Badania odporności ogniowej betonu lekkiego z kruszywem pollytag

Badania odporności ogniowej betonu lekkiego z kruszywem pollytag

POLLYTAG S.A.
80-556 GDAŃSK, ul. WIELOPOLE 6,
Laboratorium Kontroli Jakości: tel.(058) 347-48-02 w.23, fax (058) 343-11-29,
Dział Handlowy: tel/fax (058) 343-14-01, tel. (058) 342-14-98
http: www.pollytag.com.pl , e-mail: [email protected] , [email protected]
Badania odporności ogniowej betonu lekkiego
z kruszywem pollytag
1.
CERTYFIKAT ZGODNOŚCI
NR 1488-CPD-0013
CERTYFIKAT ZGODNOŚCI
NR 1488-CPD-0011
Gdańsk, 2007-02-15
OGÓLNIE O KRUSZYWIE POLLYTAG
Technologia wytwarzania kruszywa lekkiego Lytag pozwala nam na otrzymanie produktu, który
mógł sprostać wszystkim wymaganiom nowoczesnych systemów konstrukcyjnych, eliminując
jednocześnie główną wadę betonu – jego duŜy cięŜar.
Podstawowym surowcem jest popiół lotny, uboczny produkt powstający w procesie spalania
węgla kamiennego w elektrowniach i elektrociepłowniach.
Lekkie kruszywo popiołoporytowe Pollytag ( the lightweight aggregate) powstaje przez
granulowanie i spiekanie popiołu lotnego w temperaturze 1000-1350 °C. Kruszywo Pollytag
odznacza się duŜą lekkością, Ŝaroodpornością i wytrzymałością na ściskanie, co pozwala na
uzyskanie betonów lekkich o wysokiej ognioodporności i wytrzymałości przekraczającej
60
N/mm2 , przy jednoczesnej redukcji cięŜaru o 25% w stosunku do betonu zwykłego.
Dotychczas na rynku krajowym w większej części stosowano kruszywo Pollytag do prefabrykacji
materiałów budowlanych niŜ do betonu konstrukcyjnego. Jest to wynikiem barier i ograniczeń w
zakresie szerszego wykorzystania kruszyw sztucznych takich jak:
– poziom cen kruszyw naturalnych, nie uwzględniających degradacji środowiska
– rutyna i przyzwyczajenia projektantów
– brak konsekwentnej polityki ekologicznej, dotyczącej wykorzystania odpadów i kruszyw sztucznych, w
połączeniu z ochroną zasobów surowców naturalnych
Właściwości kruszywa pollytag:
Gęstość nasypowa w stanie luźnym 710 kg/m3 + 15%
Gęstość nasypowa w stanie utrzęs. 780 kg/m3 + 15%
Wytrzymałość ziaren na ściskanie do 12 MPa
Porowatość ziaren kruszywa ca. 40%
Nasiąkliwość po 30 min do 16%
Nasiąkliwość po 24 godz. do 20%
Mrozoodporność pełna
śaroodporność pełna
Punkt mięknięcia 1250 oC, topnienia 1350 oC, płynięcia 1400 oC
Strata praŜenia do 4%
Brak reaktywności alkaicznej
Pollytag spełnia wymagania zawarte w PN-EN 13055-1:2003 i posiada aktualnie:
- Certyfikat Zakładowej Kontroli Produkcji 1488-CPD-0011
- Certyfikat Zgodności WE 1488-CPD-0013 – Popiół lotny do betonu
- Certyfikat na znak ekologiczny EKO-ITB 001/E
- Aprobata Techniczna IBDiM Nr AT/2003-04-0321 (inŜynieria komunikacyjna)
- Aprobata Techniczna IBDiM Nr AT/2003-04-0417 (betony mostowe)
2.
OGNIOODPORNOŚĆ BETONU LEKKIEGO Z KRUSZYWEM POLLYTAG
Warunkiem zapewnienia skutecznej ognioodporności elementów betonowych jest
zabezpieczenie zbrojenia i ściągów, oraz utrzymanie powierzchni przekroju poprzecznego.
