Plastifikaatori mõju betoonile (0)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Ehitusmaterjalid Laboratoorne töö nr 3 2021/2022 Plastifikaatori mõju Rühm:  Tanel Tuisk


1. 3. MAY 2022TÖÖ EESMÄRK Töö   eesmärk   on   selgitada   plastifikaatori   mõju   betoonisegu   töödeldavusele   ja veevajadusele,   betoonisegu   ja   kivistunud   betooni   tihedusele,   betooni   painde-   ja survetugevusele. Töö teostamisel kasutati labori juhendmaterjali ja labori aruande malli. 2. KASUTATUD VAHENDID Labori töös kasutati järgnevaid materjale:  portlandtsement CEM I 52,5 R;  „Kiiu“ karjääri looduslik liiv;  Plastifikaator „Semflow KP“;  auto klaasipesuvedelik -20°C lahjendatult 1:1-le;  nõudepesuvahend „Fairy“;  joogivesi. Töös kasutati järgnevaid katseseadmeid:  elektrooniline kaal KERN AB1234, seerianumber 12345, mõõtepiirkond 6000 g, täpsus 0,2 g;  Hobarti segisti;  Abramsi koonus;  vibrolaud;


 nihkkaliiber – mõõtepiirkond 150 mm, vähim skaala jaotis 0,05 mm;  joonlaud;  pahtlilabidas;  katsevormid;  katsemasin Servo Plus Evolution;  koristusvahendid. 3. TÖÖ KIRJELDUS 3.1. Materjalide ettevalmistus Eelnevalt sõeluti katsetes kasutatav portlandtsement läbi sõela avaga 5 mm.  Lisaks   määrati   enne   kasutamist   liiva   terastikuline   koostis,   puistetihedus   ning   eraldati terad läbimõõduga üle 5 mm. 3.2. Töö käik Katsed   tehti   segu   koostisega   1:3   (500   g   tsementi   ja   1500   g   liiva).   Peeneteralised betoonisegud valmistati Hobarti segistis, kus esmalt segati kuivad materjalid 1 minuti vältel ning seejärel lisati vesi ning segati veel 2 minuti jooksul. Katsed jaotati kaheks seeriaks:


- Põhiseeria koosnes kuuest katsest. Neli katset erinesid omavahel segusse viidava plastifikaatori hulga poolest. Kaalutud plastifikaator viidi segusse koos seguveega. Lisaks   viidi   läbi   üks   katse,   kus   vee   asemel   kasutati   auto   talvist   (-20°C) aknapesuvahendit lahjendatult veega suhtega 1:1 ning üks katse, kus lisandina kasutati nõudepesuvahendit „Fairy“. Põhiseeria katsed tehti konstantse vesitsementteguriga 0,55. Segudel   määrati   töödeldavus   standardsel   raputuslaual.   Segust   valmistati raputuslaual   standardne   tüvikoonus,   mida   tihendati   kahes   kihis,   kumbki   10 sorkimisega standardse vardaga. Pärast koonuse tihendamist eemaldati vorm. Segu töödeldavus määrati pärast 10, 20 ja 30 lööki. Mõõtsirkliga mõõdeti mördikoonuse laialivalgumine raputuslaual. Tulemus arvutati kahe mõõtmise keskmisena 1 mm täpsusega. - Lisaseeria   koosnes   kolmest   katsest,   mis   erinesid   omavahel   segusse   viidava plastifikaatori hulga ning segu vesi-tsementteguri poolest. Katsetsel kasutatavate betoonisegude retseptid ja töödeldavused on esitatud tabelis (vt Tabel 1). Tabel 1. Betoonisegude retseptid ja töödeldavused Prk. Segu koostis Segu laialivalgumine,


nr. [mm] Liiv [g] Tsement Plastifikaator Vesi  [g] W=T/V [%] [g] W=V/T [g] 10 lööki 20 lööki 30 lööki 17 1500 500 1.82 0.0 0.0 0.55 275 130 156 174 22 0,0* 0.0 118 126 131 20 0.5 2.5 146 179 209 18 1.0 5.0 197 254 289 19 2.0 10.0 129 164 200 21 2,0** 5.0 178 198 213 23 1.87 0.5 2.5 0.53 265 131 - - 24 2.17 1.0 5.0 0.46 230 138 169 188 25 2.38 2.0 10.0 0.42 210 125 148 170 * - vee asemel kasutati auto talvist (-20°C) aknapesuvahendit lahjendatult veega suhtega 1:1 ** - lisandina kasutati nõudepesuvahendit "Fairy" Proovikehad valmistati 11. veebruaril 2022. Katsetel kasutati proovikehi 40 x 40 x160 mm. Esmalt vormid õlitati ning seejärel täideti määritud vormid seguga poole kõrguseni, misjärel tihendati vormid standardsel vibrolaual 3-5 sekundi jooksul ning jätkati vormide täitmist   kuniks   need   olid   täielikult   täidetud.   Seejärel   vibreeriti   proovikehi   veel   3-5 sekundi jooksul. Tihendatud   proovikehadelt   eemaldati   liigne   segu   ning   proovikehade   vaba   pind   siluti pahtlilabidaga. Iga vorm proovikehadega varustati lipikuga, mis võimaldas proovikehi identifitseerida.   Valmis   proovikehad   vormides   kaeti   hoolikalt   kaantega   ning   jäeti


