Lapszámok

Cementpépek folyási sebessége

A 2. ábra szerint az x=0,6 víz–cement tényezőjű, azaz Vpor/Vpép=34–36% szárazanyag-tartalmú pépek folyási sebessége v=5–9 cm3 /s közötti tartományban volt. Az ilyen folyási sebességű és x=0,45 víz–cement tényezőjű pépeknél (Vpor/Vpép=41–42,4% szárazanyag-tartalom) már gyakori volt a vérzés. Az x=0,35 értékénél (Vpor/Vpép=47,2– 48,6% szárazanyag-tartalom) az 5–6 cm3 /s folyási sebesség már csak egyes pépösszetételekkel volt elérhető.

2. ábra: Mozgékony pépek folyási sebessége és a betonkeverék ebből becsült viselkedése

A 3-4. ábrák a pépek folyási sebességét szemléltetik x=0,45 és x=0,35 értéknél, négy cementfajta, két különböző koncentrációban adagolt F1 és F2 folyósítószer felhasználása esetén.

Az x=0,45 víz–cement tényezőnél a négyféle cementfajtából csak a CEM I 42,5 R nem mutatott vérzést az F1 folyósítószer 0,4%-os adagolása mellett. A megnövelt folyósítószer-adagolással (0,6%) azonban már az összes cementpépnél vérzésnek mutatkozott (3-4. ábrák). Az F2 folyósítószerrel készített pépek folyási sebessége a legtöbb esetben kisebb volt, mint az F1 folyósítószerrel készített pépeké, és egyetlen esetben sem eredményezett vérzést (3-4. ábrák)

3. ábra: Cementpépek folyási sebessége és vérzési hajlama v/c=0,35; 0,45 és 0,4 m% F1 és F2 folyósítószer adagolása mellett

A három vizsgált CEM I cementfajta folyási sebessége nagyobb volt a CEM II/A-S cementhez képest az x=0,45 víz-cement tényező és a folyósítószerek (0,4% és 0,6%) adagolása mellett is.

A vérzésmentesen elért legnagyobb folyási sebességű pép (10,0 cm3 /s) a CEM I 52,5R cementfajtával és 0,6% F2 adalékszerrel készült.

A 3-4. ábrák alapján megállapítható, hogy az x=0,45 víz–cement tényező mellett mind a négy cementfajta alkalmassá tehető a kellően gyors folyásra, de a kétféle folyósítószerből azért célszerűbb az F2 alkalmazása, mert ezzel a vérzésmentesség nagy biztonsággal elérhető.

4. ábra: Cementpépek folyási sebessége és vérzési hajlama v/c=0,35; 0,45 és 0,6 m% (megnövelt) F1 és F2 folyósítószer adagolása mellett

A víz–cement tényező x=0,35 értékre való csökkentése erőteljesen lassította valamennyi pép folyási sebességét. A kisebb mértékű folyósítószer-adagolás (0,4% F2) a CEM II/A-S cementpép folyási sebességét a legkisebb mértékben csökkentette (a 3. ábra szerint 5,3 cm3 /s-ról 3,0 cm³/s-ra tehát kb. 45%-os a csökkenés).

A CEM I 42,5 R esetében volt legnagyobb mértékű a folyási sebesség csökkenése: az F1 folyósítószerrel 8,3 cm³/s-ról 1,4 cm³/s-ra, az F2 folyósítószer esetében pedig 7,1 cm³/sról 0,7 cm³/s-ra csökkent. Tehát a csökkenés mértéke kb. 83–90% (3. ábra).

A víz–cement tényező x=0,35 értéke és az F1 folyósítószer kisebb adagolása mellett a CEM I 52,5 R cementpépnél vérzés nem tapasztalható, de a folyási sebességek csökkenése miatt célszerűnek mutatkozott a folyósítószerek mennyiségének növelése.

