Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Metakaolinit jako dodatek do betonu

Metakaolin as a concrete additive
Metakaolinit
Metakaolinit
Autorzy

Według normy PN-EN 206:2014 [1] dodatkiem do betonu nazywany jest drobnoziarnisty materiał nieorganiczny, używany w celu polepszenia określonych właściwości betonu lub osiągnięcia specjalnych właściwości.

Rozróżnia się dodatki:

  • typu I - są to dodatki prawie obojętne i należą do nich wypełniacze mineralne i barwnik,
  • typu II - są to dodatki wykazujące aktywność puclanową i należą do nich m.in. pyły krzemionkowe, popioły lotne, mielony granulowany żużel wielkopiecowy oraz metakaolinit [1].

Zadaniem dodatków jest w znacznym stopniu polepszenie wybranych właściwości betonu, dodatkowo powodują oszczędność wynikającą z eliminacji części cementu. Są one także uzupełnieniem pylastych frakcji kruszywa poprawiających urabialność mieszanki betonowej [2].

Wytwórnie cementowe odpowiedzialne są za około 5% światowej emisji CO2. Wytworzenie około jednej tony cementu powoduje emisję do atmosfery około 0,8 tony CO2, gdzie około 0,5 tony CO2 pochodzi z rozkładu kamienia wapiennego, a reszta pochodzi ze spalania paliw [3]. Aby zneutralizować ten negatywny wpływ na środowisko, stosuje się dodatki mineralne. Głównym ze sposobów polepszenia ekoefektywności cementów jest stosowanie dodatków mineralnych jako zamienników klinkieru [4].

Metakaolinit jest cenionym dodatkiem do betonów. Jego wysoka aktywność pucolanowa powoduje, że z powodzeniem może pełnić rolę substytutu cementu i być stosowany jako dodatkowy składnik betonów poprawiający jego szczelność [5-7].

Budowa i właściwości metakaolinitu

Metakaolinit jest wydajnym materiałem o aktywności pucolanowej, może zastępować część cementu w zaprawach i betonie. Jest to minerał powstający w procesie prażenia w temperaturze 700-900°C naturalnego kaolinitu [5].

Kaolinit należy do minerałów ilastych o budowie pakietowej dwuwarstwowej. Wzór krystalochemiczny pakietu kaolinitu ma postać Al4[Si4O10](OH)8, a element strukturalny kaolinitu zbudowany jest z warstwy tetraedrycznej krzemowo-tlenowej oraz warstwy oktaedrycznej glinowo-tlenowo-wodorotlenowej.

Dehydroksylacja kaolinitu zachodzi już w temperaturze 550°C [5], a proces ten można opisać równaniem:

w temperaturze ~ 500°C
Al203 · 2SiO2 · 2H2O → Al203 · 2SiO2 · 2H2O [5]
         kaolinit                     metakaolinit

Wytwarzanie metakaolinitu jest procesem dużo mniej energochłonnym niż produkcja cementu, dlatego że zarówno temperatura, jak i czas wypalania są niższe. Według [8] na wytworzenie jednej tony metakolinitu potrzebne jest około 80% mniej energii niż do wytworzenia cementu.

Metakaolinit a produkty hydratacji cementu portlandzkiego

Podstawowymi minerałami wiążącymi cementu portlandzkiego są alit (3CaO · SiO2) i belit (2CaO · SiO2), które przy udziale wody i zachodzących reakcji tworzą uwodnione krzemiany wapnia. W wyniku zachodzących w cemencie portlandzkim reakcji alitu i belitu wydzielane są znaczne ilości wodorotlenku wapnia Ca(OH)2. Metakaolinit, zawierający aktywne formy tlenków glinu i krzemu, w obecności wody wchodzi w reakcję z wodorotlenkiem wapnia, w wyniku której powstają produkty zbliżone pod względem struktury i składu chemicznego do produktów hydratacji cementu portlandzkiego [9].

Aby była możliwa reakcja pucolanowa metakaolinitu, niezbędny jest wodorotlenek wapnia. Przy większych zawartościach metakaolinitu może zostać zużyta całość CH. Kostuch i inni [10] podali, że do całkowitego związania znajdującego się w betonie wodorotlenku w 28 dni jest wymagane 20% zastąpienia cementu przez metakaolinit. Wild i Khatib [11] wykazali złożoność reakcji metakaolinitu w obecności wody z produktami hydratacji cementu portlandzkiego. Zaobserwowali w badaniach zaczynów i zapraw, że po 14 dniach wiązania występuje minimum zawartości CH. Zmniejszenie zawartości wodorotlenku wapnia dowodzi o intensywności powstałych w tym czasie reakcji.

Wpływ dodatku metakaolinitu na wytrzymałość na ściskanie, zginanie i odporność na pękanie kompozytów o matrycy cementowej

Liczne badania dotyczące rozwoju wytrzymałości betonów i zapraw, które zawierają dodatek metakaolinit świadczą o tym, że przy odpowiednim dozowaniu tego dodatku można uzyskać poprawę właściwości mechanicznych, szczególnie we wczesnych okresach twardnienia [12]. Wzrost wytrzymałości na ściskanie, zginanie w pierwszych dniach dojrzewania stwardniałych zaczynów, zapraw i betonów jest uzależniony od rodzaju i udziału metakaolinitu.

Whild, Khatib i Jones [13] stwierdzili, że wzrost wytrzymałości na ściskanie betonów na skutek zastosowania metakaolinitu, częściowo zastępującego cement, jest spowodowany trzema efektami:

  • efektem wypełnienia,
  • efektem przyśpieszenia hydratacji cementu portlandzkiego (już w pierwszych 24 godzinach)
  • oraz efektem pucolanowej reakcji metakaolinitu z CH, której maksimum przypada między 7 a 14 dniem twardnienia. Wykazali, że optymalny udział dodatku może być zależny od wieku betonu. Po 90 dniach optymalny okazał się 20% udział metakaolinitu w stosunku do masy cementu.