Dzięki swemu stosunkowo małemu współczynnikowi rozszerzalności cieplnej pollytagobeton
rzadko się łuszczy.
Korzyści wynikające z połączenia niŜszego współczynnika rozszerzalności cieplnej oraz
niŜszego przewodzenia ciepła pollytagobetonu w stosunku do betonu konwencjonalnego,
mogą być wykorzystane w systemach ognioochronnych budynków, tuneli lub lotnisk.
Lokalne rozszerzanie przy działaniu wysokiej temperatury , gdy jest ograniczane przez
otaczający chłodny beton, jest niŜsze przy zastosowaniu lekkiego betonu z kruszywem
pollytag. W połączeniu z niŜszym modułem spręŜystości pollytagobetonu uzyskujemy niŜsze
napręŜenia niŜ w przypadku betonu konwencjonalnego.
W przypadku poŜaru pollytagobeton obniŜa wzrost temperatury stali zbrojeniowej.
Szwajcarskie firmy wykorzystują nasze kruszywo w opatentowanej technologii LYFOR ® do
produkcji mieszanki betonowej o wysokiej ognioodporności stawianej przez RWS
specifications. LYFOR® w uzupełnieniu swojej przydatności w ochronie przeciwogniowej i w
minimalizowaniu uszkodzeń strukturalnych, przyczynia się znacząco do bezpieczeństwa
przegród budowlanych dzięki wysokiej wytrzymałości strukturalnej.
W celu udokumentowania wysokiej odporności ogniowej, której wymaga się szczególnie przy
budowie tuneli w Szwajcarii przeprowadzono badania płyt z betonu LYFOR®
3.
Skład mieszanki betonu lekkiego i wyniki badań
Badania betonu zostały wykonane w WyŜszej Szkole Techniki i Architektury w Lucernie.
Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie i gęstości objętościowej wykonano na próbkach
walcowych (ø200 mm h 190 mm) wg normy SIA 162/1. Z uwagi na wytrzymałość jaką
uzyskał pollytagobeton powyŜszą partię betonu sklasyfikowano jako LB 40 (LC40/44)
o klasie gęstości D 1,8 (tablica 1).
Badanie zachowania się betonu pod wpływem zmian „mróz-odwilŜ” przeprowadzono na
trzech próbkach o wym. 15x15x15 cm wg normy SIA 161/1 nr 9.
W czasie przeprowadzania badania ustala się ilość ubytków powierzchni betonu
spowodowanych pewną ilością cykli zamraŜania rozmraŜania przy równoczesnym podawaniu
na tę powierzchnię 3% roztworu soli do topnienia śniegu /lodu.
Sucha masa tych ubytków po 30 cyklach słuŜy jako miara odporności betonu na sól.
Wyniki badania ilości ubytków ∆m30=48 g/m2 wykazują wysoką odporność na sól, gdzie
stosownie do normy SIA 162/1-nr 9 odporność betonu na sól ocenia się następująco:
Wysoka odporność betonu na sól ∆m30<600 g/m2
Głęboka odporność betonu na sól ∆m30>3800 g/m2
Tablica 1. Składniki przypadające na 1m3 mieszanki betonowej oraz wyniki badań
CEM III/B 42,5 HS/LH:
400
kg
Pollytag 0-12 mm
969
kg
Fortatech Fibre High Grade 190
2-4
kg
Sikament FF
4,8
kg
Wytrzymałość na ściskanie po 7 dniach
po 28 dniach
Próbki cylindryczne ø200 mm h 190 mm
21,4
46,2
Mpa
Mpa
Gęstość betonu po 7 dniach
1,70
kg/dm
3
Gęstość betonu po 28 dniach
1,65
kg/dm
3
Zachowanie betonu pod wpływem zmian
„mróz-odwilŜ” SIA 162/1 ( ∆m30)
48,0
g/m
1,2% m.c.
2
Mieszanka kruszywa pollytag 0-12 mm (rys.1) została dostarczona w dwóch frakcjach 0-4mm
i 4-12mm.