A megnövekedett folyási sebességet a 4. ábra szemlélteti. A CEM I 52,5 R cement és az F1 esetében (5,9 cm³/s) már meg is haladta a jó bedolgozhatóság becsült alsó határértékét (5 cm³/s). A másik három cementfajtával készült pép a kis folyási sebesség ellenére is vérzést mutatott az „erősebbnek” tűnő F1 folyósítószerrel. Az F2 folyósítószer megnövelt adagolása mellett egyetlen esetben sem mutatkozott vérzés, de a folyási sebességek is kisebbek voltak (1,3–5,3 cm³/s a 4. ábrán).

A 3-4. ábra alapján az x=0,35 víz-cement tényező mellett leginkább a CEM I 52,5 R cement és az F1 folyósítószer bizonyult hatékonynak a folyási sebesség gyorsításához. A 4. ábra jelzi, hogy e folyósítószer adagolásának növelésével elérhető nagyobb folyási sebesség a másik három cementtípusnál már a pépek vérzéséhez vezetett.

A pépek terülési és folyási vizsgálatai viszonylag egyszerűen és gyorsan elvégezhetők. Ezek eredményei együttesen már jó támpontot nyújthatnak a csökkentett víz– cement tényezőjű (x≈0,35–0,45), mozgékony, vérzésmentes transzportbetonok pépfázis összetételének tervezéséhez. A pépek dinamikai viszkozitását is célszerű vizsgálni a betonösszetétel optimalizálásához a csökkentett víz–cement tényezőjű (x≈0,35–0,45) szivattyúzható, valamint a nagyobb tömörséget és „zöld állékonyságot” megcélzó pl. „Dry Cast Concrete” technológiáknál, továbbá a 3D nyomtatású betonok esetében.

Viszkozitás és v/c tényező

A cementpépek viszkozitásmérése (pl. Brookfield R/S reométerrel, 1. kép) összevetve a terüléssel és folyási sebességgel további információkat nyújthat egy adott feladathoz leginkább alkalmas cementfajta, illetve kiegészítőanyagok és folyósítószerek minőségi és mennyiségi jellemzőinek megválasztásához.

1. kép: Brookfield R/S reométer

Az 5. ábra szerint a pép szárazanyag-tartalmának növelésével, azaz a víz–cement tényező csökkenésével arányosan megnő a folyósítószermentes cementpépek viszkozitása a kis és a nagy nyírási sebességeknél egyaránt (50 s-1, ill. 1000 s-1).

Az 5. ábrán megfigyelhető, hogy a víz–cement tényező viszonylag széles tartományában (x=0,3–0,6) a viszkozitás legkisebb értéke a CEM I 42,5 N-SR0 és a CEM II/A-S 42,5 N jelű folyósítószermentes cementpépekre jellemző mind a nagy, mind pedig a kis nyírási sebességeknél (lásd kék és lila pontozott vonalakat az 5. ábrán). Ez a tendencia igen előnyös a transzportbetonoknál.

5. ábra: Folyósítószermentes cementpépek szárazanyagtartalma (v/c) és viszkozitása kis és nagy nyírási sebesség esetén

Az 5. ábrán szereplő cementfajtákból a CEM I 52,5R esetén figyelhető meg a viszkozitás legnagyobb mértékű növekedése; a legkisebb növekedést pedig a CEM I 42,5NSR0 és a CEM II/A-S 42,5N mutatta. A nagy nyírási sebességhez tartozó hatványfüggvények közel azonos meredeksége jelzi, hogy a folyósítószermentes pépek viszkozitása a cementfajtától függetlenül közel azonos mértékben változik a víz-cement tényező függvényében. Ezzel szemben a kis nyírási sebességhez tartozó viszkozitás jóval kisebb mértékben nő a CEM I 42,5 N-SR0 és CEM II/A-S 42,5 N cementek csökkenő víz–cement tényezőjű pépjeinél. A cementfajták közül a legnagyobb fajlagos felületű volt a CEM I 52,5 R, míg legkisebb a CEM II/A-S 42,5 N (lásd cikksorozat első részében az 1. táblázatot).

