Betono su gumos atliekų priedu tyrimai

2018 m. rugsėjo 28 d.

Audrius Grinys ir Gintautas Skripkiūnas

Kasmet pasaulyje susikaupia gausybė naudotų padangų, kurios natūralioje gamtinėje aplinkoje praktiškai neyra. Vien JAV per metus susidaro apie 275 mln. padangų, Europos Sąjungoje – apie 180 milijonų. Šią statistiką galima sušvelninti, pasitelkiant panaudotas padangas betono gamyboje.

Padangų, tapusių atliekomis, tolesnis tvarkymas sukelia problemų visame pasaulyje. Todėl susmulkintų gumos atliekų pritaikymas betonui šiuo metu kelia vis didesnį susidomėjimą. Susmulkintos gumos atliekas galima naudoti specialios paskirties betoninių konstrukcijų gamybai. Betono mišinyje dalį smėlio pakeitus smulkiu gumos užpildu, pagaminamas deformatyvesnis betonas nei įprastas, o, svarbiausia, už kelių ir tiltų gelžbetoniniams elementams gaminti naudojamą betoną atsparesnis šalčiui bei ledą tirpdančių druskų poveikiui.

Susmulkintos gumos priedu betono mišinyje gali būti keičiamas ne tik smulkusis užpildas smėlis (susmulkintos gumos atliekų dalelių dydis iki 4 mm), bet ir stambusis užpildas (susmulkintos gumos atliekų dalelių dydis gali siekti iki 12,5 mm). Keičiant stambųjį užpildą, didelę reikšmę turi gumos rūšis. Gumos atliekos, gautos susmulkinus sunkvežimių padangas, yra standesnės ir kietesnės nei lengvųjų automobilių padangų gumos atliekos. Todėl susidaro stipresnė stambaus užpildo atmaina.

Nustatyta, kad, pakeitus užpildus susmulkintomis gumos atliekomis, blogėja betono mechaninės savybės. O, pakeitus stambųjį užpildą gumos atliekomis, mechaninių savybių sumažėjimas didesnis nei naudojant gumos atliekas vietoje smulkiojo užpildo.

Betono su gumos priedais tamprumo modulio dėsningumai

Svarbiausia betono deformatyvinė charakteristika yra jo tamprumo modulis. Tai įtempių santykis su deformacija, kuri pasiekiama esant tam tikriems įtempiams. Betono tamprumo modulis paprastai siejamas su betono stiprumu gniuždant. Nagrinėjant užpildų įtaką betono tamprumo moduliui, paprastai naudojamos analitinės priklausomybės tarp betono tamprumo modulio ir skiedinio bei stambiojo užpildo tamprumo modulio ir jų kiekio betone, gautos modeliuojant betoną kaip kompozicinę medžiagą, sudarytą iš deformatyvios matricos – skiedinio – ir joje esančių standžių intarpų – stambiųjų užpildų. Naudojant gumos atliekas betono gamybai, tamprumo modulis būna mažesnis ir tuo mažesnis, kuo daugiau gumos priedo dedama į betoną. Atliktuose eksperimentuose buvo parinkti betonai su vienodu gniuždymo stipriu. Nustatyta, kad tamprumo modulis, į betoną įdėjus nedidelį kiekį gumos priedo, esant tam pačiam gniuždymo stipriui, – sumažėja 11 % kontrolinio betono atžvilgiu. Taip pat nustatyta, kad vienodo gniuždymo stiprio betonų be gumos priedo vidutinis tamprumo modulis siekia 33,2 GPa, o betonų su gumos iki 1 mm dydžio gumos priedu – 29,6 GPa. Tyrimai taip pat parodė, kad gumos priedas sumažina betono tamprumo modulį ir padidina tokio betono deformatyvumo rodiklius.

Tinko skiedinio su gumos priedais akustinės ir termoizoliacinės savybės

Tinko skiedinio su gumos priedu (30 % smulkiojo užpildo) bei be gumos priedo akustinės savybės buvo nustatytos pagal standartines metodikas, aidėjimo kameroje naudojant 4 m2 pločio bandinius. Akustinėje kameroje buvo išmatuota bandinių aidėjimo trukmė.

Pagrindinė tinko skiedinio bandinių akustinė savybė – garso sugerties koeficientas. Šis koeficientas naudojamas, siekiant nustatyti, kaip gerai (ar blogai) tam tikra medžiaga sugeria garso energiją. Tobulai garso bangas sugeriančios medžiagos garso sugerties koeficientas α = 1, tobulai jas išsklaidančios ir praleidžiančios medžiagos garso sugerties koeficientas α = 0.

Tinko skiedinio bandinių garso sugerties koeficientas yra mažas. Kai gumos priedas sudaro 30 % suminio užpildų kiekio tinko mišiniuose, nežymiai pasikeičia sukietėjusio tinko skiedinio garso sugerties koeficientas (vidutiniškai padidėja 0,05).

Taip pat atlikti tinko bandinių poringumo parametrai. Nustatyta, kad tinko bandinių su gumos priedu poringumo parametrai keitėsi, lyginant su kontroliniu tinko skiediniu: tinko skiedinio su gumos priedu bendras poringumas padidėja, o atviras (kapiliarinis) poringumas sumažėja. Kadangi atviras medžiagų poringumas akivaizdžiai pagerina lygiavertį sugerties plotą bei garso sugerties koeficientą, tai atviro poringumo sumažėjimas tinko skiedinyje su gumos priedu ne taip efektyviai paveikia jo akustines savybes.

