Název projektu
Vliv granulometrie cementu a příměsí na vlastnosti ternárních pojiv
Kód
SP2020/149
Předmět výzkumu
Rozbor stavu problematiky:
Ternární pojivový systém pro betonové směsi je založen na bázi cementu a dvou dalších příměsích. Smyslem ternárních pojiv je oproti binárním pojivům vyšší počáteční pevnost, která je důsledkem synergie způsobené přítomností uhličitanu vápenatého (může být i z betonového prachu) a hlinitanových iontů z popílku, strusky, škváry, metakaolínu, atd. Průběh nárůstu pevností je vysvětlen v K. De Weerdt et al [1]. Vhodná směs má také vliv na zvýšení trvanlivosti navržených betonů, jak je popsáno v Bílek [2]. Krom toho má na výsledné mechanické vlastnosti vliv granulometrie navrhované směsi. Velmi hutná struktura spolu s nízkou porozitou cementového kamene, která je způsobená nízkým vodním součinitelem, umožňuje dosahovat vysokých hodnot mechanických vlastností – především pevností v tlaku. Čím hutnější je navržený kompozit, tím u betonů dosahujeme vyšších pevností a většinou také vyšší trvanlivosti. Problematickým faktorem těchto hutných směsí je ovšem nízká reologie čerstvé směsi. V těchto směsích je nutno odladit použití vhodných superplastifikátorů. Zhoršená reologie směsi může být také způsobena použitými příměsemi. Především v dnešní době, kdy popílky jsou získávány z elektráren, kde je instalována selektivní nekatalytická redukce. Tato metoda snižuje množství oxidů dusíku ve spalinách, nicméně nástřik amonného média do spalovací komory může způsobit teplotní šok, který ovlivňuje morfologii použitých popílků. Jejich povrch může být narušen a větší nasákavost může působit na snížení reologie směsi, Hela [3]
V předchozím řešení této problematiky ternárních pojiv byla věnována pozornost hlavně použití různých druhů příměsí s různým měrným povrchem. Především byl použit jemně mletý vápenec, betonový prach, cement CEM I 42,5 R a popílek získaný z různých druhů elektráren a o různých měrných površích. Na vybraných maltových směsích byly zkoumány fyzikálně-mechanické vlastnosti jako pevnost v tahu za ohybu, pevnost v tlaku a mrazuvzdornost. Pro detailnější návrh receptur je dalším krokem zjištění granulometrie navrhované směsi příměsí a její optimalizace tak, aby došlo k co nejlepšímu vyplnění prostoru příměsemi a kamenivem. Na základě výsledků pevností a mrazuvzdorností malt, budou vyrobena betonová tělesa, na kterých budou zkoušeny pevnost v tlaku, mrazuvzdornost a případně modul pružnosti.
V první fázi řešení tohoto projektu bude kladen důraz na výběr vhodných příměsí. Především budou vybrány a testovány vápence a popílky. U těchto příměsí bude změřeno chemické složení a měrný povrch jednotlivých složek a bude optimalizována granulometrická křivka tak, aby bylo dosaženo co nejkompaktnějšího složení. Velký prostor je tady pro vybrání různých druhů popílků, jejichž měrný povrch a chemické vlastnosti se liší dle místa získání a také dle návaznosti na selektivní nekatalytickou redukci. Jednou z možností je použití popílků ve stavu, v jakém byly získány z elektráren a tepláren (Třebovice, Opatovice, kde je odběr již předjednán, případně jiné). Další možností je úprava získaných popílků mletím na jemnější měrný povrch. Výzkum by se dále zaměřil i na jiné alternativní materiály, které by mohly sloužit pro použití v ternárních pojivech, jako je například jemně mletá granulovaná struska či škvára. Neméně důležitou částí práce také bude zajištění kompatibility a účinnosti chemie do určených malt / betonů pro zajištění vhodné reologie.
Zdroje:
1. DE WEERDT, K, KJELLSEN, KO, SELLEVOLD, E, JUSTNES, H. Synergy between fly ash and limestone powder in ternary cements, Cement and Concrete Composites, Vol. 33, 2011, pp 30-38.
2. BÍLEK, V. Development and properties of concretes with ternary binders, Cement, Wapno, Beton, 2013, pp 343-352.
3. Hela, R., Ťažký, M., (2017). Vliv SNCR na vlastnosti popílku z hlediska jeho použitelnosti do betonu. In 24. Betonářské dny, Sekce ST24B: Výzkum a technologie
Přehled použitých metod:
Chemická analýza použitých příměsí – pomocí rentgenové fluorescenční analýzy je možno stanovit složení zkoumaných vzorků, případně jiné.
