Porovnanie bežných a alkalicky aktivovaných druhov betónu

Vlastnosti alkalicky aktivovaného a bežného betónu sa porovnávali na vzorkách – trámčekoch s rozmermi 200 × 300 × 3 000 mm. Realizovali sa ohybové skúšky a na doplnkových vzorkách aj základné skúšky pevnosti a lomových vlastností. Zároveň sa použila nedeštruktívna skúška pomocou akustickej emisie.

V súčasnosti sa v súvislosti s vývojom nových materiálov stále častejšie objavujú alkalicky aktivované betóny. Už mnoho rokov sa laboratórne testujú na malých vzorkách. Pred prípadnou aplikáciou v praxi však treba overiť vlastnosti týchto materiálov na väčších vzorkách a porovnať ich s doteraz používanými druhmi betónu.

Myšlienka vybetónovať väčšie dielce sa zrealizovala s pomocou firmy ŽPSV, a. s., a Katedry dopravného staviteľstva Dopravnej fakulty Jana Pernera Univerzity v Pardubiciach. Vybetónovalo sa päť trámov – jeden z  prostého samozhutniteľného betónu triedy C 40/50, druhý z rovnakého druhu betónu, ale s pridaním drôtikov Dramix. Na ostatné tri sa použil alkalicky aktivovaný samozhutniteľný troskový betón s pridaním drôtikov Dramix, z nich jeden obsahoval navyše oceľovú výstuž (4× R14 + strmene 14× R6). Na vzorkách sa realizovali ohybové skúšky a na doplnkových vzorkách základné skúšky pevnosti a lomových vlastností. Zároveň sa realizovala nedeštruktívna skúška pomocou akustickej emisie (počas tvrdnutia v priebehu 28 dní a pri zaťažovaní).

Alkalicky aktivované materiály
Betón patrí medzi významné a veľmi rozšírené stavebné materiály. Jeho celosvetová ročná spotreba je približne 8,8 miliardy ton. Toto množstvo sa vďaka rozvoju infraštruktúry v západných a predovšetkým v rozvojových krajinách bude aj naďalej zvyšovať. Tradičným spojivom bol až doteraz portlandský alebo zmesový cement, ktorého výroba má negatívny vplyv na životné prostredie. Toto univerzálne spojivo je pomerne lacné a rozšírené, ale má z environmentálneho hľadiska svoje nedostatky.

Preto sa v ostatnom období objavuje snaha vyrábať materiály, ktoré spĺňajú prísne požiadavky na čo najhospodárnejšiu produkciu, ale zároveň nepredstavujú prílišnú záťaž životného prostredia.

Alkalicky aktivované materiály sa vyrábajú alkalickou aktiváciou vhodných materiálov, ako sú napríklad odpadové materiály (rozličné druhy elektrárenského popolčeka a trosky) alebo materiály už využívané v betonárskom priemysle, napríklad metakaolín a slinok, resp. portlandský bezsádrovcový cement). Ako aktivátory sa využívajú uhličitany, hydroxidy a kremičitany alkalických kovov (najčastejšie Na a K) a ich rozličné kombinácie. Tieto materiály sú v súčasnosti stredom záujmu výskumu, využí­vajú a skúmajú sa rozličné zmesi spoločne s plnivom (kamenivo a výstuž) v snahe nájsť kombináciu s čo najlepšími vlastnosťami.

Hlavnou výhodou alkalicky aktivovaných materiálov v porovnaní s klasickým betónom je značná odolnosť proti ohňu, chemická odolnosť, mrazuvzdornosť, ale aj výrazne ekologickejší spôsob výroby. Pri bežnej výrobe alkalicky aktivovaných materiálov vzniká šesťkrát menej oxidu uhličitého ako pri výrobe cementu. Súčasná produkcia cementu tvorí osem percent všetkých emisií, ktoré majú na svedomí skleníkový efekt. Aj napriek tomu sa počíta s dvojnásobným nárastom spotreby cementu na celosvetovom trhu už do roku 2020. Ako jeden z významných prostriedkov riešenia hroziacej ekologickej katastrofy sa ponúkajú práve alkalicky aktivované materiály. Betón síce určite nenahradia, ale môžu účinne pokryť zvýšený dopyt [2, 3].

Tab.  Zloženie použitých zmesí

^{zmes 1 – samozhutniteľný betón
zmes 2 – samozhutniteľný betón s drôtikmi
zmes 3 – alkalicky aktivovaný samozhutniteľný betón s drôtikmi}

Porovnanie jednotlivých druhov betónu
Porovnávanie sa uskutočnilo na dvoch vybetónovaných trámoch, a to na tráme z chudobného samozhutniteľného betónu triedy C 40/50 s drôtikmi Dramix a alkalicky aktivovanom samozhutniteľnom troskovom betóne s pridaním drôtikov Dramix.

Zloženie použitých zmesí je uvedené v tabuľke. Betonáž sa realizovala v závode ŽPSV, a. s., v Nových Hradoch-Byňove.

Pevnosť v ťahu pri ohybe

Pevnosť v tlaku na zlomkoch

Modul pružnosti použitých zmesí

Priehyb trámov zo samozhutniteľného betónu triedy C 40/50 XF4 s drôtikmi Dramix RC-65/35-BN

Priehyb trámu z alkalicky aktivovaného samozhutniteľného troskového betónu s drôtikmi Dramix RC-65/35-BN

Záver
Vzhľadom na to, že samotná betonáž jednotlivých trámov a doplnkových vzoriek sa realizovala na jeseň 2011 a jednotlivé skúšky sa realizovali po 1, 7, 28 a 90 dňoch, je tu zobrazená len časť výsledkov.

Po prvotnom vyhodnotení sa dá povedať, že alkalicky aktivovaný troskový betón so zvoleným zložením vykazuje v porovnaním s klasickým betónom triedy C 40/50 XF4 nižšie hodnoty pevností v ťahu pri ohybe aj v tlaku na zlomkoch a má nižší modul pružnosti, ako aj mernú hmotnosť. Vo všeobecnosti však možno konštatovať, že ani tieto o niečo nižšie hodnoty nie sú prekážkou použitia v stavebníctve a tieto materiály by si určite našli svoje uplatnenie v praxi.

TEXT: Ing. Lenka Tišlerová, PhD.
OBRÁZKY a FOTO: autorka

Ing. Lenka Tišlerová, PhD., pôsobí na Katedre dopravného staviteľstva Dopravnej fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice a v spoločnosti Kap Ateliéry, s. r. o.

Literatúra
1.    Bilek, V. – Urbanova, M. – Brus, J. – Kolousek, D.:
Alkali-Activated Slag Concrete development and their practical use. In: 12 th International Congress on the Chemistry of Cement, Montreal, 2007.
2.    Straňák, V.: Geopolymery. http://www.matrix-2012.cz.
3.    Kynčlová M.: Geopolymerní betony – materiály šetrné k životnímu prostředí. Juniorstav, 2008 – 4.2 Nové stavební hmoty.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.