Betono atsparumo šalimo-šilimo ciklams padidinimas naudojant Xypex Admix C-1000NF
Eksploatuojant kelio konstrukcijas, stovėjimo aikšteles, rezervuarus, krantines ir kitas konstrukcijas kurios pastoviai veikiamos atmosferos poveikio, vienas svarbesnių kriterijų apsprendžiančių kiek ilgai tarnaus konstrukcija, yra betono atsparumas šalimo-šilimo ciklams. Betono irimas dėl šalimo/šilimo poveikio po kurio laiko sukelia armuojančio plieno koroziją o tai ardo ir silpnina visą betono konstrukciją. Vanduo į betoną patenka per trūkius, mikrotrūkius, poras. Jei betonas aukštos kokybės ir visiškai neįgeria vandens, šalimo metu skysto pavidalo vanduo gali atsirasti betone dėl kondensacijos kai išsiskira ore esantis vanduo, todėl net tokį betoną gali pažeisti šalimo šilimo ciklai.
Pagrindinė betono irimo, trūkinėjimo priežastis yra ta, kad porose užšalančio vandens tūris didėja iki 9%.
Xypex medžiagos veikdamos į betoną sumažina įgeriamumą skysčiams ir tuo pačiu padidėja betono atsparumas šilimo/šalimo ciklams. Siekaint patikrinti Xypex poveikį buvo atlikta daugybė bandymų visame pasaulyje, tame tarpe ir Lietuvoje. Vienas tokių bandymų buvo atliktas Kaune, UAB Laboratorinių bandymų centras. Kadangi tyrimo tikslas buvo esamų betoninių konstrukcijų tarnavimo laiko prailginimas ir eksploatuojamų paviršių irimo stabdymas, tiriama buvo dangos Xypex Concentrate poveikis. Danga buvo užtepta ant grindinio trinkelių ir bandoma mirkant druskos tirpale ir periodiškai šaldant ir atšildant. Rezultate gauta, kad po 92 ciklų, trinkelės nedengtos Xypex danga prarado 7,35% savo masės ir bandymai su šiomis trinkelėmis buvo nutraukti. Kita nedengtų bandinių grupė po 102 šalimo/šilimo ciklų prarado 7,48% savo masės ir bandymai taip pat buvo nutraukti.
Pirma grupė trinkelių dengtų Xypex Concentrate danga po 150 bandymo ciklų masės neprarado, o net buvo nustatyta masės padidėjimas +0,22%. Tai galėjo atsitikti dėl druskų kurios nusėdo ant paviršiaus.
Kita bandinių grupė po 200 bandymo ciklų vidutiniškai pasunkėjo 0,06%.
Antra grupė trinkelių dengtų Xypex Concentrate danga po 200 ciklų prarado masės vidutiniškai 0,34%.
Bandymo rezultate buvo nuspręsta, kad Xypex danga dengtos trinkelės atitinka 200F markės reikalavimus, apsaugo betono struktūrą nuo atmosferinio vandens ir jame ištirpusių agresyvių medžiagų, todėl galima naudoti įvairių konstrukcijų sujungimų sandarinimui, įtrūkusio, išretėjusio betono remontui.
Betono atsparumo šalčiui padidintinimui standartiškai naudojami orą įtraukiantys priedai. Šių priedų panaudojimo pasekoje, betono matricoje suformuojami oro burbuliukai. Šalant vanduo besipėsdamas, dalinai prasiskvervia į burbuliukus, jie perima tempimus. betone neatsiranda trūkiai, betonas nepleišėja, neyra. Veikimo principas parodytas paveiksliuke.
Xypex betono hidroizoliacija kristalizacijos būdu, puikiai papildo ir sustiprina oro įtraukiančių priedų veikimą, nes neužpildo pilnai susiformuojančius burbuliukus, palieka juos atvirus, bet užsandarina poras ir kapiliarus. Vanduo šaldamas neardo porų, o vanduo gali plėstis į burbuliukus. Xypex stabdo chloridų jonų skverbimąsi kas teigiamai veikia kai betonas veikiamas ledą tirpdančių chemikalų ar sūraus jūros vandens. Xypex suderinamas su korozijos inhibitoriais.