Tehát mind a kémiai-ásványi összetétel (pl. C3 A-tartalomtól való mentesség), mind pedig a cement fajlagos felülete jelentős hatással van a pép kis nyírási sebességhez tartozó viszkozitására. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a kisebb fajlagos felületű vagy a C3A-mentes cementfajtákkal készített mixerbetonok esetében az építéshelyszínre való szállítás során megengedhető a mixergépkocsi dobjának túlzottan kis fordulata. E. Wallevik vizsgálatai szerint [26] törvényszerű, hogy túl kis dobfordulat esetén a dobtöltet növekedésével hatványozottan csökken a betonterülés, mert kis nyírási sebességnél – bármely cementfajta esetében – megnő a cementpép, s ezáltal a betonkeverék folyási határfeszültsége.

Az előregyártásban szokásos „Dry Cast Concrete” technológiákhoz előnyösebb a CEM I 42,5 R és CEM I 52,5 R használata, mint a CEM I 42,5 N-SR0 és a CEM II/A-S 42,5 N. Mivel ilyen technológiáknál szokásos kis víz–cement tényezőnél (x≈0,35) szükséges 2. ábra: Mozgékony pépek folyási sebessége és a betonkeverék ebből becsült viselkedése „zöld állékonyság” nagyobb mértéke várható a cementpépen mért kis nyírási sebességhez tartozó nagyobb pépviszkozitás miatt. Előnyösebbnek tekintettük a kb. 1.800 mPa*s-ot, (lásd 5. ábrán az x=0,35-höz tartozó fölső görbesorban a sötétbarna négyzet és piros rombusz jelölést) mint a kb. 1.050 mPa*s-ot (lásd ugyanezen görbesorozatban a világoskék kör és lila háromszög jelölést).

6. ábra: Folyósítószeres cementpépek szárazanyag-tartalma (v/c) és viszkozitása kis és nagy nyírási sebesség esetén

A folyósítószerekkel vízcsökkentett cementpépek viszkozitását a szárazanyag-tartalom függvényében a 6. ábra szemlélteti.

Ez alapján a víz–cement tényező csökkenésével a folyósítószeres cementpépek viszkozitása mind a kis, mind a nagy nyírási sebességeknél (50 s-1, ill. 1000 s-1) növekszik, de a görbék meredeksége jóval kisebb, mint a folyósítószermentes pépeké.

A folyósítószermentes pépekhez hasonlóan ugyanaz a két cementfajta (CEM I 42,5 N-SR0 és a CEM II/A-S 42,5 N) mutatta a legkisebb mértékű viszkozitás-növekedést (a nagy és a kis nyírási sebességeknél egyaránt) a víz–cement tényező csökkenésének függvényében. Ugyanakkor ezek a cementek bizonyultak a vérzésre leginkább hajlamosnak (lásd fehér jelöléseket a 6. ábrán).

A Vpor/Vpép=41–48,6% szárazanyag-tartalmú, folyósítószerrel vízcsökkentett pépek (32 db) közül 11 esetében mutatkozott vérzés.

Azokra a cementpépekre jellemző a legkisebb vérzési hajlam, melyek viszkozitása a szárazanyagtartalommal nagyobb mértékben nő. (pl. CEM I 52,5 R).

Az 5-6. ábrák átlaggörbéiből (vastagított, szaggatott fekete vonalak) megfigyelhető az is, hogy a vizsgált folyósítószerek különösen hatékonyan csökkentik az x=0,45–0,35 víz– cement tényezőjű pépek viszkozitását a kis nyírási sebesség mellett; abszolút értéket tekintve 100%-ról kb. 40%-ra, ami a transzportbetonokhoz előnyös, a „Dry Cast Concrete” módszerekhez viszont hátrányos. A nagy nyírási sebesség mellett a viszkozitás kisebb mértékű csökkenése (abszolút értéket tekintve 100%-ról ~80%-ra) figyelhető meg.

