Arató Péter, Karsainé Lukács Katalin, Malzseniczki József: Útépítési betonok teljesítőképessége CEM I 32,5N LH és CEM II/B-S 42,5N cement esetén (1)
305/2011 EU rendeletben egy szemléletváltozás figyelhető meg, amely az építmények minőségét (élettartamát és használhatóságát) a beépítésre kerülő anyagok teljesítménye, teljesítőképessége alapján határozza meg. A Duna-Dráva Cement Kft. ennek szellemében egy új, kis hőfejlesztésű és kis zsugorodási hajlamú cementfajtával bővítette terméklistáját. Ennek a cementnek a különleges tulajdonságai várhatón pozitív hatással lesznek a belőle készült építési termékek, szerkezetek, így az építmények minőségére és azok tartósságára. Ezzel pedig jobban illeszkedik az új szemléleti rendszerbe.
1. Bevezetés
A kutatási munka célja, hogy igazolni tudjuk a betonburkolatú utak építésénél jelenleg is használatos CEM II/B-S 42,5N típusú cementek CEM I 32,5N LH jelű cementtel való helyettesíthetőségét. A kutatási program tehát a betonok teljesítőképességét érintő főbb jellemzők vizsgálatára és összehasonlítására irányult. A vizsgálati eredményekből levont következtetések alapján el lehetett dönteni, hogy az újfajta cementből készült betonok tulajdonságai megfelelnek-e a követelményeknek és valóban jobb minőségű, nagyobb tartósságú szerkezetek építhetők-e használatukkal.
2. A tervezett betonösszetételek és a vizsgálati terv ismertetése
Betonburkolatú utak építésében jelenleg a kétrétegű (alsó és felső) burkolat építése az elterjedt Magyarországon. Mind két réteget vizsgáltuk mindkét cementfajtával (2.1. táblázat). A kutatás során vizsgáltuk a friss beton tulajdonságait, valamint a meg szilárdult beton szilárdsági jellemzőit, kopásállóságát, fagyállóságát és zsugorodását is.
3. A CEM I 32,5N LH és CEM II/B-S 42,5N jelű cementekből készült felső útburkolati réteg teljesítőképességének vizsgálata
A C1 jelű felső útburkolati réteg a 2.1. táblázatnak megfelelően a CEM II/B-S 42,5N jelű, míg a C2 keverék a CEM I 32,5N LH típusú cementtel készült.
A tervezettnek megfelelő frissbeton tulajdonságokat (roskadás, eltarthatóság, valamint levegőtartalom és testsűrűség) a megfelelő adalékszer adagolásokkal be tudtuk állítani. A frissbeton levegőtartalma és testsűrűsége mindkét keverék esetében kismértékben eltért a tervezettől. C1 keverék szilárd testsűrűsége 1,7%-kal nagyobb lett, mint C2 keverék testsűrűsége (3.1. táblázat), ami a szilárdsági tulajdonságokat is befolyásolta.
A CP 4,5/3,5 szilárdságú betonokra csak az e-UT 06.03.35 jelű előírásban vannak meghatározva a különböző szilárdsági követelmények, ezért a C1 és C2 keveréket eszerint ellenőriztük, nem pedig az általános burkolatokra készült e-UT 06.03.31 jelű előírás szerint.
A keverékek nyomószilárdságának változását 56 napos korig vegyesen tárolva és vízben tárolva is vizsgáltuk. A hajlítóhúzó és hasító-húzószilárdságot 28 napig követtük nyomon.
A végszilárdságban és a szilárdulási folyamatban tapasztalható markáns eltérés részben az eltérő testűrűségnek, döntő részben pedig a cementfajták közötti szilárdságkülönbségnek köszönhető (3.1. ábra).
A 3.2. ábra szerint mind a hajlítóhúzó mind pedig a hasító-húzószilárdság értékei megfelelnek az e-UT 06.03.35 előírás követelményeinek mindkét keverék esetében.