Kad įsitikinti kokią įtaką betono atsparumui šalimo/šilimo ciklams daro Xypex betono priedas Xypex Admix C-1000NF, KTU Statybos ir architektūros fakulteto mokslo grupės “Statybinės medžiagos, konstrukcijos ir technologijos“ tyrėjai atliko visą eilę bandymų. Reikėjo įvertinti kokią įtaką Xypex Admix C-1000 NF įmaiša turi sukietėjusio betono atsparumui šalčiui, betonui 28 paras kietėjant rėžiminėje kameroje bei 1 metus kietėjant vandenyje. Siekiama išsiaiškinti, ar nuolat betonui būtent vandenyje sumažėja kristalizacijos procesus skatinančios įmaišos poveikis.
Betono bandinių atsparumas šalčiui tyrimo metu buvo nustatytas taikant tūrinio užšaldymo ir atšildymo bandymo metodą pagal standarte LST 1428-17 pateiktus reikalavimus. Atsparumo šalčiui bandymui naudoti bandiniai kubai 100×100×100 mm matmenų. Pasiekę projektinį stiprį betono bandiniai pamerkiami į vonią su vandeniu kurio temperatūra (18±5) °C. Bandiniai įmirkomi taip: pirmąją parą į vonią pripilama tiek vandens, kad jis apsemtų apie 1/3 bandinių aukščio. Taip apsemti bandiniai laikomi 24 h. Po to į vonią pripilama tiek vandens, kad būtų apsemta apie 2/3 bandinių aukščio. Taip apsemti bandiniai vėl laikomi 24 h. Po to vandens pripilama tiek, kad visiškai apsemtų bandinius ir jo sluoksnio storis virš bandinių ir iš visų jų pusių būtų ne mažesnis kaip 20 mm. Taip apsemti bandiniai laikomi dar 24 h (iš viso 4 paras). Prisotinti bandiniai prieš atsparumo šalčiui nustatymą išimami iš vonios. Praėjus nuo 2 h iki 4 h nuo bandinių išėmimo iš vonios, bandomi kontroliniai bandiniai, nustatant jų pradinį gniuždymo stiprį pagal LST EN 12390-3. Atsparumo šalčiui bandymui skirti betono bandiniai (6 bandiniai, jeigu atsparumo šalčiui nustatymo trukmė ilgesnė nei 100 ciklų) sudedami į šaldymo kamerą. Šaldymo kameros centre užšaldymo metu turi būti minus (18± 2) °C temperatūra. Esant minėtajai temperatūrai užšaldymo trukmė turi būti ne trumpesnė kaip 2,5 h, kai bandomi (100 × 100 × 100) mm bandiniai. Po atsparumo šalčiui nustatymo bandiniai iš šaldymo kameros išimami ir sudedami į vonią su vandeniu, kurio temperatūra (18±5) °C. Vonioje bandiniai turi būti laikomi ne trumpiau kaip (2±0,5) h, kai bandomi (100 × 100 × 100) mm bandiniai. Bandiniai apžiūrimi po tam tikro užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus. Betono atsparumas šalčiui nustatomas pagal bandinių gniuždymo stiprį, nustatytą pagal LST EN 12390-3. Jeigu bandinių serijos (3 bandiniai) vidutinis gniuždymo stipris po reikiamo (projektinio) užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus atitinka arba yra ne daugiau kaip 5 mažesnis už kontrolinių bandinių gniuždymo stiprį, laikoma, kad betonas išlaikė atsparumo šalčiui bandymą.
Betono bandinių gniuždymo stiprio po atsparumo šalčiui bandymo sumažėjimas apskaičiuojamas pagal formulę:
čia:∆ f – betono bandinių gniuždymo stiprio sumažėjimas procentais lyginant su kontrolinių bandinių stipriu; fk – kontrolinių bandinių gniuždymo stiprio verčių vidurkis prieš atsparumo šalčiui bandymą megapaskaliais (MPa); fš – bandinių gniuždymo stiprio verčių vidurkis po tam tikro užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus megapaskaliais (MPa).
