Porovnání některých vlastností běžných a alkalicky aktivovaných betonů

• Foto

ÚVOD
V současné době se s vývojem nových materiálů stále častěji objevují alkalicky aktivované betony. Tyto jsou laboratorně zkoušeny na malých vzorcích již řadu let. Před případnou aplikací v praxi je ovšem třeba ověřit vlastnosti těchto materiálů na větších vzorcích a provést jejich porovnání s dosud používanými betony.

Tato myšlenka vybetonování větších dílů byla zrealizována s pomocí firmy ŽPSV a. s. a Katedry dopravního stavitelství – Dopravní fakulty Jana Pernera v Pardubicích. Výsledky, popis, zhodnocení a porovnání vlastností alkalicky aktivovaného a běžného samozhutnitelného betonu na větších vzorcích – trámech 200 × 300 × 3 000 mm, je naznačeno v tomto příspěvku.

Bylo vybetonováno pět trámů – jeden z prostého samozhutnitelného betonu C40/50, druhý z téhož, ale s přidáním drátků Dramix. Na zbylé tři byl použit alkalicky aktivovaný samozhutnitelný struskový beton s přidáním drátků Dramix, z nichž jeden obsahoval navíc ocelářskou výztuž (4 × R14 + třmínky 14 × R6). Na těchto byly provedeny ohybové zkoušky a na doprovodných vzorcích základní zkoušky pevností a lomových vlastností. Zároveň byla také použita nedestruktivní zkouška pomocí akustické emise (při tvrdnutí po dobu 28 dní a při samotném zatěžování).

Tabulka 1 – Složení použitých směsí

ALKALICKY AKTIVOVANÉ MATERIÁLY
Beton patří k významným a velmi rozšířeným stavebním materiálům. Jeho celosvětová roční spotřeba je zhruba 8,8 miliard tun. Toto množství díky rozvoji infrastruktury v západních a zejména v rozvojových zemích se bude i nadále zvyšovat. Tradičním pojivem pro jeho výrobu byl až doposud portlandský nebo směsný cement, jehož výroba má velmi negativní vliv na životní prostředí. Toto univerzální pojivo je poměrně levné a široce rozšířené, ale má i řadu nedostatků.

Proto se v posledních letech objevuje snaha vyrábět materiály, které jednak splňují přísné požadavky na co nejhospodárnější produkci, ale také nepředstavují přílišnou zátěž pro životní prostředí.

Alkalicky aktivované materiály jsou vyráběny alkalickou aktivací vhodného materiálu jako jsou např. odpadní materiály (různé druhy elektrárenských popílků a strusek) a nebo materiálů již využívaných v betonářském průmyslu jako např. metakaolinů a slínku resp. Portlandského bezsádrovcového cementu. Jako aktivátory se využívají uhličitany, hydroxidy a křemičitany alkalických kovů (nejčastěji Na a K) a jejich různé kombinace.

Tyto materiály jsou nyní často středem zájmu výzkumu, využívají a zkoumají se různě připravené směsi spolu s plnivy (kamenivem a výztuží) ve snaze nalézt kombinaci s co nejlepšími vlastnostmi.

Hlavní výhodou alkalicky aktivovaných materiálů v porovnání s klasickým betonem je značná odolnost proti ohni, chemická odolnost, mrazuvzdornost, ale také podstatně ekologičtější způsob výroby. Při běžné výrobě alkalicky aktivovaných materiálů vzniká šestkrát méně oxidu uhličitého než při výrobě cementu. Současná produkce cementu tvoří osm procent všech emisí, které mají na svědomí skleníkový efekt. Přesto se počítá s růstem potřeby cementu na celosvětovém trhu již do roku 2020 na dvojnásobek. Jako jeden z významných prostředků řešení hrozící ekologické katastrofy se nabízejí právě alkalicky aktivované materiály. Určitě beton okamžitě nenahradí, ale mohou účinně pokrýt zvýšení poptávky [2, 3].

POROVNÁNÍ BETONŮ A PROVÁDĚNÉ ZKOUŠKY
Následující porovnání je zaměřeno na dva z vybetonovaných trámů a to na trám z prostého samozhutnitelného betonu C40/50 s drátky Dramix a alkalicky aktivovaný samozhutnitelný struskový beton s přidáním drátků Dramix.

Složení použitých směsí je uvedeno v tabulce (tab.1). Betonáž byla provedena na závodě ŽPSV, a. s. v Byňově u Nových Hradů. Na vyrobených trámech byly provedeny ohybové zkoušky a na doprovodných vzorcích základní zkoušky pevností a lomových vlastností.

ZÁVĚR
Vzhledem k tomu, že samotná betonáž jednotlivých trámů a doprovodných vzorků byla provedena na podzim roku 2011, jednotlivé zkoušky byly prováděny po 1, 7, 28 a 90 dnech, je zde v tomto článku zobrazena pouze část výsledků.

Další hodnoty z měření se v současné době ještě zpracovávají a teprve na jejich výsledcích bude následně možné další porovnání vlastností klasických a alkalicky aktivovaných betonů.

Závěrem lze v těchto dnech po prvotním vyhodnocení výsledků říci, že alkalicky aktivovaný struskový beton o zvoleném složení, v porovnání s klasickým betonem C40/50 XF4 vykazuje nižší hodnoty pevností v tahu za ohybu i v tlaku na zlomcích a má nižší modul pružnosti a měrnou hmotnost. Obecně lze ale říci, že i tyto o něco málo nižší hodnoty nejsou překážkou v použití těchto materiálů ve stavebnictví a našly by si zajisté svá uplatnění a s tím spojené výhody oproti betonům.

LITERATURA:
[1] Bílek, V., Urbanová, M., Brus, J., Koloušek, D.: Alkali-Activated Slag Concrete development and their practical use; 12th International Congress on the Chemistry of Cement; J. J. Beaudoin, J. M. Makar and L. Raki Eds., Montreal 2007, Canada, T3-06.6
[2] Straňák, V.: Geopolymery; Matrix-2012; http://www.matrix-2012.cz (accessed Aug 18, 2010)
[3] Kynclová M.: Geopolymetní betony – materiály šetrné k životnímu prostředí, Juniorstav 2008 – 4.2 Nové stavební hmoty; Ed.; 2008

Comparison of Some Properties of Standard and Alkali-activated Concrete
New inorganic binders are searched which are able to substitute Portland cement in some branches of the building industry. The reason is the lowering of emissions of carbon dioxide and use of some secondary materials. Alkali-activated slag (AAS) concretes – relatively wellknown composites – are one of the perspective binders. They show good mechanical properties, good resistance to the attack of a variety of chemical media and the resistance of these materials to freezing and thawing.

Autoři

• Ing. Dědečková Lenka
• Ing. Bílek Vlastimil CSc.