A kopásállóság vizsgálatát az MSZ 18290-1:1981 szabvány 6.2. és 6.3 pontja szerint száraz és vizes próbatesteken is elvégeztük. A felső útburkolati réteg kopásállósága leginkább az adalékanyagváztól és a testsűrűségtől függ. Az MSZ 4798-1:2004 szabvány NAD 4.1 táblázat szerint a felső útburkolati rétegnek körülbelül a XK2(H) osztályú koptatóhatásnak kellene megfelelnie. A vizsgálatokból kapott eredményeket végül az MSZ 4798-1:2004 szabvány NAD 5.4-es táblázatának értékei szerint soroltuk a megfelelő környezeti osztályba.
Száraz koptatásra mindkét keverék megfelelt az XK2(H) kitéti osztállyal szemben támasztott követelményeknek, míg nedves koptatásra mindkét keverék XK1(H) követelményértékeit tudta teljesíteni.
A zsugorodásvizsgálatnál minden gerendát 24 óráig zsaluban tartottunk. Ezután párazáró fóliával tekertük őket körbe. Mivel minden gerendát ugyanúgy utókezeltünk, ezért a kapott eredmények egymással összehasonlíthatók.
A C1 és C2 keverékek zsugorodási hajlamának vizsgálatát 120 napig végeztük. A 3.3. ábra szerint a C2 jelű keverék zsugorodása – amely a kis hőfejlesztésű, kis zsugorodási hajlamú CEM I 32,5N LH típusú cementből készült – csupán körülbelül 68%-a a C1 jelű keverék zsugorodásának (CEM II/B-S 42,5N). Tehát hosszváltozás szempontjából kedvezőbb eredményeket kaptunk a CEM I 32,5N LH cementből készült betonnal, mint a CEM II/B-S 42,5N cementből készült betonnal.
A C1 és C2 keverékek fagyállóságát kétféleképpen vizsgáltuk. Ellenőriztük a próbatestek fagyhámlását az MSZ CEN/TS 12390-9:2007 szabvány szerint, valamint meghatároztuk a próbatestek légbuborék jellemzőit (pl. távolsági tényező) az MSZ EN 480-11:2006 szabvány szerint.
A keverékek fagyhámlását csak XF4 kitéti osztályra ellenőriztük. Az eredményekből látható, hogy a fagyhámlás vizsgálatnak mind a C1, mind pedig a C2 keverék megfelelt. A két keverék eredményei között jelentős eltérés nem volt tapasztalható. A légbuborék jellemzők közvetve ugyan, de utalnak a keverékek fagyállósági képességére. A C1 és C2 keverékeket légbuborékképző szer hozzáadásával készítettük, ennek megfelelően a levegőtartalom megfelel a fagyálló betonoknál elvárt értéknek (3.4. ábra).
4. A CEM I 32,5N LH és CEM II/B-S 42,5N jelű cementekből készült alsó útburkolati réteg teljesítőképességének vizsgálata
A C3 jelű alsó útburkolati réteg a 2.1. táblázatnak megfelelően a CEM II/B-S 42,5N jelű, míg a C4 keverék a CEM I 32,5N LH típusú cementtel készült. A tervezettnek megfelelő frissbeton tulajdonságokat megfelelő adalékszer adagolásokkal ebben az esetben is sikerült beállítani.
A két keverék szilárd testsűrűsége közel azonos lett (4.1. táblázat). A keverékek nyomószilárdságának változását ebben az esetben is 56 napos korig vegyesen tárolva és vízben tárolva is vizsgáltuk. A hajlító-húzó és hasítóhúzószilárdságot 28 napig követtük nyomon.
A végszilárdságban és a szilárdulási folyamatban tapasztalható körülbelül 30%-os eltérés egyértelműen a cement - fajták közötti szilárdságkülönbségnek köszönhető (4.1. ábra).
A 4.2. ábra szerint mind a hajlítóhúzó mind pedig a hasító-húzószilárdság értékei megfelelnek az e-UT 06.03.31 előírás követelményeinek mindkét keverék esetében.