Jeigu po atsparumo šalčiui bandymo bandinių gniuždymo stipris sumažėjo daugiau kaip 5 lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu, betonas atsparumo šalčiui bandymo neišlaikė.
Tyrimo metu betono mišinio vandens ir cemento santykis (V/C) buvo pastovus, plastifikuojančios įmaišos bei orą įtraukiančios įmaišos kiekiai nekito. Tyrimo metu buvo keičiamas tik kristalizacijos procesus betono porose skatinančios betono įmaišos (kiekis procentais cemento masės: 0,8%, 1,0% ir 1,5%. Kontrolinė betono mišinio sudėtis buvo ruošiama be Xypex Admix C-1000 NF įmaišos.
Betono gniuždymo stiprio pokytis po 150 bei 200 užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus esant skirtingam Xypex Admix C-1000 NF kiekiui % cemento masės atitinkamai pavaizduotas 1 pav. ir 2 pav.
Iš 1 a pav. ir 2 a pav. matyti, kad kontrolinio betono (nenaudojant įmaišos Xypex Admix C-1000 NF) po atsparumo šalčiui bandymo kontrolinis betonas atsparumo šalčiui bandymo neatlaikė. Pridėjus į mišinį Xypex Admix C-1000 NF 0,8%, 1,0% ir 1,5% cemento masės, po atsparumo šalčiui bandymo bandinių gniuždymo stipris ne tik nesumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu, tačiau ir padidėjo. Betonas su Xypex Admix C-1000 NF išlaikė atsparumo šalčiui bandymą.
Kietinant kontrolinius betono bandinius vandenyje 1 metus (1 b pav. ir 2 b pav.), po 150 ir po 200 užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus betono bandinių gniuždymo stipris nesumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu, nustatytu prieš bandymą, tai yra po 150 ciklų sumažėjo 3,75%, o po 200 ciklų sumažėjo 2,66%. Kontrolinis betonas atsparumo šalčiui bandymą atlaikė. Pridėjus į mišinį Xypex Admix C-1000 NF 0,8%, 1,0% ir 1,5% cemento masės, po atsparumo šalčiui bandymo bandinių gniuždymo stipris ne tik nesumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu, tačiau ir padidėjo.
Iš 3 pav. matyti, kaip atrodo bandiniai po 150 ir 200 užšaldymo ir atšildymo ciklų poveikio. Kontroliniuose betono bandiniuose (XB-0 sudėtis) jau po 150 užšaldymo ir atšildymo ciklų formuojasi plyšiai (3 pav. a), o po 200 ciklų plyšių tinklas tik dar labiau išplinta (3 pav. a). Esant Xypex Admix C-1000 NF 0,8% cemento masės betono bandiniuose (XB-1 sudėtis) plyšiai pradeda formuotis tik po 200 užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus (3 pav. b). Esant didesniam Xypex Admix C-1000 NF kiekiui % cemento masės betono bandiniuose (XB-2 sudėtis ir XB-3 sudėtis) tiek po 150, tiek po 200 užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus plyšių nepastebėta (3 pav. c ir 3 pav. d).
Išvada. Kontrolinio betono (nenaudojant įmaišos Xypex Admix C-1000 NF) po atsparumo šalčiui bandymo bandinių gniuždymo stipris sumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu. Kontrolinis betonas atsparumo šalčiui bandymo neatlaikė. Pridėjus į mišinį Xypex Admix C-1000 NF 0,8%, 1,0% ir 1,5% cemento masės ir bandinius kietinant tiek rėžiminėje kameroje 28 paras, tiek 1 metus vandenyje, po atsparumo šalčiui bandymo (po 150 ir po 200 ciklų) bandinių gniuždymo stipris ne tik nesumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu, tačiau ir padidėjo.