töölauale kivistuma. 1 ööpäeva möödudes rakestati proovikehad lahti, markeeriti ning paigutati lõplikuks kivistumiseks vette. Pärast 28-päevast kivistumist, 11. märtsil 2022 olid proovikehad valmis katsetamiseks. Enne   katsetamist   valiti   survepinnad   ja   lihviti   kõik   ebatasasused.   Seejärel   mõõdeti proovikehad nihkkaliibriga ja kaaluti ning katsetati paindele ja survele. 4. TULEMUSED Katsetulemused on esitatud tabelis (vt Tabel 2). Tabel 2. Katsetulemused Prk nr Jrk nr Proovikeha mõõtmed [mm] Prk mass [g] Tihedus [kg/m3] Purustav jõud [kN] Surve- tugevus [N/mm2] Painde-
tugevus [N/mm2] Seeria
surve- tugevus [N/mm2] Seeria painde- tugevus [N/mm2] Õhus Vees Paindel Survel Pikkus Laius Kõrgus 17 1 160 40 40 572.2 314.6 2221 3.9 71.5 44.7 9.1 45.9 9.0 2 160 40 40 566.2 310.4 2213 3.7 72.5 45.3 8.7 3 160 40 40 570.2 314 2226 3.9 76.5 47.8 9.1 18 1 160 40 40 583.8 325.6 2261 4.3 92.0 57.5 10.1 54.9 10.2 2 160 40 40 563.6 314 2258 4.1 81.5 50.9 9.6


3 160 40 40 578.4 322.6 2261 4.6 90.0 56.3 10.8 19 1 160 40 40 592.2 335 2302 4.2 70.0 43.8 9.8 46.9 10.4 2 160 40 40 588.6 334.8 2319 4.5 76.5 47.8 10.5 3 160 40 40 596 337.4 2305 4.6 78.5 49.1 10.8 20 1 160 40 40 559.2 305 2200 3.45 72.0 45.0 8.1 38.1 8.3 2 160 40 40 553.2 300 2185 3.5 55.0 34.4 8.2 3 160 40 40 555.4 300 2175 3.65 56.0 35.0 8.6 21 1 160 40 40 484.6 225 1867 2.2 21.5 13.4 5.2 14.1 4.8 2 160 40 40 464 214.4 1859 2 22.5 14.1 4.7 3 160 40 40 472.4 219.0 1864 2 23.5 14.7 4.7 22 1 160 40 40 542 283 2093 2.5 28.5 17.8 5.9 16.6 6.1 2 160 40 40 522.4 271 2078 2.6 28.5 17.8 6.1 3 160 40 40 524.2 268 2046 2.7 22.5 14.1 6.3 23 1 160 40 40 561.8 303.8 2178 3.7 76.5 47.8 8.7 47.5 8.8 2 160 40 40 559.4 302.2 2175 3.7 76.5 47.8 8.7 3 160 40 40 568.8 307.5 2177 3.9 75.0 46.9 9.1 24 1 160 40 40 573.6 311.6 2189 4.1 82.5 51.6 9.6 51.7 9.1


2 160 40 40 556.4 302.8 2194 3.5 83.0 51.9 8.2 3 160 40 40 562.2 305.2 2188 4 82.5 51.6 9.4 25 1 160 40 40 581 320.4 2229 3.9 90.0 56.3 9.1 55.7 9.3 2 160 40 40 572.6 315.8 2230 3.8 85.5 53.4 8.9 3 160 40 40 572.4 315.4 2227 4.2 92.0 57.5 9.8 Graafik 1. Betoonisegu töödeldavuse muutus sõltuvalt lisandi sisaldusest ja löökide arvust raputuslaual


0.0 0.0* 0.5 1.0 2.0 2.0** 0.5 1.0 2.0 0 50 100 150 200 250 300 350 130 118 146 197 129 178 131 138 125 156 126 179 254 164 198 0.5; 0 169 148 174 131 209 289 200 213 0.5; 0 188 170 Betoonisegu töödeldavuse muutus sõltuvalt lisandi sisaldusest ja löökide arvust raputuslaual 10 
lööki
20 
lööki Plastifikaatori sisaldus, % * - vee asemel kasutati auto talvist (-20°C) aknapesuvahendit lahjendatult veega suhtega 1:1 ** - lisandina kasutati nõudepesuvahendit "Fairy" S e g u  l a ia li v a lg u m in e ,  m m Graafik 2. Kivistunud betooni paindetugevuse sõltuvus vesi-tsementtegurist


0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.53 0.46 0.42 0 2 4 6 8 10 12 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 9 6.1 8.3 10.2 10.4 4.8 8.8 9.1 9.3 0.0 0.0 0.5 1.0 2.0 2.0 0.5 1.0 2.0 Kivistunud betooni paindetugevuse sõltuvus vesitsementtegurist Vesi-tsementtegur P a in d e tu g e v u s,  N /m m 2 P la s ti fi k a a to ri  s is a ld u s ,  % *  -  v e e  a s e m e l  k a s u ta ti  a u to  t a lv is t  (- 2 0 °C )  a k n a p e s u v a h e n d it  l a h je n d a tu lt  v e e g a  s u h te g a  1 :1 **  -  l is a n d in a  k a s u ta ti  n õ u d e p e s u v a h e n d it  " F a ir y " Graafik 3. Kivistunud betooni survetugevuse sõltuvus vesi-tsementtegurist


0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.53 0.46 0.42 0 10 20 30 40 50 60 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 45.9 16.6 38.1 54.9 46.9 14.1 47.5 51.7 55.7 0.0 0.0 0.5 1.0 2.0 2.0 0.5 1.0 2.0 Kivistunud betooni survetugevuse sõltuvus vesi-tsementtegurist Vesi-tsementtegur S u rv e tu g e v u s,  N /m m 2 P la s ti fi k a a to ri  s is a ld u s ,  % *  -  v e e  a s e m e l  k a s u ta ti  a u to  t a lv is t  (- 2 0 °C )  a k n a p e s u v a h e n d it  l a h je n d a tu lt  v e e g a  s u h te g a  1 :1 **  -  l is a n d in a  k a s u ta ti  n õ u d e p e s u v a h e n d it  " F a ir y " Graafik 4. Kivistunud betooni survetugevuse sõltuvus tsement-vesitegurist


1.82 1.82 1.82 1.82 1.82 1.82 1.87 2.17 2.38 0 10 20 30 40 50 60 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 45.9 16.6 38.1 54.9 46.9 14.1 47.5 51.7 55.7 0.0 0.0 0.5 1.0 2.0 2.0 0.5 1.0 2.0 Kivistunud betooni survetugevuse sõltuvus tsement-vesitegurist Tsement-vesitegur S u rv e tu g e v u s,  N /m m 2 P la s ti fi k a a to ri  s is a ld u s ,  % *  -  v e e  a s e m e l  k a s u ta ti  a u to  t a lv is t  (- 2 0 °C )  a k n a p e s u v a h e n d it  l a h je n d a tu lt  v e e g a  s u h te g a  1 :1 **  -  l is a n d in a  k a s u ta ti  n õ u d e p e s u v a h e n d it  " F a ir y "


5. JÄRELDUSED Betoonisegus   kasutati   lisandit   Sem®Flow   KP,   mis   on   polükarboksülaadibaasiline superplastifikaator,   mis   vähendab   oluliselt   veevajadust   ja   millel   on   väga   suur plastifitseeriv toime. Esimesest graafikust (Graafik 1. Betoonisegu töödeldavuse muutus sõltuvalt lisandi sisaldusest ja löökide arvust raputuslaual) on näha, et kui veevajadust vähendava plastifikaatori lisamisel ei muudeta vee ega tsemendi sisaldust, siis suureneb betoonisegu töödeldavus. Seda tulemust kinnitab ka Cornell’i ülikoolis läbiviidud katse. [2] Saadud tulemustes on erandiks vaid proovikehad, mille plastifikaatori sisaldus on 2,0%. Teoreetiliselt see nii ei tohiks olla. Lisaks   on   esimesest   graafikust   näha,   et   kui   lisatakse   veevajadust   vähendavat plastifikaatorit   ning   lisaks   vähendatakse   ka   veesisaldust   ilma   tsemendisisalduse vähendamiseta,   väheneb   betoonisegu   vee/tsemendi   suhe.   Selle   tulemusena   saadakse betoonisegu, mis on väiksema töödeldavusega, sest veesisaldus segus on vähenenud ning suurenenud on tsemendi ja liiva vaheline side, mistõttu segu laialivalgumine väheneb.


Ootuspäraselt on nii teisest kui ka kolmandast graafikust (Graafik 2. Kivistunud betooni paindetugevuse   sõltuvus   vesi-tsementtegurist;   Graafik   3.   Kivistunud   betooni survetugevuse sõltuvus vesi-tsementtegurist) näha, et proovikehaded, mille betoonisegus kasutati   lisandina   nõudepesuvahendit   „Fairy“,   on   kõige   väiksema   painde-   ja survetugevusega.   Tulemustest   võib   järeldada,   et   nõudepesuvahendi   lisamine   tekitas betoonisegusse   õhumulle   ning   seeläbi   suurenes   betoonisegu   poorsus.   Seega   võib nõudepesuvahendit   pidada   tõhusaks   õhkukaasavaks   aineks.   Iga   lisaprotsent   õhku betoonisegus vähendab aga betooni tugevust. Samasugust mõju (betooni survetugevuse vähenemine) nõudepesuvahendi lisamisel betoonisegule on täheldatud ka Brasiilias Ouro Preto ülikoolis läbi viidud uurimuse põhjal. [ CITATION Don17 \l 1061 ] Tähelepanuta ei saa jätta ka asjaolu, et auto talvise (-20°C) aknapesuvahendi kasutamine lahjendatult   veega   suhtega   1:1   vähendab   samuti   märkimisväärselt   betooni   painde-   ja survetugevust. Survetugevus on vähenenud enam kui 60%. Kolmandast   graafikust   (Graafik   3.   Kivistunud   betooni   survetugevuse   sõltuvus   vesi- tsementtegurist)  on näha, et  kui lisatakse veevajadust  vähendavat plastifikaatorit  ning lisaks vähendatakse ka veesisaldust ilma tsemendisisalduse vähendamiseta (väiksem vesi- tsementegur), siis on tulemuseks kõrgem betooni kvaliteet ning suurem survetugevus. Sama seost on täheldatud ka Cornell’i ülikoolis läbiviidud katsete põhjal.  [ CITATION Hov98 \l 1061 ] Sarnast tulemust võib üldjoontes täheldada ka paindetugevuse seisukohast (Graafik 2. Kivistunud   betooni   paindetugevuse   sõltuvus   vesi-tsementtegurist),   kuigi   päris   kõik katsetulemused   seda   just   ei   tõestanud.   Näiteks   saavutasid   proovikehad   vesi-tsement teguriga 0.55, kus plastifikaatori sisaldus oli 1.0% ja 2.0% suurema paindetugevuse, kui


betoonisegu   vesi-tsementteguriga   0.46   ja   plastifikaatori   sisaldusega   1.0%   ning betoonisegu vesi-tsementteguriga 0.42 ja plastifikaatori sisaldusega 2.0%.


6. KASUTATUD KIRJANDUS  CITATION Don17 \l 1061 : , [1], 
 CITATION Hov98 \l 1061 : , [2],  [1]  J. Castro Mendes, T. Kuster Moro, A. S. Figueiredo, K. Defáveri do Carmo Silva, G. Cordeiro   Silva,   G.   J.   Brigolini   Silva   ja   R.   A.   Fiorotti   Peixoto,   „Mechanical, rheological   and   morphological   analysis   of   cement-based   composites   with   a   new LAS-based   air   entraining   agent,“   21   aprill   2017.   [Võrgumaterjal].   Available: https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/S0950061814012288? token=8B6B3BFDDB8BF3F1045D90A7BF79A92C67AC6812E1B9C5D2D095850 F8FD66DE8346957E4E98460327892F2EBCC678D40&originRegion=eu-west- 1&originCreation=20220408141611. [Kasutatud 2022 aprill 8]. [2]  K. C. Hover, „Concrete mixture proportioning with water-reducing admixtures to enhance durability: A quantitative model,“ 1998. [Võrgumaterjal]. Available: https:// www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095894659800002X. [Kasutatud 8 aprill 2022].

Document Outline

• 1. 3. May 2022Töö eesmärk
• 2. Kasutatud vahendid
• 3. Töö kirjeldus
  • 3.1. Materjalide ettevalmistus
  • 3.2. Töö käik
• 4. Tulemused
• 5. Järeldused
• 6. Kasutatud kirjandus