Poon i inni [14] wykazali także, że metakaolinit wpływa korzystnie na wytrzymałość na ściskanie dzięki efektowi uszczelnienia mikrostruktury betonu (mniejsza porowatość betonu). W swoich badaniach Ponn i in. [14] podali, że najkorzystniejszym udziałem dodatku metakaolinitu w aspekcie wytrzymałości na ściskanie jest 10% jego udział, co potwierdziły badania betonów o w/s = 0,3 i 0,5.

Quian i Li [15] stwierdzili, że wraz ze wzrostem udziału metakaolinitu zwiększa się wytrzymałość betonu na ściskanie, zginanie i rozciąganie. Wykazali, że przyrostowi wytrzymałości na ściskanie przy zwiększeniu udziału metakaolinitu towarzyszy mniejszy przyrost wytrzymałości na zginanie oraz rozciąganie, co świadczy o wzroście kruchości tych betonów wraz ze wzrostem udziału matakaolinitu.

Czytaj też: Zabezpieczenie konstrukcji murowych przed zarysowaniem przez zbrojenie spoin wspornych >>>

Konkol i Pyra przedstawili w pracy [16] wyniki badań betonów modyfikowanych zróżnicowanym udziałem metakaolinitu produkcji krajowej. Potwierdzili oni, że zastąpienie cementu 5% metakaolinitu powoduje wzrost wytrzymałości na ściskanie i wodoszczelności betonu. Przy wprowadzeniu zwiększonej ilości 10% i 15% metakaolinitu uzyskuje się znacznie większe korzyści. Dozowanie 15% metakaolinitu jako zamiennika cementu spowodowało, w porównaniu do betonu referencyjnego, wzrost wytrzymałości na ściskanie o ponad 23%, obniżenie nasiąkliwości o 42,5% oraz mniejszą głębokość penetracji wody pod ciśnieniem o prawie 78%.

Pavlíková i in. [17] wykazali, że częściowe zastąpienie cementu metakaolinitem polepsza wytrzymałość na ściskanie o 10%, a na rozciąganie przy zginaniu o 50%. Dodatkowo wpływ metakaolinitu jest we wszystkich przypadkach korzystniejszy w odniesieniu do wytrzymałości na rozciąganie, co wykazuje duże znaczenie szczególnie w przypadku budowy dróg. Zastąpienie 10-15% cementu metakaolinitem wydaje się optymalne, natomiast zaprawy, w których zastąpiono 10% cementu. wykazywały lepsze właściwości.

Pod względem poprawy właściwości mechanicznych betonu Konkol [6, 7] wykazał, że dodatek metakaolinitu może być stosowany jako substytut cementu i w tym obszarze może być uważany za równie cenny dodatek, jak dobrze już rozpoznany pył krzemionkowy. Konkol [7] wykazał także, że betony z dodatkiem do 17,5% metakaolinitu w stosunku do masy cementu, użytego jako częściowy substytut cementu, charakteryzują się nie tylko większą wytrzymałością na ściskanie, ale również większą odpornością na pękanie w porównaniu z betonami bez dodatku metakaolinitu. Wraz z wiekiem tych betonu następuje wzrost wytrzymałości na ściskanie i odporności na pękanie [7].

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 7/8/2019

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »



Odkryj nowy wymiar bezpieczeństwa dla Twojego domu »

Żaluzje ceramiczne, szklane, wentylowane. Co wybrać?

Każdemu z nas zależy na zapewnieniu odpowiedniego bezpieczeństwa swoim bliskim i miejscu, które jest dla nas najważniejsze. Wybór...
czytaj dalej »

Które rozwiązanie sprawdzi się w Twoim przypadku? Jak ochronić wnętrze przed słońcem, hałasem lub zimnem? czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Izolacja natryskowa - co warto wiedzieć?

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Produkty polimocznikowe można stosować wszędzie tam, gdzie wymagana jest... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »

Uszczelnianie trudnych powierzchni! Zobacz, jak to zrobić skutecznie »


Doszczelniając przegrodę od strony wewnętrznej budynku ograniczamy przenikanie pary wodnej do warstwy izolacyjnej, natomiast... ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dlaczego hydroizolacja budynków jest tak ważna?

Sprawdzony sposób na przyspieszenie ocieplenia »

W budynkach nowo wznoszonych barierę dla wody gruntowej stanowi hydroizolacja zewnętrzna ścian piwnic i izolacja pod płytą fundamentową... czytaj dalej » Jakiego produktu użyć, by aplikacja była łatwa, efektywność większa, a tempo pracy ekspresowe? czytaj dalej »

Czego użyć do izolacji podłóg, dachów i fasad?


Istotną różnicą pomiędzy styropianami białymi i grafitowymi jest ich odporność na ZOBACZ »


Najlepszy produkt na tynku termoizolacji? Sprawdź »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

Obniżona wartość λ pozwala zmniejszyć straty energetyczne oraz wydatki na eksploatacje budynków.
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

dr hab. inż. Janusz Konkol
dr hab. inż. Janusz Konkol
Janusz Konkol ukończył studia na Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Rzeszowskiej. Pracuje na stanowisku profesora nadzwyczajnego w Katedrze Inżynierii Materiałowej i Tec... więcej »
mgr inż. Maria Pietras
mgr inż. Maria Pietras
Maria Pietras ukończyła studia na kierunku budownictwo na Wydziale Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury Politechniki Rzeszowskiej. Obecnie jest doktorantką na pierwszym roku studiów III s... więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.