AZ ÉRTEKEZÉS ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEI

Átírás

1 AZ ÉRTEKEZÉS ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEI A tézis érték megállapítások kövér bet típussal, és azok rövid magyarázatai normál bet típussal szerepelnek, a szögletes zárójelben megadott számok a vonatkozó publikációt adják meg. 1. tézis: A magas h mérséklet és a cement kohósalak tartalmának hatása a cementk valamint a beton felületén kialakuló repedésképre, illetve a maradó nyomószilárdságra [14] Kísérletileg igazoltam, hogy magas h mérséklet hatására, a cement kohósalak tartalmának növekedtével a felületen megfigyelhet repedések száma és mérete csökken, továbbá a nyomószilárdság relatív csökkenése kisebb, mind megszilárdult cementpép, mind kvarckavics adalékanyagú beton esetén. A h terhelés hatására a megszilárdult cementpép próbatestekben kémiai és fizikai változások mennek végbe. Ezen változások következményei olyan jelent sek, hogy annak nyomai (pl. repedezettsége) jól láthatóak. A h terhelt próbatesteken megfigyelhet repedésképet a 1. ábrán gy jtöttem össze. a h terhelés maximális h mérséklete 300 C 500 C 800 C cement típus kohósalak tartalom CEM I 52,5 N 0 % CEM II/A-S 42,5 N 16 % CEM III/A 32,5 N 41% CEM III/B 32,5 N-S 66 % 40 mm 1. ábra: A cement típus hatása magas h mérséklet következtében kialakuló felületi repedésekre (megszilárdult cementpép próbatestek, v/c=0,43) 1

2 A 2. ábra mutatja a megszilárdult cementpép próbatestek nyomószilárdságát a nyomószilárdság 20 C-on mért értékére vonatkoztatva (f c,t /f c,20 ) a h terhelés maximális h mérsékletének és a cement típusának függvényében. A maradó nyomószilárdság szempontjából a legjelent sebb különbség a portlandcement (CEM I 52,5 N, kohósalak tartalom: 0 m%) és a kohósalak cement (CEM III/B 32,5 N-S, kohósalak tartalom: 66 m%) esetén volt észlelhet. A repedésképek alakulása és a nyomószilárdság vizsgálat eredményei összhangban vannak egymással. A legtöbb és leger teljesebb repedést a tiszta portlandcement felhasználásával készült próbatestek esetén észleltem, és a szilárdságcsökkenés is ekkor volt a legjelent sebb mérték. A termoanalitikai vizsgálatok eredményei alapján megállapítható, hogy a kohósalak tartalom növekedtével a portlandit dehidratációját jelz csúcs területe és a mérhet tömegveszteség egyre csökkent. Ez a megállapítás igazolja a h terhelés következtében tapasztalt nyomószilárdság csökkenést. f c,t /f c,20 (-) 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0 CEM III/B 32,5 N CEM III/A 32,5 N CEM II/A-S 42,5 N CEM I 42,5 N CEM I 52,5 N a h terhelés maximális h mérséklete, T ( C) cement kohósalak tartalma 66 m% 41 m% 16 m% 0 m% 2. ábra: A megszilárdult cementpép maradó nyomószilárdsága a h terhelés során elért maximális h mérséklet és a cementtípus függvényében Beton esetén a magas h mérséklet változásokat okoz mind a megszilárdult cementpépben, mind pedig az adalékanyagban. A kvarckavics 573 C körül 5,7%-os térfogatnövekedéssel járó átkristályosodása következik be. Lényeges kérdés, hogy a megszilárdult cementpép próbatestekénél a kohósalak tartalom növekedésével megfigyelt, kedvez maradó nyomószilárdság változást a betonban adalékanyagként használt kvarckavics átkristályosodása milyen mértékben és hogyan befolyásolja. A h terhelt beton próbatesteken megfigyelhet repedéseket a 3. és 4. ábrákon adtam meg, a 5. ábrán a maradó relatív nyomószilárdság alakulását adtam meg a h mérséklet és a cementtípus függvényében. 2