Elektronová skenovací mikroskopie SEM – umožní vznik mikrosnímků, které definují povrchovou strukturu použitých příměsí, především popílků.
Měření měrného povrchu jednotlivých složek – tyto hodnoty poskytnou informaci, v jakém stavu jsou popílky získávány z provozů.
Mikroskopická obrazová analýza – pomocí této metody bude zjištěna granulometrie jednotlivých příměsí, aby mohla být navržena vhodná granulometrie k co nejvýhodnějšímu zaplnění prostoru všemi složkami..
Měření pevnosti v tahu ohybem a v tlaku - tyto zkoušky slouží jako základní ukazatele kvality malt a betonu.
Optická, případně i elektronová mikroskopie – pro upřesnění a zjištění hydratačních produktů
Zdůvodnění finančních prostředků:
Stipendium - Ing. Markéta Bambuchová, hlavní řešitel, tento projekt navazuje na předchozí výzkum v rámci projektu TAČR TJ01000174, dizertační práci Vliv granulometrie cementu a příměsí na vlastnosti betonů s ternárními pojivy. Návrh složení ternárních pojiv a příprava vzorků, technická příprava experimentů v laboratoři a jejich provedení, vyhodnocení dat, psaní publikačních výstupů (58 000 Kč).
Stipendium - Ing. Adéla Brázdová,spoluřešitel, student VŠB, technická příprava experimentů v laboratoři a jejich provedení, vyhodnocení dat ( 12 000 Kč).
Materiálové náklady
- 10 000 Kč náklady pro zajištění zkušebního materiálu (cement, vápenec, popílky, strusky, chemie pro úpravu reologických vlastností. Spotřební laboratorní materiál (misky, laboratorní sklo, čistící prostředky)
Služby
- 1000 kč pro kalibraci zařízení v laboratoři FAST
- 20000 kč zkoušky zajištěné v laboratořích VŠB-TUO a v jiných akreditovaných pracovištích, mletí příměsí, zjištění granulometrie pomocí obrazové analýzy, elektronová mikroskopie
Cestovní náhrady, konference
- Konference 27. Betonářské dny 2020, vložné předpoklad 6500 Kč + cesta na konferenci a ubytování pro 2 osoby (vložné cca 3100 pro 1 studenta/25 Betonářské dny). Mezinárodní konference týkající se technologie betonu.
- Konference Maltoviny 2020, vložné předpoklad 4700 Kč + cesta na konferenci a ubytování pro 2 osoby (snížené vložné 4500Kč/Maltoviny2019). Konference zaměřená na oblast stavebních pojiv a jejich využití ve stavebním průmyslu.
- Cesty ohledně nákupu materiálu, případně dodávka materiálu
- Případně cesty na další konference
Celkem cca 12 000 Kč za vložné na konference. Cestovní náhrady + ubytování cca 11 500 Kč.
Harmonogram řešení
Leden – duben: získání vhodných příměsí, provedení pilotních testů, zlepšení a rozpracování metodiky zkoušek a návrh podrobnějších plánů experimentů.
Květen – září: provádění zkoušek dle metodiky sledování vývoje pevnosti na základě granulometrických zkoušek
Říjen – listopad: doplnění drobných zkoušek
Prosinec - vyhodnocení experimentů, publikace, závěrečná zpráva
Předchozí dosažené výsledky (související s tématem)
Bambuchová, M., Pytlík, D., Bílek, V., - Vliv množství amonných solí v popílcích na betony s ternárními pojivy. In: 25. Betonářské dny. 1. vydání, 2018, Česká betonářská společnost ČSSI, Sborník přednášek. ISBN 978-80-906759-6-4.
Bambuchová, M., Pytlík, D. - Research of siliceous fly ash after denitrification utilisation in ternary binders. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 24th Conference Construmat 2018. Herlany, Slovakia, 385(1), 012003.
Bílek, V., Pytlík, D., Bambuchová, M., - High performance concrete with ternary binders. In: Key Engineering Materials, 6th International Conference Non-Traditional Cement and Concrete, 2018. Brno, Czech Republic, pp. 120-123, ISBN: 978-303835440-6.
Bílek, V., Bambuchová, M., Bulíková, L., - Ternary binders with fly ash after denitrification. In EuroCoalAsh 2019. ISB: 9780957326323.
Rok zahájení
2020
Rok ukončení
2020
Poskytovatel
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Kategorie
SGS
Typ
Specifický výzkum VŠB-TUO
Řešitel