Uždaro poringumo padidėjimas tinko skiedinyje ir betone su gumos priedu gali būti paaiškinamas didesniu oro tokiuose tinko ar betono mišiniuose kiekiu ir uždarų oro porų, esančių pačiose gumos dalelėse, skaičiumi. Didesnis uždaras poringumas padidina tinko skiedinio ar betono atsparumą šalčiui. Pagal atsparumo šalčiui kriterijų Kš tinko skiedinio su gumos priedu jis yra 7–8 kartus didesnis nei kontrolinio tinko. Tai rodo didesnį tokio tinko skiedinio atsparumą šalčiui.

Nustatytos tinko skiedinio šilumos laidumo koeficiento λ reikšmės, sukuriant nusistovėjusį šilumos srautą per matuojamos medžiagos bandinį (reikšmės pateiktos pav.). Išsiaiškinta, kad kontrolinio tinko skiedinio šilumos laidumo koeficientas yra 0,737 W/m·K, o į tinko skiedinio suminius užpildus įdėjus 30 % 0/1 mm stambumo gumos priedo, šilumos laidumo koeficientas sumažėjo iki 0,549 W/m·K (25,5 %).

Sumažėjęs tinko skiedinio su gumos priedais šilumos laidumo koeficientas rodo pagerėjusias tokio konglomerato termoizoliacines savybes. Šie priedai, padidindami tinko skiedinio uždarą poringumą bei sumažindami skiedinio tankį, sudaro prielaidą mažesnėms šilumos laidumo koeficiento vertėms. Turėdami tinko skiedinių su gumos priedais geresnes akustines, termoizoliacines savybes bei geresnius poringumo parametrus, gana sėkmingai tokius tinko skiedinius galime panaudoti tiek pastatų viduje, tiek išorėje. Pritaikę tokį tinką pastatuose, turėsime geresnius atitvarų akustinius rodiklius ir didesnę atitvarų šiluminę varžą.

Betono su gumos priedu atsparumas šalčiui

Betono atsparumas šalčiui gali būti padidinamas naudojant lengvuosius poringuosius užpildus. Tokie užpildai padidina įtraukto oro kiekį, sudaro vadinamąsias „rezervines“ poras, dempferuoja betone susidarančius įtempius. Lengvai deformuojami betono užpildai padidina užšaldymo ir atšildymo proceso metu jame susidarančių įtempių relaksaciją, neutralizuoja struktūrinius betono įtempius, išsivysčiusius dėl sukietėjusios cementinės tešlos ir stambiųjų užpildų fizikinių bei mechaninių savybių skirtumų, ypač dėl cementinio akmens, užpildų ir betoną prisotinusio tirpalo temperatūrinių ir drėgminių deformacijų pobūdžio neatitikimo. Šie vidiniai įtempiai kartu su išorinėmis jėgomis skatina mikroplyšių susidarymą betone.

Atlikti betono tyrimai su fr. 0/0,5mm, fr. 0/1mm, fr. 0/3mm gumos priedais ir be gumos priedo, buvo nustatomas atsparumas šalčiui pagal LST L 1428.17 standartą vadinamuoju „pagreitintu“ metodu. Atlikus 610 užšaldymo bei atšildymo 5 % druskos NaCl tirpale ciklų, vizualiai apžiūrėti bandiniai. Bandiniuose su gumos priedais jokių irimo požymių nepastebėta, o bandiniuose be gumos priedų pastebėtas betono kubelių kampuose išsivystęs plyšių tinklas, kuris rodo betono irimo pradžią.

Apibendrinant galima teigti, kad utilizuojant naudotas padangas tikslinga jas mechaniškai smulkinti ir frakcionuoti gaminant betonui tinkamą gumos priedą, kurio maksimalus dalelių dydis nuo 0,5 iki 3 mm, bei dalį smulkiojo betono užpildo keisti šiuo priedu. Į betoną ar skiedinį įdėjus gumos priedo mišinio, klojumo sumažėjimas gali būti aiškinamas sudėtingesne gumos dalelių paviršiaus tekstūra, didesniu savituoju paviršiumi nei keičiamo smulkiojo užpildo (smėlio).

Betone esantis 1 % (betono tūrio) gumos priedo gniuždymo stiprį vidutiniškai sumažina 4 %, lenkimo stiprį – 2,4 %, tempimo stiprį skeliant – 0,9 %. Betono su gumos priedais stiprumo pokytis gali būti prognozuojamas gautomis eksponentinėmis lygtimis. Betono tempimo stiprio sumažėjimas mažesnis dėl gero gumos priedo sukibimo su cementine matrica.Taip pat betono su gumos priedais tamprumo modulis mažėja tiesiškai, didėjant gumos priedo kiekiui.

Taigi gumos atliekų priedas gali būti naudojamas, norint pagerinti betono termoizoliacines ir akustines savybes bei padidinti jo atsparumą šalčiui.

/img/banners/VELUX_FRW_Enduser_Ad_half_web_baner_340x600_LT.JPG
Būk pirmas!