodonepropusnost betona do 3 bara vodenog pritiska
Boja: bijela Gustoća: 1,02 kg/lit
pH: 10
Sadržaj suhe stvari: 45%
Plastična ambalaža od 3 kg, 5 kg, 10 kg i 25 kg. 5 do 10% na masu cementa u zavisnosti od namene.
38
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON ELGEMER Proizvođač: LGM ELGEMER je polimerni dodatak, čija je osnovna komponenta stiren-butadijenski latex. Glavna karakteristika ovoga polimera kao dodatka portland cementnom mortu ili betonu je velika hemijska i mehanička stabilnost pod oštrim uvjetima okoline. Karakteristike:
Primjena:
Tehnički podaci:
Pakovanje: Dozaža:
U svježem stanju, bolja obradljivost uz manju količinu vode (fluidificiranje) Sposobnost zadržavanja vode Odlična adhezija i kohezivnost smjese i prionljivost na podlogu Povećanje vlačne i savojne čvrstoće Povećana žilavost, a time i otpornost na udare i dugotrajna ciklička opterećenja Povećana otpornost na cikluse smrzavanja i odmrzavanja Povećana otpornost na kemijski agresivnu okolinu Smanjuje rizikod korozije čelika u betonu Priprema prajmera Priprema veznih slojeva starog i novog betona Priprema betona visokih preformansi Priprema zahtjevnijih estriha industrijskih podova Za zaštitu betona od korozije Priprema abrazijski otpornih mortova
Boja: bijela Gustoća: 0,98 kg/lit
pH: 9
Sadržaj suhe stvari: min 23%
Kante 20 l, bačve 200 l i kontejneri 1000 l. 5% suhe stvari na masu cementa.
39
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Elastosil 34 Proizvođač: TKK Elastosil 34 je vodena disperzija veštačkih smola - polimera, koji se upotrebljava kao dodatak malteru ili betonu. Karakteristike:
Primjena:
Tehnički podaci:
Postižemo poboljšanje mehaničkih čvrstoća, posebno značajno povećanje prionljivosti svježeg betona ili maltera sa već očvrslim betonom ili malterom Postižemo poboljšanje otpornosti očvrslog maltera ili betona na djelovanje soli, rastvora baza i kiselina, ulja i benzina Bolju plastičnost odnosno obradljivost svježeg maltera ili betona, Poboljšanu nepropustnost i na taj način smanjenu propustnost za vodu, ulja, naftu, benzin… Povećanu otpornost na abraziju
Izrada polimer modifikovanih maltera i betona, koji su izloženi većim mehaničkim, fizičkim ili hemijskim opterećenjima Izrada sanacionih maltera i maltera za lijepljenje Izrada veznih slojeva imeđu očvrslog betona i novog / svežeg betona ili maltera
Boja: bijela Gustoća: 1,00 kg/lit
pH: 5,5
Sadržaj suhe stvari: 29,5 ± 1,4 %
Pakovanje:
Plastične boce 1 kg, kanisteri 10 kg i burad 50 kg.
Dozaža:
Obično Elastosil 34 : voda = 1 : 1 do 1 : 3 (zapreminski ili težinski delovi).
40
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Polybond SBR Proizvođač: Henkel - Polybit Polybond SBR je disperzija butadienstirolnog kaučuka koji se upotrebljava povećanje vodonepropustljivosti i trajnosti betona i maltera. Karakteristike:
Primjena:
Tehnički podaci:
Poboljšava čvrstoče na zatezanje savijenjem i cijepanjem Poboljčava čvrstoće na pritisak Poboljšava vodonepropustljivost betona i maltera Smanjuje skupljanje betona Smanjuje vodementni fakotr Izvrsna adhezija za večinu građevinskih materijala Poboljšava plastičnost, zadržavanje vode i obradljivost svježe mase Poboljšava otpornost na hemikalije i naftne derivate Sprečva „krvarenje“ betona Dobra otpornost na soli Štiti od korozije Jednostavan za upotrebu Vezivni sloj između starog i novog betona ili maltera Popravke oštečenog betona Izrada kvalitetnih industijskih podova Izrada betona za bazene, vodotokove, tunele, kanalizacije Poboljšava otpornost na habanje i vodonepropustljivost maltera
Boja: mlečno bijela pH: 9 - 10,5 Gustoća: 1,01 – 1,05 kg/lit
Procenat suhe materije: 45 ±3 %
Pakovanje:
Plastična ambalaža, burad od 5 lt, 20 lt, 200 lt
Dozaža:
Za normalnu upotrebu, 10 lt proizvoda ide na 50 kg portland cementa.
41
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 2.6. Polimer – betonski kompoziti Sve vrste polimer – betonskih kompozita, mogu se generalno svrstati u tri grupe, i to: -
Beton impregnirani polimerima koji predstavljaju očvrsli cementni beton
naknadno impregniran monomerom, koji u kasnijoj fazi polimerizuje. U praksi se isključivo prijmjenjuje za poboljšanje svojstava postojećih AB konstrukcija ili prefabrikovanih elemenata. Naime, njim se može obezbediti relativna nepropustljivost betona u dijelu zaštitnog sloja u cilju povećanja trajnosti betona, a impregnacijom sa pogodnim polimerima se mogu unaprijediti i druge karakteristike kao što su: čvrstoća pri zatezanju, pritisna čvrstoća, modul elastičnosti, otpornost na habanje, otpornost na vodu, kiseline i soli i otpornosti na dejstvo zamrzavanja i odmrzavanja. -
Polimerbetoni su betoni kod kojih se kao vezivo koriste različite vrste
termostabilnih polimera, pri čemu se koriste obični agregati (upotreba cementa je moguća samo u svojstvu zamjene dijela sitnog agregata). Pri izradi ovih betona teži se da se najbolji tehnički efekti ostvare uz minimalan utrošak polimera koji kod ovakivih betona predstavljaju najskuplju komponentu. Najveći broj fizičko – mehaničkih karakteristika polimerbetona se poboljšava porastom učešća polimera, ali u praksi se ovi betoni uglavnom spravljaju sa najviše 20% polimera u odnosu na ukupnu masu materijala. Jedna od bitnih karakteristika polimerbetona jeste otpornost prema hemijskoj agresiji. Čvrtoće pri pritisku iznose preko 120 MPa, čvrstoće pri zatezanju su preko 50 MPa. Takođe otporniji su na habanje i udar u odnosu na obične betone. -
Betoni modifikovani polimerima dobijaju se dodavanjem monomera ili
polimera u svježu betonsku masu.
42
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 3. SISTEMI MODIFIKOVANI LATEKISMA 3.1. Principi lateksne modifikacije i strukturne karakteristike PMB Lateksna modifikacija cementnih betona reguliše se kako hidratacijom cementa, tako i procesom formiranja polimernog sloja (membrane) u fazi očvršćavanja mješavina. Proces hidratacije obično ide nešto ispred procesa formiranja polimernog sloja, pa se kao njihov zajednički rezultat obrazuje specifična mrežasta struktura očvrsčlog kompozita. Sam tok očvršćavanja, pak, prolazi kroz više strukturnih faza (koraka) koje su šematksi prikazane na slici 25. Faze o kojima je riječ, su sledeće: - Početno stanje. Kada se polimerni lateks u vidu vodene disperzije uvede u svjež beton, dolazi do dispergovanja polimernih čestica u cementnoj pasti. Odmah poslije završenog
mješanja,
u
mješavini
egzistiraju
inertan
agregat,
voda,
čestice
nehidratisanog cementa i čestice polimera (slika 25a.) - Početak stvaranja cementnog gela. U formiranoj polimer – cementnoj pasti, u fazi hidratacije cementa, počinje postepeno obrazovanje cementnog gela sačinjenog od hidrosilikata, hidroaluminata i hidroferita kalcijuma. Tečna faza (voda) se zasićuje kalcijumhidroksidom koji se stvara pri hidrataciji. Istovremeno, čestice polimera postepeno se talože na površini mješavine cementnog gela i čestica cementa koje još nisu reagovale sa vodom. Na ovom stadijumu procesa, kalcijumhidroksid sadržan u vodenoj fazi reaguje sa površinskim slojem silikata u sklopu agregata, što dovodi (eventualno) i do formiranja kalcijum silikata na površini agregat (slika 25 b.) - Hidratacija cementa. Prateći razvoj strukture cementnog gela, čestice polimera se postepeno talože u kapilarnim porama forimranog cementnog kamena. Ovo se može objasniti tim da se veličina polimernih čestica u lateksu se kreće od 50 do 500 nanometara i znatno su manje od kapilarnih pora u cementnoj pasti. Hidratacija cementa se produžava, količina kapilarne vode se smanjuje, a polimerne čestice koagulišu formirajući zaptivni sloj na površini cementnog gela (u okviru gela prisutne su još uvjek i čestice cementa koje nisu reagovale sa vodom.) (slika 25c.). Efekti hemijskih reakcija skloni su kompezaciji uvlačenja vazduha. - Konačno formiranje polimernog sloja. Napredovanjem hidratacije troši se voda iz međugelskog prostora i u njega se pakuju polimerne čestice. One se talože na površinama produkata hidratacije cementata, vezujući se međusobno u neprekidnu
43
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON polimernu membranu koje sprečavaju prsline. Pri ovome se formira monolitna rešetka nastala prodiranjem polimerne faze kroz strukturu produkata hidratacije. Takva složena struktura sada djeluje kao matrica u okviru betona, pri čemu se prisutan agregat (punilac) takođe povezuje i sa tom matricom (slika 25d.).