3 3. ábra: CEM I 52,5 N jel cementtel készült beton repedésképe a 800 C-os h terhelést követ en 4. ábra: CEM III/A 32,5 N jel cementtel készült beton repedésképe a 800 C-os h terhelést követ en f c,t /f c,20 (-) 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0 beton CEM III/B 32,5 N-S felhasználásával beton CEM III/A 32,5 N felhasználásával beton CEM II/A 32,5 N felhasználásával beton CEM I 52,5 N felhasználásával a h terhelés maximális h mérséklete, T ( C) 5. ábra: A beton maradó nyomószilárdsága a cementtípustól függ en a h mérséklet függvényében 2. tézis: A magas h mérséklet hatása a könny betonok h terhelés utáni jellemz ire [6], [8], [11], [14] Kísérletileg igazoltam, hogy 600 C maximális h terhelésig a duzzasztott agyagkavics adalékanyagú könny betonok h terhelés utáni maradó, relatív nyomószilárdsága kedvez bb, mint a kvarckavics adalékanyagú betonoké. Kísérletileg igazoltam, hogy magas h mérsékleten a habüveg adalékanyagú könny betonok maradó, relatív nyomószilárdsága nem tér el jelent sen a kvarckavics adalékanyagú betonokétól. Kísérleteimhez két fajta duzzasztott agyagkavicsot és két fajt habüveget használtam: duzzasztott agyagkavics1 (Liapor 5N, =2427 kg/m 3, t =594 kg/m 3 ); duzzasztott agyagkavics2 (Liapor 7N, =2469 kg/m 3, t =771 kg/m 3 ), habüveg1 (geofil, égetési h mérséklet 780 C), habüveg2 (poraver, égetési h mérséklet 1000 C) 3

4 Duzzasztott agyagkavics adalékanyagos betonok esetén 600 C-ig felületi repedések nem voltak megfigyelhet k. 800 C-ig a próbatestek nagyobb méret felületek leválása jelentkezett (sarkainak leválása). Ez a tönkremeneteli mód 1V% polipropilén száladagolással elkerülhet volt. f c,t /f c,20 (-) 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0 kvarckavics duzzasztott agyagkavics1 (Liapor 5N) duzzasztott agyagkavics2 (Liapor 7N) duzzasztott agyagkavics2+1v%pp a h terhelés maximális h mérséklete T ( C) 6. ábra: A duzzasztott agyagkavics és kvarckavics adalékanyagú betonok maradó nyomószilárdságának alakulása a h terhelés maximális h mérsékletének függvényében (cement: CEM I 42,5 N) A duzzasztott agyagkavics adalékanyagú betonok maradó, relatív nyomószilárdsága a két órás h terhelést követ en mintegy 20%-kal nagyobb, mint a kvarckavics adalékanyagúaké (6. ábra). A csiszolatokról készült fotókon az adalékanyag szemcsék mellett elszínez dött, vöröses árnyalatú réteg figyelhet meg. A réteg színéb l valószín síthet, hogy abban vastartalmú vegyületek találhatók, amit energiadiszperz spektrum elemzéssel igazoltam. Elektronmikroszkóppal nagyobb felbontású felvételeket is készítettem, a felvételeken jól látható, hogy az adalékanyag pórusaiba behatolt a cementpép, és ezáltal teljesen más jelleg kapcsolat jött létre, mint a kvarckavics és a cementk között (7. és 8. ábrák). Az adalékanyag és a cementk eltér jelleg kapcsolata indokolhatja a maradó relatív nyomószilárdság nagyobb értékét. Az adalékanyag nyitott pórusainak a száma dönt szerepet játszik, hiszen minél több a nyitott pórus, annál több cementpép tud az adalékanyagba behatolni, és így er sebb kapcsolat tud kialakulni. A vizsgálataim folyamán megfigyeltem, hogy 800 C-os h terhelés során a habüveg1 adalékanyag (Geofil) tovább duzzadt, és a beton felületén kifolyt (9. ábra). A 800 o C-os h terheléssel a gyártás során elért maximális h mérsékletet túlléptem, ezért az adalékanyag tovább duzzadt. A habüveg2 (Poraver) adalékanyag esetén, a beton felületén nem figyeltem meg elváltozásokat, ebben az esetben a lehetséges maximális méretre duzzasztották az adalékanyagot. A próbatestek széthasítása után megfigyeltem, hogy az adalékanyag szemcsék megolvadtak, de nem folytak ki a betonfelületére. A nyomószilárdság vizsgálatokat leh lt állapotban végeztem (10. ábra). A magas h mérsékleten megfolyt adalékszemek változása 4

5 mindkét esetben arra utal, hogy teher alatti felmelegítés esetén a habüveg és a kvarckavics adalékanyagú betonok viselkedése eltér lehet. 7. ábra: Duzzasztott agyagkavics adalékanyagú beton optikai mikroszkópos felvétele 8. ábra: Duzzasztott agyagkavics adalékanyagú beton elektronmikroszkópos felvétele kifolyt habüveg 1jel adalékanyag szemcse 9. ábra: Habüveg1 jel adalékanyagos beton 2 órás 800 o C-os h terhelést követ en fc,t/fc,20 (-) 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0 kvarckavics habüveg1 (Geofil) habüveg2 (Poraver) a h terhelés maximális h mérséklete ( C) 10. ábra: A habüveg adalékanyagú könny betonok maradó nyomószilárdságának alakulása a h terhelés maximális értékének függvényében (cement: CEM I 42,5 N) 5

6 3. tézis: A magas h mérséklet és a m anyag szálak hatása a kvarckavics adalékanyagú betonok h terhelés utáni jellemz ire [7], [10] Kísérletileg igazoltam, hogy m anyag (polipropilén) szálak alkalmazása esetén, magas h mérséklet hatására a beton felületi elváltozásai függenek a szál geometriai jellemz it l (hossz és átmér ). Korábbi kutatási eredményekb l ismeretes, hogy m anyag (polipropilén) szálak alkalmazása csökkenti a beton felületén magas h mérséklet hatására megjelen repedések számát és méretét Kis átmér j (Ø=0,032 mm), rövid (l=18 mm) szálak (esetén várható a legkisebb felületi elváltozás (11. ábra). Nagyobb átmér j (Ø=1,1 mm), hosszú (l=40 mm) szálak esetén a felületközei szálak kifolytak a felületre, a beton felületén lokális kidudorodást, majd elszínez dést okozva (12. ábra). felületi károsodás nem látható kevesebb repedés mint a szál nélküli betonnál 20 C 800 C 11. ábra: Rövid, kis átmér j m anyag szálakkal felületi károsodás megolvadt szálak égés nyomok nem látható 150 C 200 C 300 C 400 C 800 C 20 C 200 C 400 C 12. ábra: Hosszú, nagy átmér j m anyag szálakkal 4. tézis: A hajlító-húzószilárdság és kapcsolati szilárdság h terhelés hatására bekövetkez változása és az 500 C-os izoterma módszer módosítása [15] Kísérletileg igazoltam, hogy a beton nyomószilárdságára vonatkoztatott hajlítóhúzószilárdsága valamint kapcsolati szilárdsága 400 C és 500 C között ugrásszer en csökken. Kísérleteim során azt tapasztaltam, hogy a kvarckavics adalékanyagú beton húzószilárdsága érzékenyebb a magas h mérsékletre, mint a nyomószilárdsága (13. ábra). A 6

7 beton és a betonacél együttdolgozását jelent s mértékben befolyásolja a beton húzószilárdsága. Eredményeim megjelenítéséhez a beton nyomószilárdságára vonatkozatott érték volt célszer (13. és 14. ábra). fct,fl,t/fc,t (-) ,08 0,06 0,04 0, a h terhelés maximális h mérséklete, T ( C) 13. ábra: A beton maradó hajlító-húzószilárdságának a nyomószilárdságra vonatkozatott értékei a h mérséklet függvényében száladagolás nélküli kvackavics adalékanyagos beton m anyag száladagolású (Ø=0,032 mm, l=18 mm, 1 V%) kvackavics adalékanyagos beton acél száladagolású (Ø=1,1 mm, l=40 mm, 5 V%) kvackavics adalékanyagos beton duzzasztott agyagkavics 1 adalékanyagos könny beton 0,45 duzzasztott agyagkavics 2 adalékanyagos könny beton b, max, T/f c,t 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 5 0, a h terhelés maximális h mérséklete, T ( C) 14. ábra: A kapcsolati szilárdságnak a nyomószilárdságra vonatkozatott értékei a h mérséklet függvényében 7

8 A jelent s szilárdságcsökkenést a portlandit bomlása, illetve a cementk és adalékanyag kontaktzóna szerkezetének változása okozza. A kapcsolati szilárdságnál tapasztalt csökkenése független volt az alkalmazott adalékanyagtól és az alkalmazott szálaktól. Ezen kísérleti eredmények összefüggésbe hozhatóak az izoterma módszer szerkezeti teherbírás ellen rzéssel, annak módosítását igényelve a következ k szerint. Az 500 C-os izoterma módszer, egy kézi számításra alkalmas módszer, amit az MSZ EN : 2005 (B Melléklet) tartalmaz. A módszer lényege, hogy a t zterhelésnek kitett keresztmetszetek teherbírás ellen rzése során a vasbetonbeton keresztmetszet 500 C feletti h hatásnak kitett részeit nem vesszük figyelembe. A módszer el nye, hogy viszonylag egyszer en, jó közelít számítást lehet vele végezni. Véleményem szerint ez a számítási módszer módosítással alkalmas a már leh lt beton keresztmetszet méretezésére is. Az izoterma módszer leh lt vasbeton keresztmetszetek teherbírásának ellen rzéséhez a következ módásításokat javaslom: a húzott zónában az 500 C-os h terhelésnek kitett keresztmetszeti részek figyelmen kívül hagyása nem elégend. Kísérleti eredményeim alapján a húzott zónában már a 400 C feletti részeket a számítás során figyelmen kívül kell hagyni. A nyomott zónában az 500 C-os h terhelésnek kitett keresztmetszeti részek figyelmen kívül hagyása jó megoldás leh lt állapotban is. 5. Tézis: Rögzítéstechnikai elemek alkalmazhatósága a h terhelés h mérsékletének függvényében [13] Kísérletileg kimutattam, hogy beragasztott rögzítéstechnikai elemek esetén, a beton nyomószilárdságán kívül a ragasztóanyag cement tartalma is befolyásolja a tönkremeneteli h mérsékletet és a tönkremeneteli módot, továbbá a tönkremenetelhez tartozó er t. Kísérleteimhez vinilészter-cement ragasztóanyag keveréket használtam, mérési eredményeim igazolták, hogy a ragasztóanyag cementtartalmának növelése és a vinilészter tartalom csökkentése a kihúzási teherbírás növekedését eredményezi 300 C-os h terhelésig (15. ábra). er (kn) vinilészterrel ragasztott csap (fc20=43,4 N/mm2) vinilészter+cement ragasztóval ragasztott csap (fc20=43,4 N/mm2) vinilészterrel ragasztott csap (fc20=63,4 N/mm2) vinilészter+cement ragasztóval ragasztott csap (fc20=63,4 N/mm2) h mérséklet ( C) 15. ábra: A ragasztott csapok maximális terhelhet sége a h mérséklet függvényében 8

9 AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉBEN KÉSZÜLT PUBLIKÁCIÓK JEGYZÉKE 2002 [1] Lublóy, É.-. Balázs, Gy. L. Borosnyói, A. Bánky, T.: Bond of CFRP reinforcing bars under elevated temperature, Proceedings of Bond in Concterefrom research to standards (Eds.: Balázs, Gy. L., Bartos, P. J. M., Carins, J., Borosnyói, A), Budapest, November 2002, ISBN , pp.: [2] Majoros, É. -. Balázs, Gy. L: Degree of deterioration due to fire in large concrete halls, Periodica Polytechnica Ser. Civ. Eng. Vol. 48. NO pp.: [3] Majorosné Lublóy É. - Bánky T. Balázs L. Gy.: T z a Budapest Sportcsarnokban: mérnöki tanulságok, Vasbetonépítés, 2004/4, Budapest, ISSN , pp.: Kereshet : htlp:/ [4] Majorosné Lublóy É.- Borosnyói A.- Balázs L. Gy.: Szénszálas (CFRP) betétek tapadása magas h mérsékleten, Vasbetonépítés, 2004/2, Budapest, ISSN , pp.: Elektronikusan kereshet : htp:/ [5] Lublóy, É. Balázs, Gy. L. - Borosnyói A. - Nehme S. G.: Bond of CFRP wires under elevated temperature, Proceedings of Bond behaviour of FRP in structures (Eds.: Chen, J.F and Teng, J.G.) Hong Kong, 7-9 December 2005, ISBN: , pp.: [6] Majorosné Lubóy É.- Nemes R.- Balázs L. Gy.- Józsa Zs.: Könny adalékanyagos betonok maradó nyomószilárdsága t zterhelés után, Épít anyag, 2006/2 (58), Budapest, HU ISSN x, pp: kereshet : htp:// [7] Majorosné Lublóy É.-Balázs L. Gy.: M anyagszál adagolású betonok alkalmazhatósága, különös tekintettel a t zállóságra, Vasbetonépítés, 2006/2, Budapest, ISSN , pp.: kereshet :htp:/ kereshet Google-ben: beton m anyagszálak, t zterhelés [8] Majorosné Lublóy É.-Balázs L. Gy.: A beton teherviselési módjának hatása a t zterhelést követ maradó nyomószilárdságára, Vasbetonépítés, 2006/2, pp.: , Budapest, ISSN kereshet :htp:/ page.pdf kereshet Google-ben: beton teherviselési mód, t zterhelés [9] Majorosné Lublóy Éva - Balázs L. György: Száler sítés betonok nyomószilárdságának változása magas h mérsékleten, Konferencia kiadvány: Ipari Nyílt napok, Szerkesztette: Barna Zs., Budapest, feb. 28, M egyetemi kiadó, ISBN: [10] Lublóy, É Balázs, Gy. L.: Residual compressive strenght of fire exposed fibre reinforced concrete, Concrete Stuctures 2007, ISSN , pp.:64-69 [11] Lublóy, É Balázs, Gy. L.: Effect of structure of concrete on the residual compressive strength after high temperatures, Proceedings of 5-th International Seminar on Fire and Explosion Hazard, April 2007, Edinburgh, UK, CD-n [12] Lublóy, É Balázs, Gy. L.: Book on Modifications of material properties due to elevated temperatures, Advances in Construction Materials, Ed. Grosse Ch. U., Juli 2007, Springer, ISBN , pp.:

10 [13] Lublóy, É Balázs, Gy. L.: Behaviour of expansion and bonded anchors subjected to elevated temperatures Proceedings of Connections between Steel and Concrete, (Eds.: Eligehausen, R., Fuchs, W., Genesio, G., Grosser, P.) 4-7 September 2007, Stuttgart, Germany, ISBN-10: , pp.: [14] Lublóy, É Balázs, Gy. L.: Concrete properities in fire depending on type of cement, aggregate and fibre, CCC2007 Visegrád Proceedings (Eds: Balázs, L. Gy., Nehme, S. G.), ISBN , pp.: [15] Lublóy, É Balázs, Gy. L.: Post-heating behaviour of construction materials International Phd-Symposium in Civil Engineering Stuttgart (elfogadás alatt) 10