A nagy nyírási sebességhez tartozó viszkozitások nagy szórást mutattak a folyósítószeres x=0,35 víz–cement tényezőjű pépeknél (ld. 6. ábra alsó görbeseregét). Ez azt jelzi, hogy – a nagy szórást mutató eredmények mellett is – van lehetőség a nagy szárazanyag-tartalmú pépek (Vpor/ Vpép≈50%, azaz x≈0,35) viszkozitásának hatékony csökkentésére.

Ilyen szempontból a transzportbetonokhoz általában kedvezőbb a CEM II/A-S 42,5 N fajta, mint a CEM I, mert a szárazanyag-tartalom növekedésével ennek nőtt legkevésbé a viszkozitása (lásd 6. ábra legalsó lila színű pontozott vonalát).

A „Dry Cast Concrete” technológiákhoz illeszkedő kétféle, vizsgált CEM I R fajtájú cementből akkor lehet előnyösebb a CEM I 42,5 R, ha a betonkeverék technológia-specifikus tömöríthetősége folyósítószert is igényel.

7. ábra: Folyósítószeres cementpépek viszkozitása és nyírási sebessége

A 7. ábra a cementpép szárazanyag-tartalmától függő dinamikai viszkozitás általános tendenciáit mutató 6. ábra adatait részletezi az F2 folyósítószer nagyobb adagolásánál (0,6%) a különböző nyírási sebességek esetén. A nagyobb méretű jelölők az x=0,45, a kisebbek az x=0,35 pépekre vonatkoznak.

A 7. ábrán látható, hogy x=0,35-nél a CEM I 42,5R kis/nagy nyírási sebességhez tartozó viszkozitása 115/588 mPa*s (piros színű kis rombusszal és adattal jelölve), ami az egyes „Dry Cast Concrete” technológiákkal gyártott betontermékek jobb vibrálhatóságát és nagyobb „zöld állékonyságát” eredményezheti pl. a CEM I 52,5R fajtához képest (lásd a 7. ábrán barna, kis négyzettel jelölt 169/392 mPa*s viszkozitási adatokat).

A 7. ábrán lila háromszöggel jelölt CEM II/A-S 42,5N cement a nagy nyírási sebességnél mind az x=0,35; mind pedig az x=0,45 víz-cement tényezőnél szinte azonos viszkozitást mutatott (58 és 59 mPa*s). A CEM II/A-S viszkozitása (59 mPa*s) nagy nyírási sebesség és x=0,35 esetén fele vagy még kisebb volt, mint a többi vizsgált cementpépé (lásd 7. ábra jobb oldalán a kis lila háromszög és az egyéb színű kis rombusz, kör és négyzet alakú jelölők értékeit alulról fölfelé haladva: 59, 115, 120 és 169 mPa*s).

E cementfajta tehát nemcsak a mixergépkocsikkal építéshelyszínre szállított frissbeton-tulajdonságok – csökkenő víz–cement tényező esetén csak kissé növekvő viszkozitás –, hanem pl. a szilárd beton kisebb kloridáteresztése miatt is kedvező.

Ezek a viszkozitásmérési tapasztalatok megegyeznek Opoczky Ludmilla és Gável Viktória következtetéseivel [27], miszerint azok a cementkiegészítő anyagok tekinthetők értékesebbnek, melyek a megközelítőleg azonos hidraulikus, ill. puccolános aktivitás mellett a legkisebb mértékben növelik (esetleg csökkentik) a cement vízigényét.

(ábrák, kép: a szerzők; a cikksorozatban az ábrák és szakirodalmi hivatkozások számozása folyamatos)

Következő számunkban folytatjuk.