Tablica 2. Wyniki badań kruszywa pollytag
kg/m3
[%]
MPa
dry
loss
[%]
moisture
SiO2
Al2O3
Fel2O3
MgO
CaO
SO3
S
Cl-
4,5
-
0,43
0,2
0,002
strength
bulk density
on ignition
Pollytag 4-12
8,8
728
2,4
14,5%
52,8
24,3
7,5
3,2
Pollytag 0-4
-
845
2,6
16,5%
-
-
-
-
Rys.1 Krzywa przesiewu dla frakcji 0-12 mm
120
100
80
A
60
B
C
40
20
0
4.
Sieve(
mm)
0,063
0,125
0,25
0,5
1
2
4
6,3
8
10
12,5
16
A
0
2
7
10
15
25
40
55
65
75
95
100
100
B
0
0
0
0
0
10
20
35
45
55
70
85
100
C
0
3,0
5,3
6,8
8,3
11,4
24,7
41,0
57,0
72,1
93,8
99,9
100
Badania odporności ogniowej
Badania kruszywa pollytag
Badania charakterystycznych zmian fazowych kruszywa pollytag przeprowadzono na
Politechnice Gdańskiej a następnie w Instytucie Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach w
mikroskopie wysokotemperaturowym f-my Leitz, przy szybkości ogrzewania ok. 7 oC/min.
Badania wykonano na ziarnach oraz na próbkach formowanych o wym. 2x2x3 mm.
Kruszywo pollytag wyprodukowano z dodatkiem preparatu Glifos-C w ilości 0,7-1% w
stosunku do masy popiołu. Pozwoliło to na podwyŜszenie temperatury mięknięcia i topnienia
kruszywa o ok. 50 oC.
Tablica 3. Wyniki badań w mikroskopie wysokotemperaturowym
Fot.1 Badanie kruszywa pollytag
w mikroskopie
wysokotemperaturowym,
wykonane na ziarnach i próbkach
formowanych
Próbka
Określenie
Pollytag
Pollytag
Pollytag
Pollytag
Pollytag
6-12 mm
4-8 mm
2-5 mm
0,5-4 mm
0-4 mm
temperatury
Badania wykonane na ziarnach
Temp. mięknięcia
-
-
1270
1295
1270
Temp. max.
Rozszerzalności
1375
1385
1330
1340
1298
Temp. topnienia
1440
1455
1420
1355
1335
Badania wykonane na próbkach formowanych o wym. 2x2x3 mm
Temp. mięknięcia
1210
1210
1110
1195
1190
Temp. max.
rozszerzalności
1360
1350
1330
1290
1310
Temp. topnienia
1410
1440
1405
1365
1350
W Szwajcarii ziarna poszczególnych frakcji kruszywa umieszczano w piecu w temp. 1250,
1350, 1450 oC przez okres 1 godziny i poddano wizualnej kontroli.
Fot.2 Piec do badań kruszywa pollytag wg procedury szwajcarskiej.
Fot.3 Kruszywo pollytag po badaniu w piecu.
Badania kruszywa pollytag wykazały pełną przydatność do systemów ognioochronnych w
technologii LYFOR®.
Próby ogniowe betonu lekkiego.
Firmy Elementwerk Brun AG, Fortatech AG, i Memarco AG w sposób właściwy dla budowy
tunelu przeprowadziły na płytach ognioochronnych LYFOR®, badania w powiązaniu z
betonem konstrukcyjnym w warunkach zbliŜonych do rzeczywistych.
Stosownie do wysokich wymagań stawianych w budowie tuneli płyty LYFOR®, podano
obciąŜeniom ogniowym według krzywych w układzie czas-temperatura przyjętych przez ISO,
RABT i RWS, przy czym następnie dodatkowo, za kaŜdym razem w ciągu 4 godzin,
sprowadzano liniowo temperaturę do 800 oC.
Rys.2 Krzywe w układzie czas-temperatura stosowane do prób ogniowych
Próba ogniowa wg ISO-834
W badaniu tym zastosowano zmiany temperatury według krzywej, które podzielić moŜna na trzy fazy
1. od 0 do 120-tej minuty – wzrost temperatury wg znormalizowanej krzywej (ISO-834)
tj. Tmaks=1049 oC.