Slika 25. Model formiranja polimercementne matrice
Proces formiranje polimerne membrane na produktima koji nastaju hidratacijom cementa može se objasniti uproštenim modelom prikazanim na slici 26. Takođe, na slici 27. prikazani su polimer filmovi u polimer modifikovanom betonu.
44
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 26. Uprošteni model procesa formiranja polimernog sloja na produktima hidratacije cementa
Slika 27. Lateksom modifikovan beton pod el. mikroskopom
Primjenom polimernih lateksa, načelno se mogu smanjivati potrebne količine vode (a i cementa) za dobijanje sistema tipa PMB koji će u svježem stanju imati zadovoljavajuće ugradljivosti i obradljivosti. Međutim, kod ovih tipova kompozita u funkciji vrste i količine primjenjenog polimera ne treba očekivati značajnija povećanja čvrstoće pri pritisku. Ovo tim pre, što na ukupnu poroznost ovakvih sistema, osim kapilarne poroznosti, vrlo značajan uticaj ima i količina uvučenog vazduha u mješavini tokom mješanja komponenata. Međutim, iako ne omogućava značajnije povećanje čvrstoće pri pritisku, primjena lateksa u okviru sistema PMB ipak dovodi do značajnog poboljšanja njihovih drugih karakteristika. To je opet u funkciji ostvarene strukture ovakvih kompozita, jer polimerna matrica spregnuta sa matricom formiranom od produkata hidratacije, osim što ima značajniju čvrstoću pri zatezanju, obezbeđuje i veću žilavost kompozita, a takođe i mogućnosti izolovanja prostora u kompozitu. Ovim se u
45
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON suštini formira sistem zatvorenih pora koji predstavlja glavni faktor manje vodopropustljivosti, paropropustljivosti i gasopropustljivosti, a u vezi sa tim veće hemijske otpornosti ovakvih sistema.
3.2. Sastavi mješavina Izbor sastava betona modifikovanih lateksima najčešće se vrši kao za obične betone, u zavisnosti od potrebne ugradljivosti mješavina, kao i od zahtjevanih mehaničkih karakteristika, vodonepropustljivosti, trajnosti i drugih svojstava očvrslih kompozita. Pri rješavanju ovog problema vodi se u prvom redu računa o onim svojstvima na koja će se suštinski uticati primjenom lateksnih dodataka, tj. uvjek se uzimaju u obzir moguća poboljšanja čvrstoće pri savijanju i zatezanju, žilavosti, prionljivosti za različite podloge, hemijske otpornosti i dr. Ovdje se napominje da se na sva
svojstva
ovakvih
sistema
uglavnom
utiče
usvajanjem
odgovarajućih
polimercementnih odnosa, ali svakako treba dati značaj i vrijednosti vodocementnih faktora. Određivanje sastava betona modifikovanih lateksima u principu je složenije nego određivanje sastava običnih betonskih mješavina iz razloga što je uključen veći broj uticajnih parametara. Međutim, i u ovom slučaju postupak se sprovodi na uobičajen način, sledećim redom: -
usvajanje vrste, maksimalnog zrna i gralnulometrijskog sastava agregata;
-
definisanje pokazatelja konzistencije i saglasno tome određivanje potrebne
količine vode i odabranog polimernog dodatka; -
određivanje potrebne količine cementa, vodeći računa o zahtjevanoj čvrstoći
betona pri pritisku, kao i o drugim karakteriskama betona koje su u funkciji upotrebljenog cementa (po klasi i vrsti) i polimer cementnog odnosa; -
određivanje potrebne količine agregata u mješavini, odnosno posebno količina
sitnog (do 4 mm) i krupnog agegata. Polimercementni odnosi (odnos masa suhog polimera i cementa mp/mc(=)kg/kg) u betonima modifikovani polimernim lateksima najčešće variraju od 0.01 do 0.20. Konkretno, veličine tih odnosa usvajaju se u funkciji zahtjevanih fizičko – mehaničkih karakteristika i trajnosti očvrslih betona, ali i u zavisnosti od potrebnih svojstava u svježem stanju. Osnovne podatke o karakteristikama betona koje se mogu ostvariti primjenom određenog lateksnog dodatka treba da da sam proizvođač konkretnog materijala, pri čemu u ove podatke na prvom mestu treba ubrojati efekte plastifikacije
46
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON mješavina i količine uvučenog vazduha koje se dobijaju primjenom date forumalcije. Pri usvajanju potrebnih količina lateksa i vode (uvjek treba uzimati u obzir i dodatnu količinu vode koja se unosi preko polimerne disperzije) u funkciji zahtjevane konzistencije mogu da posluže dijagrami prikazani na slici 28. koji se ondose na mješavine spravljene na bazi lateksa butadienstirolnog kaučuka.
Slika 28. Uticaj količine vode i faktora mp/mc na slijeganje konusa za betone modifikovane latkesom
Kada se na osnovu uslova konzistencije mješavine, kao i na bazi postavljenih zahtjeva u odnosu na modifikovanje pojedinih karakteristika betona, usvoji izvjestan polimercementni odnos, a takođe i potrebna količina vode mv, naredna faza proračuna sastava PMB je faza definisanja potrebne količine cementa i agregata. Količina cementa, mc, se po pravilu uvjek određuje prema zahtevanoj marki betona, i u vezi sa tim se mogu se koristiti sve funkcionalne zavisnosti (empirijiski obrasci, dijagrami, tablice i sl.) koje se mogu naći u literaturi. Potrebna količina agregata u jedinici zapremine svježeg ugrađenog betona, ma, određuje se iz jednačine apsolutne zapremine koja u posmatranom slučaju glasi:
𝑚𝑎 𝑚𝑐 𝑚𝑣 + 𝑚𝑣,𝑝𝑑 𝑚𝑝 + + + + 𝑣𝑝 = 1 𝛾𝑠𝑎 𝛾𝑠𝑐 𝛾𝑠𝑣 𝛾𝑠𝑝 gdje je vp količina vazušnih mjehurića u 1m3 svježeg betona. Bez obzira na sproveden postupak proračuna potrebnih količina kompozitnih materijala, za sisteme tipa PMB koncipirane na bazi polimernih lateksa poslije ovoga slijedi faza eksperimentalnih ispitivanja u cilju provjere zahtjevanih i ostvarenih karakteristika. To znači da se konačno usvajanje sastava mješavina može dozvoliti tek
47
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON po dobijanju zadovoljavajućih rezultata tzv. prethodnih ispitivanja koja će se odnositi kako na svježe tako i na očvrsle betone.
3.3. Tehnologija proizvodnje Betoni modifikovani lateksima se mogu spravljati primjenom svih tipova mješalica koje se inače koriste u tehnologiji ovih materijala. U principu, pri spravljanju betonskih mješavina sa dodatkom lateksa, najcelishodnije je da se lateksna disperzija prethodno pomiješa sa vodom i da se ovakva tečna faza unese u suhu mješavinu cementa i agregata. Međutim, u praksi se pokazalo da se povoljnije fizičko – mehaničke karakteristike kompozita na bazi lateksa dobijaju onda kada se odabrana vodena disperzija kao poslednja unese u svježu masu betona, što se naročito ispoljava pri primjeni polimernih formulacija sklonih pjenušanju u fazi miješanja. Sklonost ka pjenušanju pojedinih vrsta lateksnih disperzija, što zbog značajne količine uvučenog vazduha, dovodi do povećanja poroznosti očvrslih PMB, uslovljava potrebu za vrlo ozbiljnijim analizama pri izboru pojedinih tipova mješalica. Pa, tako, na primjer vrlo često se događa da se korištenjem protivstrujnih mješalica, dobijaju očvrsli betoni nižih kvaltiteta u odnosu na betone dobijene miješanjem u gravitacionim mješalicama. Zbog navedenog, preporučuje se da brzina miješanja za polimerne disperzije sklone pjenušanju bude do 10 obrtaja u minuti, pri čemu vrijeme mješanja treba da iznosi najviše 2 – 3 minuta. Međutim, nezavisno od navedenih preporuka, najbolje je da se svi parametri vezani za proces miješanja odrede eksperimentalno, putem odgovarajućih proba čak i ako se primjenjuju odgovarajući antipjenušavci koji se dodaju u količinama od 0.05 do 1 % u odnosu na masu cementa. Najpoznatiji antipjenušavci su nonifinelni estar polietilenglikola i silikonska emulzija. Nakon završenog miješanja, PMB na bazi lateksa mogu se ugrađivati i obrađivati na načine kao i klasični betoni. Modifikovani betoni imaju kraće vrijeme obradljivosti u odnosu na obične cementne betone, i ako ovo vrijeme značajno zavisi od temperature sredine, njihovo ugrađivanje i obrada ne bi trebalo da traju duže od 1h poslije završenog miješanja. Budući da modifikovani beton imaju veoma dobru adheziju sa različitim materijalima, čak i sa metalima, sva oprema i pribor (mješalice, vibratore i ostali alat) moraju biti oprani i očišćeni odmah nakon korištenja. Takođe, preporučuje se i primjena specijalnih sredstava za premazivanje oplata i kalupa, kao i korištenje odgovarajućih postupaka čišćenja istih. Betoni modifikovani lateksima ne smiju se
48
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON ugrađivati na temepraturi ispod 5oC i preko 30oC. Prilikom kompaktiranja modifikovanih betona, treba izbegavati suvišno i dugo vibriranje iz razloga da se voda zajedno sa polimerima ne bi izdvajala po površini. Njega lateksima modifikovanih betona treba da bude nešto drugačija od njege običnih cementnih betona. Naime, njega u ovakvim slučajevima je vrlo kompleksan problem, pošto hidrataciji cementa pogoduje vlažna sredina (voda), dok se hemijska sinteza polimerne supstance može odvijati samo na vazduhu (u suhoj sredini). Za neke lateksne polimere, primjera radi one na bazi poliakrilata, vlažna sredina je veoma štetna zbog sklonosti ka saponifikaciji. Zbog toga se optimalna svojstva PMB dobijaju pri kombinovanom režimu njege, koje se sastoji od njegovanja u vlažnoj sredini u početnom periodu koje traje od 5 do 7 dana, a zatim slijedi (do 28 dana) njegovanje u suhoj sredini. Postupci ubrzanog očvršćavanja zagrejanom vodenom parom se ne preporučuju.
3.4. Svojstva mješavina u svježem stanju Betoni modifikovani lateksima najčešće imaju, kao što je rečeno, poboljšanu ugradljivost i obradljivost u poređenju sa klasičnim cementnim betonima. Ovo je u najvećoj mjeri rezultat njihove povoljne konzistencije, što dolazi kao posljedica činjenice
da
lateksne
disperzije
najčešće
proizvode
efekte
tipa
aditiva
superplastifikatora. Plastifikacija o kojoj je riječ može se objasniti poznatim efektom “kugličnih ležajeva” tj. površinskom aktivnosti polimernih čestica, kao i povećanom količinom uvučenog vazduha koje dovodi do smanjenja unutrašnjeg trenja u mješavinama. Plastičnost mješavina u opštem slučaju povećava se ili sa porastom vodocementnog faktora ili polimercementnog odnosa. Sa slike 29. vidi se da je potreban vodocementni faktor značajno smanjen sa povećanjem polimercementnog odnosa. Uticaj polimercementnog odnosa na konzistenciju svježeg betona prikazan je na slici 30., i odnosi se na beton spravljen sa dodatkom lateksa butadienstirpolnog kaučuka kod koga je varijabilan polimercementni odnos, a vodocementni faktor konstantan i iznsoi 0.43.
49
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 29. Veza između konzistencije, polimercementnog odnosa i vodocementnog faktora za betone modifikovane lateksom
Slika 30. Zavisnost konzistencije betona sa dodatkom lateksa BSK
Dok je na slici 31. prikazan uticaj polimernog dodatka na slijeganje svježeg betona.
50
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 31. a) Referentni beton Δh=1,50cm ; b) Beton sa 15% polimernog dodatka Δh=15cm
Lateskima modifikovani betoni u svježem stanju pokazuju manju sklonost ka izdvajanju vode i mokroj segregaciji. Fizičko vezivanje vode bitno zavisi od polimercementnog odnosa, a pojava izdvajanja vode se može objasniti hidrofilnošču i koloidnim svojstvima samih polimera, kao i nemogućnošću većeg izdvajanja vode uslijed prisustva vodonepropustljivih polimernih membrana. Ove membrane utiču na povećanje kohezivnosti mješavina, kao i na stabilnost i homogenost, ali i na smanjenja gaso i vodopropustljivosti. Primjera radi, betoni tečne konzistencije gdje je Δh=20 cm, ne pokazuju nikakve znake izdvajanja cementnog mlijeka i raslojavanja, odnosno imaju zadovoljavajuću kohezivnost i plastičnost. Takođe, snižavanje vodocementnog faktora mnogo utiče na smanjivanje pojave mikronaprslina u masi kompozita, što se može objasniti prisustvom polimera u njihovoj strukturi. Proces vezivanja betona modifikovanih lateksima teče u izvesnoj mjeri sporije nego kod običnih cementnih betona i ono zavisi od primjenjenog tipa lateksa, kao i od polimercementnog odnosa.
3.5. Fizičko – mehanička i reološka sojstva očvrslih betona Jedna od najbitnijih fizičko – mehaničkih karakteristika betona je čvrstoća betona pri pritisku. Pri starosti od 28 dana, čvrstoća betona pri pritisku se relativno malo mijenja u odnosu na klasične cementne betone. Čak, šta više, nije rijedak slučaj da zbog primjene većih polimercementnih odnosa (veća koliina uvučenog vazduha) čvrstoća pri pritisku opadne. U prilog tome govori dijagram na slici 32., koji se odnosi na beton modifikovan lateksom, bez upotrebe antipjenušavaca.
51
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 32. Uticaj polimercementnog odnosa na čvrstoću pri pritisku
Međutim, danas se primjena lateksa ne može zamisliti bez antipjenušavaca. Takođe, kao što je već navedeno, betoni modifikovani latksima sporije očvršćavaju, tj. produžava se hidratacija cementa, odnosno proces vezivanja. Stoga je u odnosu na klasične betone, čiji prirast čvrstoće nakon 28 dana veoma mali, uočen intezivan prirast čvrstoće u periodu do 6 mjeseci nakon ugrađivanja betona. Generalno, čvrstoće pri zatezanju lateksima modifikovanih betona u velikoj mjeri zavise od polimercementnog odnosa i načelno su uvjek veće od čvrstoća pri zatezanju klasičnih betona. Ova čvrstoća u najvećoj mjeri zavisi od ostvarene adhezije između zrna agregata i cementnog kamena. Kod lateksima modifikovanih betona, formirane polimerne matrice, povećavaju adheziju između zrna agregata i cementnog kamena i sprečavaju progresivan razvoj početnih mikro naprslina zbog svoje velike elastičnosti. Upotrebom odgovarajuće količine i tipa lateksa, čvrstoća pri zatezanju može se povećati i preko 50% u odnosu na klasične cementne betone. Sa povećanjem polimercementnog odnosa povećava se i odnos čvrstoće pri zatezanju i čvrstoće pri pritisku, što je i potvrda prethodne konstatacije da lateksom modifikovani betoni imaju veće poraste čvrstoće pri zatezanju u odnosu na čvrstoću pri pritisku. Ti odnosi su prkazani u tabeli 5., kao i odnos smanjenja vodocementnog faktora sa povećanjem polimercementnog odnosa, kao i porast čvrstoće pri savijanju i pri smicanju na jednom primjeru. Takođe, treba naglasiti da se prirast čvrstoće pri zatezanju i savijanju značajnije nastavlja i nakon 28 dana, sve do starosti od 6 mjeseci (slika 33.).
52
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Polimer
Vodo –
Tip
cementni
cemenni
betona
odnos
faktor
(%)
(%)
0
Obični
Relativni naponi
Relativni odnosi
Pritisak
Savijanje
Zatezanje
Smicanje
fp/fzs
fp/fz
fzs/fz
fs/fp
60
100
100
100
100
6.88
12,80
1.86
0.174
5
53,3
123
118
126
131
7.13
13.84
1.94
0.185
10
48,3
134
129
154
144
7.13
12.40
1.74
0.184
15
44,3
150
153
212
146
6.75
10.05
1.49
0.168
20
40,3
146
178
236
149
5.64
8.78
1.56
0.178
5
43,0
159
127
150
111
8.64
15.17
1.77
0.1200
10
33,6
179
146
158
116
8.44
16.23
1.96
0.111
15
31,3
157
143
192
126
7.58
11.65
1.55
0.139
20
30,0
140
192
184
139
5.03
10.88
2.19
0.170
5
59,0
111
106
128
103
7.23
12.92
1.81
0.161
10
52,4
112
116
139
116
6.65
11.40
1.71
0.178
15
43,0
137
167
219
118
5.64
9.06
1.62
0.148
20
37,4
138
214
238
169
4.45
8.32
1.88
0.210
5
51,8
98
95
112
102
7.13
12.53
1.78
0.178
10
44,9
82
105
120
106
5.37
9.76
1.81
0.221
15
42,0
55
80
90
88
4.69
8.39
1.81
0.274
20
36,8
37
62
91
60
4.10
5.76
1.38
0.275
beton
BSK
PAE 1
PAE 2
PVA
Tabela 5. Odnosi napona normalnih betona i različitih vrsta lateksom modifikovanih
Slika 33. Prirast čvrstoće spoja (vezivnog sredstva) betona pri zatezanju
53
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Betoni modifikovani lateksima pokazuju povećane otpornosti na udar i habanje. Ove otpornosti, takođe zavise od vrste i količine upotrebljenog polimera i mogu se povećati i do 50% u odnosu na klasične betone. Upoređivanjem radnih dijagrama betona (slika 34.), utvrđeno je da je kapacitet plastičnog deformisanja lateksom modifikovanih betona veći u odnosu na nemodifikovane klasične betone. Žilavost i plastičnost PMB se povećava sa povećanjem polimercementnog odnosa, pa tako da u slučaju mp/mc od 20% dostiže se dilatacija za 2 do 3 puta veća od dilatacije nemodifikovanih betona. Na osnovu date slike (slika 34.) zaključuje se da su moduli elastičnosti PMB manji od modula elastičnosti nemodifikovanih betona.
Slika 34. Radni dijagram σ-ε za referentni beton i za lateksom modifikovane betone
Betoni modifikovani lateksima imaju manje upijanje vode, kao i veću vodonepropustljivost u poređenju sa običnim, nemodifikovanim betonima, i to zavisi u najvećoj mjeri od polimercementnog odnosa. Na slici 35. prikazane su zavisnosti upijanja vode za betone modifikovane lateksom PAE (poliakrilnog estra) u funkciji polimercementnog odnosa i dužine držanja u vodi. Razlozi ovakvog ponašanja leže u njihovoj unutrašnjoj i površinskoj strukturi, u kojoj su pore ispunjene polimerom ili prekrivene polimernim površinskim membranama (slika 36.). Ovo svojstvo je jedna od značajnijih prednosti modifikovanih betona u odnosu na nemodifikovane betone, zato što se na posredan način odražava i na trajnost betona.
54
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 35. Zavisnost upijanja vode od polimercementnog odnosa i dužine držanja u vodi
Slika 36. Mikronaprsline običnog betona i ispunjene naprsline lateksom mofikovanog betona
Betoni modifikovani lateksima imaju značajno veću prionljivost za različite podloge od klasičnih betona, što je posledica svojstva ljepljivosti koje karakteriše najveći broj polimera. Na vrijednosti adhezije (prionljivosti) najviše utiče veličina polimercementnog odnosa u kompozitu, kao i priroda podloge. Iz navedenih razloga, naponi prijanjanja između armature i betona veći su kod modifikovanih betona nego kod klasičnih betona. Nedostatak betona modifikovanih lateksima je smanjivanje njihove adhezije pri eksploataciji u vlažnim uslovima, ali je i onda veća od adhezije klasičnih betona.
55
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Skupljanje modifikovanih betona uglavnom je manje u odnosu na obične, nemodifikovane, betone, što zavisi od tipa polimera i polimercementnog odnosa. Primjera radi, deformacija skupljanja betona modifikovanog sa 7,5% lateksne disperzije u odnosu na masu cementa, je za skoro 50 % manja u odnosu na skupljanje nemodifikovanog betona (slika 37.). Razlog za ovo leži u djelovanju površinski aktivnih supstanci i antipjenušavaca.
Slike 37. Zavisnost deformacije skupljanja od starosti betona i količine polimera
Podaci o tečenju lateksima modifikovanih betona su dosta protivurečni, međutim ipak se najčešće smatra da je koeficijent tečenja φ ovakvih sistema niži od svih koeficijenata za nemodifikovane betone. Na slici 38. prikazane su vrijednosti koeficijenata tečenja za jedan nemodifikovani beton i za dva modifikovana betona.
Slika 38. Koeficijent tečenja betona modifikovanih lateksnim dodacima
56
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Pojava smanjenja koeficijenta tečenja objašnjava se povećanom čvrstoćom polimernog veziva kao i dugotrajnijim razvijanjem čvrstoće modifikovanog betona, odnosno produžene hidratacije cementa. Lateksima modifikovani betoni imaju veću otpornost na dejstvo mraza od nemodifikovanih betona (slika 39.). Ovo je posljedica niže kapilarne poroznosti (uslijed manjih vodocementnih faktora i popunjavanja kapilarnih pora u cementnom kamenu polimernim česticama) i povećane količine uvučenog vazduha. Uticaj modifikatora, lateksa, naročito je osjetan pri polimercementnim odnosima većim od 5%. Takođe, lateksom modifikovani betoni su otporni na kombinovano dejstvo mraza i soli za odmrzavanje.
Slika 39. Površina nemodifikovanog i modifikovanog betona nakon 60 ciklusa smrzavanja
Modifikovani betoni uobičajeno imaju temperaturni koeficijent linearnog širenja isti ili neznatno veći od običnog cementnog betona. Koroziona (hemijska) otpornost lateksima modifikovanih betona zavisi od karakteristika upotrebljenih polimera i cementa, od polimercementnog odnosa i vodocementnog faktora, kao i od prirode agresivnih materija. Modifikovani betoni, generalno, odlikuju se
većom korozionom otpornošću od klasičnih betona.
Povećana, koroziona (hemijska) otpornost sistema modifikovanih lateksima može se objasniti smanjenom poroznošću ovakvih betona uslovljenom zapunjavanjem kapilarnih pora polimernim česticama. Na ovaj način smanjuje se penatracija agresivnih supstanci u masu kompozita. Na slici 40. prikazana je dubina penatracije jona hlorida kroz običan beton (linija 1) i kroz jedan beton modifikovan lateksom poliakrilnog estra (linija 2), i iz nje proizilazi zaključak da betoni modifikovani polimerom u konkretnom slučaju
57
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON onemogućavaju veće prodiranje hlor-jona u kompozit, što je svakako od velike važnosti za njegovu korozionu otpornost.
Slika 40. Otpornost betona na prodiranje hlorida
Takođe, mora se naglasiti da se u svakom konkretnom slučaju jedino eksperimentalnim ispitivanjem može dokazati koroziona otpornost modifikovanih betona. Pri dugotrajnom dejstvu spoljašnje sredine, uključujući tu i dejstvo niske temperature i karbonizaciju, PMB na bazi lateksa pokazuju povećanu otpornost na uticaj atmosferilija u odnosu na obične betone. Do ovih zaključaka se došlo određivanjem promjene čvrstoće pri savijanju modifikovanih sistema, izlaganih desetogodišnjem dejstvu atmosfere, pa samim tim, njihova postojanost je veća ili pak jednaka nemodifikovanim sistemima. Čvrstoća betona modifikovanih lateksima mijenja se sa promjenom temperature sredne, što je u prvom redu posledica primjene čvrstoće samih polimera (naročito ako je primjenjen termoplastični polimer). Većina termoplastičnih i elastomernih lateksa mijenja strukturu na temperaturi od 80 do 100oC. Sa povećanjem temperature čvrstoća pri savijanju modifikovanih sistema se najbrže snižava. Pri temperaturama iznad 100oC do 150oC, usled razgradnje polimera, razlike u čvrstoćama, pri različitim odnosima polimera i cementa, postaju sve manje, tj. čvrstoće modifikovanih betona se izjednačavaju sa čvrstoćama nemodifikovanih betona. Većina modifikovanih betona gubi 50% ili više od svoje čvrstoće pri temperaturi koja prelazi 50oC, dok sa druge strane pri temperaturama ispod 0oC, ta čvrstoća se povećava. Na
58
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON slici 41. prikazano je razaranje polimerne matrice unutar betona pri visokim temperaturama.
Slika 41. Uticaj temeprature na polimernu matricu unutar betona
Što se tiče zapaljivosti lateksom modifikovanih betona, ona zavisi od hemijskog sastava upotrebljenog polimera i polimercementnog odnosa. Betoni modifikovani polimerima koji sadrže hlor, kao i betoni sa odnosima polimera i cementa do 5%, smatraju se nezapaljivim.
59
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 4. SISTEMI MODIFIKOVANI PRAŠKASTIM EMULZIJAMA I SUSPENZIJAMA 4.1. Uvodne napomjene U principu, praškasti polimeri kao modifikatori cementa se proizvode u procesu koji se sastoji iz dva koraka. Najprije, u prvom koraku se lateksni polimer, kao glavni sastojak, emulziono polimerizuje, da bi se kasnije konvertovao u prah pomoću suhog raspršivanja (slika 42.). Poslije polimerizacije, ali prije suhog raspršivanja, lateksima se dodaje nekoliko sastojaka kao što su baktericidi, antipjenušavci i dr. dodaci koji poboljšavaju sušenje. Glina, kalcijum karbonat i silicijum se dodaju za vrijeme ili poslije procesa suhog raspršivanja.
Slika 42. Proces dobijanja praškastih polimera
4.2. Tehnologija dobijanja polimerom modifikovanih betona Tehnologija proizvodnje betona modifikovanih praškastim emulzijama i suspenzijama približno je ista i analogna je modifikaciji betona lateksima. U većini slučajeva, praškaste formulacije se prethodno miješaju sa pripremljenom mješavinom cementa i punioca, pa se dodavanjem vode tako dobijenom sistemu, uz dalje miješanje inicira proces dispergovanja, tj. emulgovanja praškastih polimernih čestica. Na ovaj način se upotrebljene formulacije dalje ponašaju isto kao lateksi. Karakteristike pojedinih praškastih polimera (koji se danas primjenjuju) date su u tabeli 6.
60
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON pH tip polimera
spoljni izgled
(odnosi se na formiranu
(boja)
suspenziju sa cca 50% čvrstih čestica)
PEA
bijeli prah
Srednja veličina čestica (μm)
Gustina (g/cm3)
4-5
10-40
0,30-0,50
5-8
10-40
0,45-0,60
bijeli prah
5-6
70
0,40
bijeli prah
10-12
45-75
0,31-0,51
(polirtilenacetat) PVA
bijeli ili žutomrki
(polivinilacetatvinil-
prah
versatat) PEVA (polietilenvinilacetat) PAE (poliakrilni estar)
Tabela 6. Neke osobine tipičnih praškastih formulacija
4.3. Fizičko – mehanička svojstva očvrslih betona Slično sistemima modifikovanim lateksima, sistemi modifikovani praškastim suspenzijama i emulzijama imaju neke osobine poboljšane u poređenju sa običnim cementnim betonima (slika 43., slika 44. i slika 45.). Ta poboljšanja u prvom redu zavise od vrste i prirode polimera kao i polimercementnog odnosa u mješavini.
Slika 43. Efekti i odnosi praškastih i lateksnih polimera na čvrstoću pri pritisku betona
61
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 44. Efekti i odnosi praškastih i lateksnih polimera na čvrstoću na zatezanje pri savijanju betona
Slika 45. Efekti i odnosi praškastih i lateksnih polimera na koef. filtracije betona
Gdje je koeficijent filtracije predstavlja količinu vode u m3 koja prođe kroz element debljine 1m i površine 1m2, pri razlici hidrostatskog pristiska na dvema graničnim površinama od 1m vodenog stuba, za vrijeme od 1s (mm/s ili cm/s).
62
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 5. SISTEMI MODIFIKOVANI POLIMERIMA RASTVORLJIVIM
U VODI 5.1. Tehnologija dobijanja polimerom modifikovanih betona Osnovni materijali i sastavi mješavina betona modifikovanih polimerima rastvorljivim u vodi uglavnom odgovaraju običnim cementnim betonima, pri čemu se male količine polimera u ovakvim slučajevima dodaju u obliku praha ili vodenog rastvora za vrijeme procesa miješanja. Ukoliko se radi o prahu preporučuje se suho miješanje polimera sa cementom prije dodavanja vode. Kao modifikatori cementa u ovakvim mješavinama koriste se supstance rastvorljive u vodi, kao što su proizvodi celuloze, uključujući metilcelulozu, karbkoksilmetilcelulozu, polivinil alkohol, poliakrilamid, polietilen oksid i drugi.
5.2. Fizičko – mehanička i reološka svojstva betona Sistemi modifikovani polimerima rastvorljivim u vodi najčešće imaju poboljšanu obradljivost, a samim tim i ugradljivost, lako se miješaju, a i ne zahtjevaju specijalno njegovanje. Poboljšana obradljivost se postiže primjenom vrlo niskih polimercementnih odnosa, manjih od 3%. Površinska aktivnost polimernih suspstanci kao i efekat aeriranja ima za posljedicu poboljšanje plastičnosti ovakvih sistema i pri veoma niskim vodocementnim faktorima. Modifikovani betoni i u očvrslom stanju pokazuju poboljšanje nekih osobina kao što je vodonepropusnost, povećanom čvrstoćom pri zatezanju i savijanju, velikom adhezivnošću i dr. Čvrstoće pri zatezanju imaju tendenciju opadanja pri većim polimercementnim odnosima. Skupljanje pri sušenju betona modifikovanih polimerima rastvorljivim u vodi obično je veće od skupljanja nemodifikovanih betona. Međutim, kod modifikacije metilcelulozom prisutna je pojava manjeg skupljanja nego kod nemodifikovanih sistema.
63
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 6. SISTEMI MODIFIKOVANI TEČNIM SMOLAMA 6.1. Uvodne napomjene Pri modifikovanju cementnih kompozicija tečnim smolama, od kojih najveću primjenu imaju termoplastične smole, u sastav mješavina ulaze znčajne količine polimera sa niskom molekularnom masom. Sadržaj polimera u ovim sistemima je znatno veći nego u slučaju modifikacije lateksima. Kao i kod prethodnih polimera, i kod tečnih smola u procesu polimerizacije obrazuje se mrežasta struktura očvrslog kompozita koji obezbeđuje veliku adheziju sa zrnima agregata.
6.2. Sistemi modifikovani poliestrom Ovi sistemi se dobijaju kada se nezasićena poliesterska smola, rastvorena u stirolu, miješa sa cementom. Polimercementni odnos kod ovakvih kompozita je najčešće veći od 30%, dok je optimalni vodocementni faktor 22%. Bitne karakteristike ovih sistema su ubrzano vezivanje, brzi priraštaj čvrstoće (kako pri pritisku tako i pri zatezanju i savijanju), odlična veza sa postojećim betonom, a takođe i povećana vodonepropusnost, hemijska otpornost, kao i otpornost na habanje.
6.3. Sistemi modifikovani poliuretanom Prvi patent sistema modifikovanog poliuretanom nastao je još davne 1959. godine. Poliuretan se sastoji od tri komponente: poliola, polizocijanata i promotera. Modifikovani sistemi ovog tipa proizvode se na sledeći način: najprije se suho miješa agregat sa cementom kome se dodaje poliol, zatim se toj smjesi dodaje promoter; naposlijetku, polizocijanat se dodaje mješavini zajedno sa vodom. Osnovna prednost poliuretanom modifikovanih betona leži u mogućnosti da mehaničke čvrstoće ostvare i pri niskim temepraturama i u vlažnim uslovima. Ovi betoni takođe, ostvaruju dobru vezu sa postojećim betonima, bilo vlažnim ili suhim, a imaju i povećanu vodonepropusnost i smanjeno skupljanje i to do 50% u odnosu na iste nemodifikovane betone.
6.4. Sistemi modifikovani epoksidnim smolama Većina epoksidnih smola kao modifikatori cementa nastaju reakcijom sinteze molekula bisfenola i dva molekula epihlorohidrina, i sadrže dvije funkcionalne grupe i to epoksidnu i hidroksilnu grupu (slika 46.).
64
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 46. Hemijska struktura tipične epokidne smole
Prvi beton modifikovan epoksidnom smolom napravio je Donnoelly 1961. Godine, miješajući bisfenol klase A i epokside iz vazduha sa vodom, a zatim ih dodavao suhoj mješavini cementa i agregata. Pri modifikaciji betona epoksidnim smolama, epoksidne smole se emulguju sa vodom, a zatim mješaju sa unaprijed spravljenom mješavinom cementa i agregata. Optimalne granice polimercementnih odnosa variraju u veoma širokom luku i zavisnosti od studija iznose : Raff i Austin, 30% ili više Sun, 50% ili više Nawy, 30 do 45% McClair, 20% Pri emulgovanju epoksi smole sa vodom, smola se istovremeno miješa i sa reaktivnim agensom (očvršćivačem), pa se tek onda dodaje gotovoj mješavini cementa i agregata uz obaveznu primjenu antipjenušavaca. Na ovaj način se formira mrežna struktura koju čine očvrsli kompozit (polimerna matrica) i zrna agregata (slika 47.)
Slika 47. Prikaz modifikovanog betona epoksidnim smolama pod el. mikroskopom
65
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Uslijed navedenog načina miješanja znatno se smanjuje količina vode koja se posebno dodaje betonu, pa se tako vrijednosti vodocementnog faktora kreću u granicama od 24 do 32%. Veliki broj ispitivanja pokazao je da ako se želi povećanje čvrstoće pri pritisku, polimercementni odnos mora biti preko 30%. Za vrijednosti u granicama od 12 do 30% dobijaju se čak i niže vrijednosti čvrstoće na pritisak modifikovanih betona u odnosu na nemodifikovane betone (slika 48.) Ovo se objašnjava nepotpunim formiranjem matrične faze.
Slika 48. Čvrstoća pri pritisku betona modifikovanih epoksidnim smolama (1 sa primjenom letećeg pepela, 2 bez primjene letećeg pepela)
Odlike ovakvih sistema su veoma visoke čvrstoće, izuzetno dobra veza sa postojećim betonom, vodonepropustljivost i znatno povećana koroziona otpornost. U tabeli 7. prikazani su uporedni rezultati za uobičajene nemodifikovane betonske mješavine i za mješavine modifikovane epoksidne smolom. Takođe, teba naglasiti da je glavna prednost betona modifikovanih epoksidnim smolama u tome što su im osobine postojane i u vlažnim sredinama i u vodi.
66
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON Beton modifikovan
Svojstvo
Nemodifikovani beton
Čvrstoća pri pritisku
38,7 – 42,9
42,9 – 52,7
3,09 – 3,23
5,13 – 5,76
5,98 – 6,05
11,4 – 11,5
0,7
4,5
21,8
19,0
Poslije 20 ciklusa uočena
Poslije 50 ciklusa uočena
oštećenja
oštećenja
-na 5% NaOH
Brzo prodiranje
Postepeno prodiranje
-na 15% solnu kiselinu
Brzo raspadanje
Lagano pjenušanje
epoksidnom smolom
(MPa) Čvrstoća pri zatezanju (MPa) Čvrstoća pri savijanju (MPa) Čvrstoća pri smicanju (MPa) Modul elastičnosti (GPa) Otpornost na dejstvo mraza Hemijska otpornost
-na 10% limunovu kiselinu -na 20% sirćetnu kiselinu
Tabela 7. Prikaz karakteristika nemodifikovanih betona i betona modifikovanih epoksi smolom
67
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 7. SISTEMI MODIFIKOVANI MONOMERIMA Razvijanjem tehnologije proizvodnje, posebno modifikovanih monomernih sistema omogućeno je i dobijanje većeg broja tečnih smola, a samim tim i proizvodnja PMB modifikovanih ovim smolama. Proces dobijanja ovih sistema sastoji se iz dva koraka, i to najpre se miješa monomer sa cementom, agregatom i vodom, da bi poslije slijedili termokatalitički ili radijacioni procesi polimerizacije. Pri tome proces polimerizacije se obavlja ili istovremeno ili poslije vezivanja i očvršćavanja cementne faze. Opsežna ispitivanja PMB modifikovanih monomerima pokazuju da kod ovih sistema nema povećanja čvrstoće pri pritisku, bez obzira na način odvijanja polimerizacije i bez obzira na veličinu polimercementnog faktora. Kod ovih sistema, ipak, postoje znatna povećanja čvrstoće pri zatezanju i savijanju, adhezije za armaturu, vodonepropustljivosti, hemijske otpornosti kao i otpornosti na dejstvo mraza. Od monomera kao modifikatora cementa u sistemima PMB, danas se u praksi primjenjuju dvije supstance i to furilov špirit i hlorovodonični anilin.
68
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 8. ISPITIVANJE POLIMEROM MODIFIKOVANIH BETONA 8.1. Metode ispitivanja polimerom modifikovanog betona Kao i kod klasičnih betona i betoni modifikovani polimerom ispituju se destruktivnim i nerazornim metodama. Destruktivne metode se najčešće primjenjuju u laboratoriji na elementima konstrukcija ili na ugledima, a nerazorne metode na očvrslom betonu u konstrukciji. 8.1.1. Destruktivne metode Destruktivna metoda je takav postupak ispitivanja betona gdje dolazi do oštećenja (loma) betonskog ugleda koji se ispituje kako bi se ustanovila granična stanja upotrebljivosti i nosivosti konstrukcije pod različitim kombinacijama opterećenja. Prednosti destruktivnih metoda je što su dugo u upotrebi, a većina metoda daju kvantitativne rezultate. U destruktivne metode spadaju: -
fizičko – mehanička ispitivanja svojstva betona kao što su čvrstoća pri pritisku, čvrstoća pri zatezanju, čvrstoća pri savijanju, čvrstoća pri cijepanju, modul elastičnosti, tvrdoća, žilavost, vodonepropustljivost, otpornosti na mraz, habanje i hemijske agnese, kao i deformacije betona pod uticajem kratkotrajnih opterećenja;
-
fizičko – hemijska ispitivanja (struktura betona, petrografska ispitivanja i sl.) ;
-
ispitivanje reoloških svojstava (skupljanje betona, tečenje betona i dr.); 8.1.2. Nerazorne metode Nerazorne metode ispitivanja uglavnom se koriste za kontrolu kvaliteta
proizvodnje betona ili kontrolu kvaliteta betona na građevini, a vrlo često i za ocjenu stanja postojećih konstrukcija, te ocjenu uspješnosti izvedenih sanacionih radova. Uopšteno, primjenom nerazornih metoda nije moguće izravno dobiti podatke o čvrstoći materijala, već je za pravilnu procjenu čvrstoće potrebno poznavati vezu između rezultata ispitivanja nerazorne metode i čvrstoće određene destruktivnim metodama. U nerazorne metode spadaju: -
metoda ultrazvuka;
-
metoda rezonantne frekvencije;
69
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON -
metoda vibriranja;
-
metode mjerenja površinske tvrdoće (sklerometar) i dr.; Metoda ultrazvuka se koristi za određivanje čvrstoće betona, kao i za
definisanje dinamičkog modula elastičnosti, ali primjenu ima i u defektoskopiji betona. Međutim, metoda ultrazvuka se može primjenjivati i za ispitivanje zapreminske mase, kompaktnosti i otpornosti na desjtvo mraza. Za ispitivanje čvrstoće betona najčešće se koriste predajnici ultrazvučnih impulsa frekvencije 50 – 150 kHz. Metoda se temelji na brzini prolaska longitudinalnih talasa kroz uzorak betona od sonde odašiljača do sonde prijemnika (slika 49.). Ta brzina se kreće od 2000 do 5000 m/s. Na brzinu ultrazvuka utiče vlažnost betona i armatura u betonu.
Slika 49. Ultrazvučna oprema Pundit Lab Čvrstoća betona će po pravilu biti veća kod betona veće kompaktnosti (manje poroznosti). Ovo pravilo, međutim, važi samo ako postoji zadovoljavajuća adhezija između cementnog kamena i zrna agregata. Ukoliko ovaj uslov nije ispunjen, mogu se dobiti i vrlo niske čvrstoće betona i pri relativno visokim brzinama ultrazvuka. Osim slabe adhezije između cementnog kamena i zrna agregata, koja na brzinu ultrazvuka nema uticaja, brzina ultrazvuka takođe ne može da registruje veće čvrstoće u slučaju primjene cementa viših klasa. Poznavajući brzinu ultrazvuka i gustoću betona, kao i Poissonov koeficijent za beton može se pomoću izraza odrediti dinamički modul elastičnosti uz pojednostavljenu pretpostavku da je beton homogen, izotropan i savršeno elastičan materijal 𝐸𝑏𝑑 =
𝜐 2 ∙ 𝜌 ∙ (1 + 𝜇) ∙ (1 − 2𝜇) (1 − 𝜇)
70
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON gdje su υ brzina ultrazvuka, ρ gustina betona, a μ Poissonov koeficijent. Čvrstoća betona pri pritisku se egzaktno ne mogu odrediti iz statičkog modula elastičnosti, nego se koriste različiti empiriski obrasci ili dijagrami (slika 50.).
Slika 50. Jedan od dijagrama za određivanje čvrstoće ultrazvukom
Za mjerenje debljina betonskih ploča, potpornih zidova, tunelskih obloga koristi se eho ultrazvučna metoda poznatija kao Ipact Eho. Takođe, ova medtoda se koristi i za određivanje položaja, debljine i smjera širenja pukotina, šupljina i defekata u konstruktivnim elementima od običnog i armiranog betona kao što su ploče, stubovi, grede, cijevi i sl. Princip rada dat je na slici 51.
Slika 51. Princip rada impact – eho metode
Temljni izraz ove metode je: 𝑑=
𝐶 2∙𝑓
gdje su d udaljenost od koje su se talasi odbili, C brzina talasa a f dominantna frekvencija signala.
71
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 9. POLIMER - BETONSKI KOMPOZITI SA AGREGATOM OD RECIKLIRANOG BETONA 9.1. Alternativni agregati u betonu Alternativni agregati su oni agregati koji su dobijeni na sve druge načine osim direktne eksploatacije iz stijenske mase ili iz rijeke. Tipični primjeri su materijali koji predstavljaju otpad nakon rušenja raznih konstrukcija i industrijski nus – proizvodi. Recikliranje materijala koji se koriste za gradnju zgrada i infrastrukturnih objekata je neophodno za ostvarivanje održivosti gradnje. Recikliranjem se spriječava da velike količine građevinskog otpada dospiju na deponije, a istovremeno se smanjuje korištenje primarnih mineralnih sirovina. Reciklirani agregat iz betona (slika 52.) se generalno sastoji od originalnog agregata i sloja maltera koji obavija zrna agregata. Fizička i mehanička svojstva recikliranog agregata zavise, kako od svojstava, tako i od količine preostalog maltera. Naime, poznato je da je malter oko zrna agregata porozan materijal, čija poroznost zavisi od vodocementnog faktora betona koji je recikliran. Na količinu malterske komponente dominantno utiču proces drobljenja (usitnjavanja) starog betona i dimenzije recikliranog agregata. Količina cementnog maltera u recikliranom agregatu kreće se od 25% do 65% (izraženo u zapreminskim procentima) i razlikuje se po pojedinim frakcijama (što je sitnija frakcija, veća je količina cementnog maltera). U nastavku su prikazana neka svojstva recikliranog agregata. Upijanje vode je svojstvo po kome se reciklirani agregat najviše razlikuje u odnosu na prirodni i zavisi od kvaliteta i debljine malterskog sloja oko zrna agregata. Zbog prisustva cementnog maltera, koji ima manju zapreminsku masu od zrna prirodnog agregata, zapreminska masa zrna recikliranog agregata manja je od zapreminske mase zrna prirodnog agregata u prosjeku za 10%. Otpornost prema drobljivosti i habanju recikliranog agregata je manja od otpornosti prirodnog, pri čemu se razlike kreću u širokim granicama od 0% do 70%, u zavisnosti od kvaliteta originalnog betona i vrste prethodno upotrebljenog agregata. Bez obzira na određene manje razlike u pogledu svojstava agregata od recikliranog betona, generalno reciklirani agregat u odnosu na prirodni agregat ima sledeća svojstva: veće upijanje vode, manju zapreminsku masu, veće habanje, veću
72
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON drobljivost, veću količinu prašinastih čestica, veći sadržaj organskih materija i moguć sadržaj hemijski škodljivih materija.
Slika 52. Reciklirani agregat iz “starog” betona
9.2. Betoni sa agregatom od recikliranog betona Imajući u vidu navedene nedostatke agregata od recikliranog betona, vjeruje se da je beton napravljen sa recikliranim agregatom iz betona lošiji (manje fizičko – mehaničke karakteristike kao i slabija obradljivost i ugradljivost) u odnosu na standardni beton. Jedan od pokušaja povećanja mehaničkih karakteristika betona sa recikliranim agregatom je, pored upotrebe hemijskih i mineralnih dodataka, istraživanje primjene dvofaznog spravljanja betona (slika 53.).
Slika 53. Dvofazni postupak mješanja betona
Ovim postupkom pokazano je da se prionljivost između recikliranog agregata i nove cementne paste može poboljšati i da se istovremeno novim cementnim gelom mogu popuniti postojeće pore i prsline u malterskom sloju obavijenom oko zrna agregata. Unapređenje kvaliteta tranzitne zone doprinelo je povećanju čvrstoće na pritisak. Dostupni rezultati ispitivanja betona sa recikliranim agregatom variraju u širokim granicama, pa su nekad i kontradiktorni, ali se generalno može reći da betoni sa recikliranim agregatom imaju sledeća svojstva: povećanjem učešća recikliranog agregata smanjuje se zapreminska masa betona;
73
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON vrsta krupnog agregata nema uticaja na količinu uvučenog vazduha; reciklirani agregat utiče na konzistenciju betona, tako što smanjuje pokretljivost betonske mješavine zbog upijanja vode; skupljanje betona se povećava sa povećanjem količine recikliranog agregata; tečenje betona je proporcionalno količini cementnog maltera u betonu. Betoni na bazi recikliranog agregata imaju više cementnog maltera u odnosu na uporedni beton sa prirodnim agregatom, a samim tim i veće tečenje (do 50%); upijanje vode zavisi od razlike između vodocementnih faktora novog i starog betona od koga je dobijen reciklirani agregat (veće upijanje vode); čvrstoća betona pri pritisku zavisi prvenstveno od kvaliteta recikliranog agregata. Kod betona sa 100% recikliranog krupnog agregata pad čvrstoće u odnosu na čvrstoću uporednog betona sa prirodnim agregatom u prosjeku iznosi oko 13%, a kod betona sa 50% recikliranog krupnog agregata oko 8%. Pad čvrstoće kod betona sa procentom zamjene krupnog agregata manjim od 50% praktično se može smatrati zanemarljivim; na vrijednosti čvrstoća pri zatezanju cijepanjem i pri zatezanju savijanjem, vrsta upotrebljenog agregata nema bitniji uticaj. Razlike u čvrstoćama se kreću od 010%; modul elastičnosti betona na bazi recikliranog agregata manji je od modula elastičnosti betona na bazi prirodnog agregata zbog prisustva cementnog maltera; količina recikliranog agregata utiče na otpornost betona prema habanju. Sa povećanjem količine recikliranog agregata smanjuje se otpornost betona prema habanju, zbog povećane količine cementnog kamena koji se lakše haba od zrna prirodnog agregata; na vodopropustljivost betona utiče kapilarna poroznost cementnog kamena novog betona i kapilarna poroznost cementnog kamena recikliranog betona. Ukoliko je agregat dobijen drobljenjem betona male poroznosti, tada vodopropustljivost novog betona zavisi od izbora granulometrijskog sastava i ostvarene strukture novog cementnog kamena; na prionljivost između betona i armature agregat od recikliranog betona nema značajniji uticaj, jer se prionljivost ostvaruje preko novog cementnog kamena.
74
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 9.3. Polimerom modifikovani beton sa agregatom od recikliranog betona Ova vrsta betonskih kompozita je u početnoj fazi istraživanja, tako da je do sada objavljeno svega nekoliko radova sa rezultatima eksperimentalnih ispitivanja. Rad autora Byung-Wan Jo, Seung-Kook Park i Jong-Chil Park, Mechanical properties of polymer concrete made with recycled PET and recycled concrete aggregates, Journal Construction and Building Materials 22, 2008: Svojstva polimer – betonskog kompozita spravljenog sa nezasićenom poliestarskom smolom dobijenom od reciklirane plastike i sa recikliranim agregatom upoređivana su sa polimer betonom na bazi prirodnog agregata. Za spravljanje betona korišćen je i mljeveni krečnjak, kao mineralni dodatak, u cilju poboljšanja adhezije između polimerne matrice i zrna neorganskog agregata. Ispitivani betoni nose oznaku NA (prirodni agregat), a broj iza te oznake označava učešće prirodnog agregata u mješavini (100%, 70%, 50%, 30% i 0%). Prikazani rezultati se odnose na betonske mješavine sa 9% polimernog veziva u odnosu na masu betona (slika 54., slika 55. i slika 56.).
Slika 54. Čvrstoća pri pritisku polimer betona sa recikliranim krupnim agregatom
75
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 55. Čvrstoća pri pritisku polimer betona sa recikliranim sitnim agregatom
Slika 56. Čvrstoća pri pritisku polimer betona sa recikliranim sitnim i krupnim agregatom
Analizom dobijenih rezltata (slika 54., slika 55. i slika 56.), može se zaključiti, da se u slučaju primjene recikliranog krupnog agregata čvrstoća betona pri pritisku neznatno smanjuje, dok se sa povećanjem učešća recikliranog sitnog agregata čvrstoća evidentno redukuje. Slično se može reći i za čvrstoću pri zatezanju savijanjem i cijepanjem. Kao glavni razlog za ovakve rezultate možemo navesti slabiju adheziju između starog maltera i polimernog veziva. Sa povećanjem učešća recikliranog agregata dolazi do smanjenja nagiba krivulje napon – deformacija (σ-ε) (slika 57.), što ukazuje na drugačiji mehanizam loma u odnosu na beton sa prirodnim agregatom.
76
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 57. σ-ε krive polimer betona sa recikliranim agregatom
Povećanjem učešća recikliranog agregata hemijska otpornost na dejstvo hlorovodonične kiseline značajno opada u odnosu na polimer beton sa prirodnim agregatom. Rad autora Corinaldes i Moricon, Admixtures on Preformance and Economics od Recycled Aggregate Concrete, Publication SP 199-50, 2001 Spravljan je beton gdje je prirodni agregat u cjelosti zamjenjen recikliranim agregatom (leteći pepeo, silikonska prašina) i uz mineralne dodatke. Kao polimerni modifikator korišten je superplastifikator na bazi akril polimera. Vodocementni faktor je 0.40. Kao referentni beton, korišten je beton spravljen na klasični način od prirodnog agregata sa vodocementnim faktorom 0.56. Na osnovu dobijenih rezultata, dolazi se do zaključka da superplastifikator kao i mineralni dodaci mogu redukovati vodocementni faktor, a da se dobiju betoni sličnih mehaničkih karakteristika kao i kod referentnog betona. Rad autora Liu i Chu, Some studies on recycled aggregate concrete with and without polymer, 2nd Internationl Conference for Disaster Mitigation and Rehabilitation, 2008 Mehaničke karakteristike betona sa recikliranim agregatom mogu se poboljšati primjenom polimera u količini od 7.5% u odnosu na masu cementa. Rezultati ispitivanja ukazuju na povećanje čvrstoće pri pritisaku za 10%, čvrstoće pri zatezanje na savijanje do 40%, a povećava se i čvrstoća pri zatezanju na cijepanju do 35%.
77
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 10. PRIMJENA POLIMEROM MODIFIKOVANIH BETONA Betoni modifikovani polimerima mogu se primjenjivati u svim oblastima građevinarstva kao i klasični betoni, kako pri izvođenju novih konstrukcija, tako i za saniranje konstrukcija. Međutim, zbog više cijene, modifikovani betoni koriste se u slučajevima kada se od betona, pored čvrstoće, zahtjevaju posebna svojstva. Naime, veća početna ulaganja u betone modifikovane polimerima opravdava se produženjem eksploatacionog vijeka betonskih konstrukcija. Kada je u pitanju gradnja novih objekata, tu se akcenat stavlja na polimerom modifikovani beton sa povećanom korozionom otpornošću. To znači da je primjena takvih betona u prvom redu prisutna u industrijskim objektima koji su izloženi kako gasovitim, tako i tečnim agresivnim medijumima; tipa bazena sa različitim tečnostima, rezervoari, kanali industrijske i otpadne vode, konstrukcije u moru ili pored mora i dr. Takođe, primjena ovih betona je vrlo korisna i na područiju fundiranja, kada se temeljenje objekta vrši u agresivnim podzemnim vodama. Betoni sa polimernim dodacima se pimjenjuju i pri izradi pločastih konstrukcija tipa podova (industrijski podovi), platformi, aerodromskih pista i kolovoza (mostova, parking garaža), gdje se od betona zahtjevaju visoki nivoi trajnosti (na habanje, na udar, na hemijsku agresiju, mraz i sl.). Istraživanjim koja su sprovedena u Japanu potvrđeno je da se modifikovani kompoziti mogu uspješno primjeniti za izolaciju od vibracija, pa se u praksi ovo svojstvo koristi za prigušenje vibracija na željezničkim mostovima i za izradu temelja mašina. Na osnovu sprovedenih ispitivanja (Japan) i već stečenih praktičnih iskustava pretpostavlja se da će doći i do šire primjene betona modifikovanog polimerima u aseizmičnom građenju. Naime, zbog svoje povećane duktilnosti u odnosu na klasične betone, konstrukcije od betona modifikovanih polimerima pri djelovanju seizmičkih sila ispoljavaju vrlo značajne efekte disipacije unutrašnje energije, što utiče na smanjivanje seizmičkih sila, a time i na povećanje seizmičke otpornosti objekta pri djelovanju intezivnih zemljotresa. Polimerom modifikovani beton se koristi za izradu zidnih panela i tunelskih obloga. Kada je u pitanju sanacija postojećih objekata, betoni modifikovani polimerima koriste se prvenstveno za popravku većih oštećenja ili zamjenu pojedinih dijelova
78
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON betonskih konstrukicja. Modifikovana cementna pasta se uspješno primjenjuje za injektiranje prslina i popunjavanje defekata usljed raslojavanja. Razlozi za primjenu ovih betona leže pre svega u njihovoj velikoj adheziji za stari beton, ugradljivosti, žilavosti, malom skupljanju i dr. Adhezija novog betona (PMB) za stari beton poboljšava se ako se prije ugrađivanja novog betona nanese premaz čiste polimerne disperzije, u obliku modifikatoar betona. Najaširu upotrebu imaju betoni modifikovani polimerima BSR, PEVA i PAE, zbog svoje cijene i pristupačnosti.
10.1. Primjer sanacije betonom modifikovanim polimerom U nastavku rada dat je primjer sanacije stuba primjenom PMB, kao i proračun betonske mješavine za sanaciju.. Prije sanacije defektna mjesta na stubu treba mehanički očistiti, upotrebom ručnih alata (udarna bušilica), od oštećenog betona uz oblikovanje sanacione zone (slika 58.).
Slika 58. Uklanjanje zaštitnog sloja starog betona
Nakon prvog koraka, očišćena mjesta treba dodatno očistiti od prašine vazduhom pod pritiskom, a zatim ih obilno nakvasiti vodom ili polimernom disperzijom (slika 59.).
79
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 59. Pripremljena površina stuba
Oko postojećeg, zdravog jezgra stuba postavlja se dodatna armatura (dodatne vilice i šipke) koja se vezuje za postojeću armaturu (slika 60.).
Slika 60. Postavljanje nove armature
Postavlja se oplata stuba koja sadrži otvor kroz koji se ubacuje beton modifikovani polimerom pomoću pumpi (slika 61.). Otvori mogu biti i u vidu džepa ako su u pitanju manja oštećenja, s tim da se prilikom takvih sanacionih intervencija dobijena ispupčenja na površini elementa uklanjaju kasnije u što kraćem roku, dok ugrađeni beton ne dobije veću čvrstoću.
80
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON
Slika 61. Betoniranje dodatne obloge
Nakon uklanjanja oplate, površinu stuba treba konačno obraditi cementnim malterima modifikovanim polimerom. Izgled saniranog stuba dat je na slici 62.
Slika 62. Izgled saniranog stuba
81
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON 11. ZAKLJUČAK Na osnovu rezultata višegodišnjih istraživanja, može se zaključiti da se polimerizacijom betona poboljšavaju svojstva betona u odnosu na klasični nemodifikovani beton. Poboljšanje svojstava betona kod upotrebe polimernih dodataka objašnjava se promjenama u unutrašnjoj strukturi betona. Naime, poznato je da se unošenjem polimernih dodataka modifikuje struktura betona, formiranjem dvostruke matrice. Polimerom modifikovani betoni, prije svega, imaju visoke čvrstoće pri zatezanju na savijanje i cijepanje, odličnu adheziju za različite podloge, visoke otpornosti na dejstvo mraza i hemijske agense, kao i niz drugih povoljnih karakteristika, tako da je primjena ovakvih sistema u građevinskoj praksi iz dana u dan sve šira. Kao modifikatori betona najširu primjenu imaju lateksi. Optimalna količina lateksa u betonu je od 5 do 20% na masu cementa. Upotreba veće količine lateksa u betonu nije ekonomična jer može prouzrokovati prevelik sadržaj vazduha u betonu, a samim tim i pokvariti neka bitna svojstva betona (čvrstoća pri pritisku). U poslednje vrijeme, odmah iza lateksa kao modifikatora svojstava betona široko se primjenjuju praškaste suspenzije koje su po svojoj prirodi praktično identične lateksnim formulacijama. Tečne smole kao modifikatori imaju primjenu u industriji betonskih prefabrikanata bez obzira na njihovu relativno visoku cijenu u odnosu na materijale na bazi lateksa. Monomeri kao modifikatori betona se koriste na dva načina. Ili se polimerizacijom monomera dobijaju polimeri kao modifikatori betona, ili se koriste u vidu premaza kao hidroizolacija ili kao zaptivna masa pukotina betonskih ploča. Odlikuju se veoma velikom adhezijom. Jedan od najpoznatijih monomera je metilmetakrilat. Kao polimer rastvorljiv u vodi najširu primjenu ima poliakrilamid koji miješanjem sa cementom značajno modifikuje reologiju cementne paste prevodeći je u gumasti materijal podoban za oblikovanje tiskanjem ili valjanjem. Zbog tog svojstva najšira primjena je u CBC materijalima (Chemically Bonded Ceramics - hemijski vezana keramika). Sve veća potrošnja agregata i ograničenja u eksploataciji prirodnih sirovina dovjela je do alternativnih rješenja. Kao što je već navedeno, u alternativne agregate spadaju industrijski i građevinski otpad. Jedan od takvih materijala jeste betonski krš,
82
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON nastao rušenjem objekata, koji se reciklira. Primjenom agregata od reciliranog betona za spravljanje betona mogu se dobiti betoni zadovoljavajućih, pa čak i visokih performansi, što prvenstveno zavisi od čvrstoće pri pritisku betona čijim drobljenjem je dobijen agregat, a zatim i od poznavanja svih specifičnosti vezanih za projektovanje sastava i spravljanje ovih vrsta betona. Međutim, u praksi je za konstrukcijsku primjenu, upotreba agregata od recikliranog betona limitirana prvenstveno zbog velikih varijacija u kvalitetu, što je direktna posljedica porijekla i stanja starog betona. Primjena agregata iz recikliranog betona u kombinaciji sa polimerima kao modifikatorima započela je poslednjih godina. Iako se radi o malom broju eksperimentalnih ispitivanja, prvi rezultati ukazuju da se primjenom polimera mogu popraviti pojedina svojstva betona sa agregatima od recikliranog betona, čime se otvaraju šire mogućnosti za primjenu ovih vrsta betona u svakodnevnoj građevinskoj praksi. Naposlijetku, treba istaći da polimeri kao dodaci betonu nisu neki čudotvorni proizvodi koji bi, na primjer, poboljšali loš cement, ili omogućili da se od nepovoljne granulometrijske kompozicije napravi dobar beton. Upotreba polimernih dodatka u betonu opravdana je samo onda kada su preduzete sve mjere da se dobije dobar beton.
83
POLIMEROM MODIFIKOVAN BETON LITERATURA 1. M.Muravljov, Osnovi teorije i tehnologije betona, Beograd 2010; 2. Y.Ohama, Handbook of polymer-modified concrete and mortars, 1994; 3. M.Muravljov, Građevinski materijali, Beograd 2007; 4. SITJ, Građevinski kalendar 1994 – 1995; 5. Časopis Materijali i konstrukcije br. 52., Beograd 2009; 6. V.Ukrainczyk, Beton, Zagreb 1994; 7. V.Hasanović, Betonske konstrukcije, Sarajevo 2007; 8. J.Radić, Betonske konstrukcije 1, Zagreb 2006; 9. T.Kovačević, Struktura i svojstva polimera, Split 2010; 10. 13. Interantional congress on polymers in concrete, Portugal 2010; 11. S.Otović, Građevinski materijali u praksi, Beograd 2007; 12. Beton tehnički priručnik, Kakanj 2012; 13. Sika, Priručnik o betonima, Beograd 2008; 14. ACI, Polymer-Modified concrete, USA 2003; 15. BAS EN 206-1, BAS EN 197-1 i BAS EN 12620; 16. B. Skenderović, Građevinski materijali, Beograd 2011; 17. Časopisi Fokus, Build, Građevinar i Modul;
84