C3 és C4 keverékek zsugorodás vizsgálatát a 3. fejezetben ismertetett módon végeztük. A 4.3. ábra szerint itt is látható, hogy a C4 jelű keverék zsugorodása, amely a CEM I 32,5N LH típusú cementből készült, csupán körülbelül 70%-a a C3 jelű keverék zsugorodásának (CEM II/B-S 42,5N). Tehát hosszváltozás szempontjából ebben az esetben is kedvezőbb eredményeket kaptunk a CEM I 32,5N LH cementből készült betonnal, mint a CEM II/B-S 42,5N cementből készült betonnal.
A C3 és C4 betonkeverékeink fagy - állóságát is kétféle módon vizsgáltuk. A keverékek fagyhámlását itt is csak XF4 kitéti osztályra ellenőriztük. Az eredményekből látható, hogy a fagyhámlás vizsgálatnak mind C3, mind pedig C4 keverék megfelelt. A keverékeket légbuborékképző szer hozzáadásával készítettük, ennek megfelelően a levegőtartalom megfelel a fagyálló betonoknál elvárt értéknek (4.4. ábra).
5. A keverékek vizsgálataiból levonható következtetések
Fenti vizsgálatok eredményei alapján megállapítható, hogy a CEM I 32,5N LH jelű cementből készült felső útburkolati réteg fontosabb tulajdonságai megfelelnek a velük szemben támasztott MSZ 4798-1:2004 szabvány, az e-UT 06.03.31 és az e-UT 06.03.35 előírás szerinti követelményeknek.
A szilárdsági vizsgálatok eredményeiben látható a két cementfajta közötti szilárdság különbség. A kopásállóság és a fagyállóság vizsgálatai szerint mindkét cementfajtával készült keverék hasonló eredményeket hozott. Teljesítőképesség szempontjából a két cementfajta között tehát nincs számottevő különbség, mind - két keverék nagy biztonsággal tudta teljesíteni a szabványokban előírt követelményértékeket.
A teljesítőképességre utaló tulajdonságok közül a két cementfajta között a zsugorodás mértékében volt tapasztalható számottevő különbség. A kis hő - fejlesztésű, kis zsugorodási hajlamú CEM I 32,5N LH típusú cementből ké - szült C2 és C4 keverékeknek körülbelül 30%-kal kisebb 120 nap után a zsugorodása, mint a hasonló, de CEM II/B-S 42,5N cementből készült C1 és C3 keverékeknek.
6. Összefoglalás
A CEM I 32,5N LH cementből készült keverékek rendre alacsonyabb szilárd sági eredményeket produkáltak. Ez azonban tartóssági vagy teljesítőképességi problémát nem jelent, mert az elsősorban nem a nyomószilárdság függvénye. Gazdaságossági szempontból még előnyösebb is egy olyan cement használata, amely megfelel a szilárdsági követelményeknek, de kisebb tartalékkal.
A vizsgálatok eredményei alapján kimondható, hogy a CEM I 32,5N LH típusú cementből készült útépítési betonok egyéb, tartósságot befolyásoló tulajdonságai hasonlóak a CEM II/B-S 42,5N cementből készült betonok tulajdonságaihoz. Tehát a kutatás szerint a két cement egymással helyettesíthető.
A CEM I 32,5N LH cementből készült betonok zsugorodása körülbelül 30%-kal kisebb, mint a CEM II/B-S 42,5N típusú cementből készült betonoké. Ennek hatására várhatóan kevesebb vagy kisebb korai, felületi repedés fog megjelenni a betonburkolatokon. Ezzel hosszabb élettartam, nagyobb teljesítőképesség biztosítható (az új 305/2011/EU rendelet már a teljesítményt helyezi előtérbe).
Tehát olyan esetekben, ahol a szerkezet teljesítőképességét jelentősen befolyásolhatják a kezdeti zsugorodási repedések, azokon a helyeken kifejezetten ajánlott a CEM I 32,5N LH cement használata.
Felhasznált irodalom: Arató Péter - Dr. Karsainé Lukács Katalin: CEM I 32,5N LH jelű cementből készült út- és hídépítési betonok teljesítőképességének összehasonlítása CEM I 42,5N és CEM II/B-S 42,5N jelű cementből készült betonok teljesítőképességével. Kutatási jelentés. Budapest. 2015. május