2. od 120 do 180-tej minuty - liniowy wzrost temperatury od 1049 oC do 1200 oC przez 50 minuy a
następnie przez 10 min stała temp. 1200 oC
3. od 180 do 320-tej minuty – liniowy spadek temperatury od 1200 oC do 800 oC
Próba ogniowa wg RABT
W badaniu tym zastosowano zmiany temperatury według krzywej, które podzielić moŜna na dwie fazy
1. od 0 do 120-tej minuty – wzrost temperatury wg znormalizowanej krzywej RABT
tj. Tmaks=1200 oC.
2. od 120 do 320-tej minuty – liniowy spadek temperatury od 1200 oC do 800 oC
Próba ogniowa wg RWS
W badaniu tym zastosowano zmiany temperatury według krzywej, które podzielić moŜna na dwie fazy
1. od 0 do 120-tej minuty – wzrost temperatury wg znormalizowanej krzywej RWS tj. Tmaks=1350 oC
po 60 minutach następnie liniowy spadek do 1200 oC przez kolejne 60 minut.
2. od 120 do 320-tej minuty – liniowy spadek temperatury od 1200 oC do 800 oC
Fot.4 Próba ogniowa osłon z betonu LYFOR®
Tablica 4. Zestawienie wyników prób ogniowych
Badanie wg wydłuŜonej Badanie wg wydłuŜonej Badanie wg wydłuŜonej
Krzywej ISO
Krzywej RABT
Krzywej RWS
Miejsce pomiaru
Nr
czujnika
Temp. C.
Nr
czujnika
Temp. C.
Nr
czujnika
Temp. C.
BL
1209
BL
1219
BL
1361
Za płytą
3
93
2
194
2
200
Za szczeliną w płycie Lyfor
1
133
1
165
1
144
4
89
3
127
3
147
2
123
4
119
4
116
5
30
5
39
5
29
6
39
6
42
7
25
7
36
8
28
8
30
Max. temperatura
W 1-szej warstwie zbrojenia
nad płytą
W 1-szej warstwie zbrojenia
nad szczeliną
W środku betonu kontr.
o
W środku betonu kontr.
Na zewn. powierzchni betonu kontr.
Na zewn. powierzchni betonu kontr.
6
33
o
Fot. 5 Struktura betonu lekkiego i konwencjonalnego po badaniach próby ogniowej
Rys..3 Badanie wg wydłuŜonej Krzywej RWS
o
W skutek bardzo szybkiego wzrostu temperatury w pierwszych minutach testu powstają na jeszcze
zimnej powierzchni betonu wysokie napręŜenia termiczne. W pierwszej fazie nagrzewania płyt
doprowadzają one do nieznacznego łuszczenia się matrycy cementowej na powierzchni betonu.
Takie uszkodzenia daje się jednak łatwo naprawić i wyprofilować.
®
Obok wysokiej odporności ogniowej płyty LYFOR naleŜy podkreślić bardzo dobrą izolacyjność
cieplną pollytagobetonu. Nawet po 6-godzinnym nagrzewaniu wg krzywej RWS temperatura
pierwszej warstwy zbrojenia wzrosła tylko do 147 oC.
®
Badania wykazały, Ŝe płyty ochronne wykonane z lekkiego betonu LYFOR
nadają się do
wykorzystania w budowie tuneli, poniewaŜ spełniają wysokie wymagania ochrony przeciw
poŜarowej.
Bogdan Kolaśny
POLLYTAG S.A.
Literatura:
„Właściwości Betonu”” – A.M. Neville
„ Lekki beton konstrukcyjny z kruszywem Lytag” – (Lytag Concret)
„ Wylewki Lytag pod posadzki I na dachy” – (Lytag Screeds)
„Sprawozdanie z badań – Beton LYFOR” Elementwerk Brun AG- 08.2003r
„Sprawozdanie z badań próby ogniowej według krzywej RWS” Versuchsstollen Hagerbach- 04.2000r
„Sprawozdanie z badań próby ogniowej według krzywej RWS” Versuchsstollen Hagerbach- 04.2000r
„Raport z badań- oznaczenie charakterystycznych temperatur w mikroskopie wysokotemperaturowym”
Instytut Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach