Az alagúttüzek által okozott hősokk hatása a cementkő reziduális tulajdonságaira

Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 1 Az alagúttüzek által okozott hősokk hatása a cementkő reziduális tulajdonságaira Fehérvári Sándor Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék Témavezető: Dr. Salem Georges Nehme A közúti és vasúti alagutakban az elmúlt két évtizedben bekövetkezett tűzesetek felhívták a figyelmet az alagúttüzek veszélyességére. A balesetek során bebizonyosodott, hogy a tűzeset során kibocsátott, gyorsan felhalmozódó, nagymennyiségű hő az alagút falazatának vasbetonjára káros hatással van. A tűztehernek hosszabb ideig ellenálló falazat tervezésekor elengedhetetlen az egyes alkotók hőmérséklettel és lökésszerű hőterheléssel (hősokk) szembeni viselkedésének megismerése. Cikkemben különböző összetételű cementköveken végzett hőterheléses vizsgálataink eredményeit értékeljük Kulcsszavak: alagút, tűz, tűzteher, cement, reziduális jellemzők, kohósalak, mészkőliszt 1. Bevezetés Modern életünk és társadalmunk mozgatórugója és létének alapja a megbízható, gyors és biztonságos közlekedési infrastruktúra, valamint a hatékony nagyvárosi tömegközlekedés. Az utóbbi évtizedek motorizációs robbanása és a népesség növekedése, urbanizálódása nyomán a közlekedési létesítmények terheltsége jelentősen emelkedett. A fejlődés elengedhetetlen velejárója a közlekedés alagútrendszerekbe történő kényszerítése. A zárt térbe, föld alá kényszerített forgalom biztonsági kockázatai jelentősen meghaladják a nyitott közlekedésre jellemzőket. Az üzemszerű működéstől eltérő viselkedés esetén mind az alagútban tartózkodókra, mind annak szerkezetére komoly fenyegetést jelent. Az utóbbi évek forgalomnövekedése, a sebesség növekedése az egyre hosszabb alagutak miatt az elmúlt évtized baleseti statisztikái, minden, a biztonságot fokozó intézkedés ellenére, növekednek. 2. Alagúttüzek A komoly katasztrófák ráirányították a figyelmet az alagútban keletkező tüzek által okozott hatások vizsgálatára, valamint a bent rekedtek túlélési esélyeinek és a szerkezet maradó biztonságának növelésére. A tűzesetek során keletkező füst kezelése és elvezetése külön tudományterületté nőtte ki magát a gépészet világában. A beépített oltó és szellőző-berendezések [2], valamint a füstáramlások vizsgálata elengedhetetlen a személyi sérülések számának mérséklése, a menekülő útvonalak helyes kialakítás érdekében [1]. A füstképeződéssel együtt nagy mennyiségű hő is felszabadul a baleset során. Ez hőmennyiség a falazatra is hat, abban anyagszerkezeti változásokat indukál, amely a szerkezet degradációjához,

Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 2 tönkremeneteléhez vezethet. Az alagútfalazat szerkezeti anyagainak vizsgálata az elmúlt évtizedek egyik jelentős kutatási témája. A szerkezetet érő különleges hatások és nem az anyag eltérése okozza a kutatások ilyen elválását más hasonló, tűzterheléssel kapcsolatos kísérletsorozatokról. Mint látni fogjuk az alagúttűz hőfelhalmozódása jelentősen eltér a szokványos magasépítési tüzektől. 3. A tűzteher A szerkezeti anyag vizsgálatához elsősorban az azt érő hőterhelés jellegét és időbeli eloszlását kell ismernünk. Az alagúton áthaladó járművek ismeretében tervezés során egyenértékű hőterhet [7], illetve pl. metróalagutaknál egyedi hőterhelést is [1] meghatározhatunk. Európai szabványok is foglalkoznak a járművek égése során felszabaduló hőmennyiség csökkentésével [12]. Mindezen hőmennyiségek összegzésével illetve 1:1-es nagymodell-kísérletek segítségével Nyugat-Európa országaiban ún. tűzgörbéket dolgoztak ki. Amint az a 1. ábrán látható a feltűntetett szabványos magasépítésben használatos (ISO 834, BS 476:part 20, DIN 4102, AS 1530) hőmérséklet-idő görbéhez képest az alagúttüzek számára sokkal gyorsabban emelkedő és nagyobb maximális értékeket határoznak meg [6]. Jól látható, hogy a hőterhelés a tűz környezetének léghőmérsékletében lökésszerű. 5-10 perc szükséges az 1000 C-os hőmérséklet kialakulására. 1400 1200 1000 Szabványos ISO Szénhidrogén (módosított) RABT-ZTV (közút) Szénhidrogén RABT-ZTV (vasút) RWS, RijksWaterStaat 800 600 400 200 0 0 30 60 90 120 150 180 t (min) 1. ábra: Szabványos tűzgörbék; lég(gáz)hőmérsékletek a tűz környezetében[1] alapján A numerikus számítások és a nagyminta-kísérletek kiértékelés során természetesen születtek eredmények a léghőmérséklet keresztmetszeti eloszlására [3], ahol is a főte (az alagút teteje ) környezetében összpontosul a legnagyobb hőmérsékletek izotermája [8]. Hasonlóképpen meghatározásra kerültek a hosszirányú eloszlások is [1] minden járműtípusra (közút, nagyvasút, földalatti vasút) külön-külön. Az izotermák eltérése kimutatható, ugyanakkor a leghűvösebb terület hőmérséklete is meghaladja a 600 C-ot. A tűzvédelmi tervezés során mindazonáltal a legnagyobb hőmérséklet kell a falazat tervezésénél figyelembe venni. 4. Alagúti vasbetonfalazatok viselkedése tűz esetén A hatások ismeretében nyílik lehetőségünk a műtárgy szerkezetének és a benne lévők épségének megóvását szakszerű tűzvédelmi tervezéssel elvégezni. A tűvédelem többtényezős rendszerének

Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 3 egyik, jelentős ága a szerkezet védelme. Ennek keretében kell biztosítani a tűz alatt és után is jelentős terheket viselő műtárgyszerkezet állékonyságát. Ehhez mind a szerkezetet hűtő aktív védelmi berendezések (pl. vízködoltók), a szerkezetre felhelyezett védőbevonatok [1] valamint a szerkezet anyagának tűzállósága hozzájárul. Ahhoz hogy a szerkezeti anyagra gyakorolt hatást minél hatékonyabban mérsékelhessük, pontosan meg kell, hogy ismerjük a beton és vasbeton hő hatására bekövetkező fizikai és kémiai változását. 5. A betonfalazat tűzállósága A vasbeton-szerkezetű alagútfalak tűzállóságának vizsgálatakor a beton és a betonacél anyaga és a köztük lévő tapadás viselkedése külön-külön is döntő jelentőségű a falazat teherbíróképességének szempontjából. A szokványos betonacélok szilárdsága hő hatására cca. 400 C-os környezetben rohamosan csökkeni kezd. A szilárdság degradációja 800 C-on már közel 9-os [11]. A beton és a betonacél közötti tapadás kimerülése cca. 600-700 C hőmérsékleten következik be. Mivel ezeken az anyagtulajdonságokon technológiai eszközökkel nem vagy csak minimális mértékben tudunk változtatni, a vasbeton-szerkezetek védelme érdekében elsődleges fontossággal bír az acélbetétek magasságában jelentkező hőmérsékletek minél hatékonyabb csökkentése. Ennek egyik lehetséges módja tűzvédő (hővédő) bevonatok alkalmazása, míg a másik magának a beton anyagának a tűztűrővé tétele. Utóbbi esetben a betonfedést, mint hőszigetelő közeget felhasználva, a gyakorlatban alkalmazott 40-50 mm-es betonfedést feltételezve jelentős hőszigetelő hatást ér el [7]. A betonfedés betonjának a pontos megismerése, a benne lezajló fizikai és kémiai változások tanulmányozása segítheti a betonfedés tűzállóságának a fejlesztését. A hőmérséklet emelkedésével először a betonban lévő kötetlen és fizikailag kötött víz távozik. Ehhez járul kb. 150 C-on az alkotók ettringit (cementkémiai jelöléssel: C3 A 3Cs H32 ) valamint a monoszulfát ( C3 A Cs H12 ), a Ca(OH) 2 dehidratációja (400 C)., valamint a CaCO 3 hőbomlása (800 C). 850-900 C-os hőmérsékleten a beton alkotóelemeiben (pl. CSH) még meglévő hidrátvizek és felszabadulnak [4]. A beton belsejében kialakuló magasnyomású gőz és gáz elvezetésére nincs lehetőség és a pórusrendszerrel a felszínnel már nem közvetlen összeköttetésben nem lévő rétegekben egy ún. vízgőz gát keletkezik (2. ábra). A zóna nyomása kiegészülve a kvarc 575 C-on bekövetkező térfogat-növekedésével [10] a felületi rétegeket lefeszítheti, lehámlaszthatja, létrehozva az ún réteges leválás, spalling jelenséget (3. ábra). 1. párolgása nyílt pórusokon keresztül 2. vízgőz feldúsulása a betonszerkezetben 3. párolgás teljes lezárása a feldúsult vízgőzgáttal gőz hő 4. gőznyomás következtében létrejövő réteges leválás 2. ábra: Betonfelület réteges leválásának folyamata Blennemann és Girnau [1] szerint A réteges leválás jelenségében rejlő legnagyobb problémát és veszélyt a leválással együtt bekövetkező betonfedés-csökkenés jelenti, mivel a betonfedés a szokásos feladatán kívül tűz esetén az acélbetét hőszigetelésének szerepét is betölti. Azonban a réteges leválás jelensége miatt

Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 4 bekövetkezik a betonfedés csökkenése illetve eltűnése, amint azt a 4. ábrán bemutatom. A betonacélok felszínre kerülése az acél szilárdsági tulajdonságainak jelentős csökkenését illetve megszűnését eredményezi tűz esetén. A beton nyomószilárdságának változása is követi a hőmérséklet-eloszlási görbe alakulását. A tűzzel érintkező felületen a nyomószilárdsági értékek lecsökkenek (5. ábra). 10 8 6 Kvarc alapú adalékanyag Mészkő alapú adalékanyag 4 2 3. ábra: Betonfelület réteges leválása [9] 4. ábra: Betonfelület és felszínre került vasalás a Csatorna Alagútban kitört tűz után [1] f c,q /f c 0 400 800 1200 T ( C) 5. ábra: Beton relatív szilárdságának változása a hőmérséklet függvényében [11] 6. Cementkő tulajdonságaink kísérleti vizsgálata A cementkő tulajdonságainak megváltozását vizsgálta a BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék laboratóriumában lefolytatott kísérletsorozatom. A kísérletek célja, hogy meghatározza a cementkő fizikai és mechanikai paramétereinek megváltozását hőterhelés hatására. 6.1 Kísérleti receptúrák Vizsgálataim során először az eltérő őrlésfinomságú portlandcementek viselkedését tanulmányoztam. Felhasznált cementek: CEM I 52,5 R (fehércement); CEM I 42,5 R és CEM I 32,5 RS. A víz/cement tényezőt minden esetben 0,3-ban határoztam meg. A bedolgozhatósághoz szükséges konzisztenciát Glenium 51 folyósító adagolásával értem. Az adagolás mértéke 0,4 m% a cement tömegére vonatkoztatva. A kiegészítő anyagok vizsgálatánál egységesen CEM I 32,5 RS jelű cementet alkalmaztam. Kiegészítő anyagként mészkőlisztet és kohósalakot adagoltam. Az adagolás során a cement tömegének 2-35%-45%-6-át helyettesítettem kiegészítő anyaggal. A vízadagolást minden esetben a finomrész tömegének 30 m%-ban határoztam meg (tehát a portlandcementre vetített víz/cement tényező rendre 0,375; 0,462; 0,545 ill. 0,750 értékre módosult). 6.2 Kísérletek A cementkő reziduális, maradó jellemzőinek meghatározására 30 mm élhosszúságú kockákat készítettem. A kockákat egy napos korig sablonban, egy hetes korig víz alatt tároltam. Egy hetes kortól a vizsgálat időpontjáig laborlevegőn tartottam a próbatesteket. A vizsgálatokra a próbatestek 28 napos korában került sor. Először meghatároztam a hőterhelés előtti tömeget és geometriai méreteket, majd az adott hőmérsékletű elektromos fűtésű kemencébe helyeztem a próbatest sorozatot. Az egységesen 120 percig tartó hőterhelés után a kemencéből

Maradó relatív tömeg Maradó relatív tömeg Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 5 kivéve laborlevegőn tároltam a próbatesteket, majd a teljes kihűlés után ismét meghatároztam a tömegét és a geometriai méretét. Ezt követően eltörtem a próbatesteket. Az így kapott eredményeket dolgoztam fel. A kísérletsorozat során minden receptúrából 120 db-os sorozatot készítettem, amit laborlevegőn (20 db.) illetve 10 hőlépcsőn terhelve (50, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750 és 900 C) 10-10 db.-os sorozatokkal határoztam meg a reziduális jellemzőket, melyeket a laborlevegőn vizsgált duplasorozat értékeivel hasonlítottam össze. Fontos megjegyezni, hogy minden hőlépcsőnél a kemence hőmérsékletét először az adott hőmérsékletre fűtöttem és csak ennek az elérése után kezdtem meg a hőterhelést, így biztosítva az alagúttüzek által okozott hősokkhoz hasonló hatást. 6.3 Előzetes vizsgálatok A tömegváltozás kalibrálására elvégeztem a vizsgált jellemzőkkel készült cementkő derivatográfiás vizsgálatát amelyből megállapítható, hogy a 120 próbatesten, 11 lépcsőben meghatározott maradó tömegek jól közelítik az egy mintán meghatározott detrivatográfiás eredményeket. Amint az a 6.-7. ábrákon látható a két görbe mind jellegében mind numerikus értékeit tekintve, a mérések különbözőségének figyelembevételével, kellő egyezést mutat. 10 95% 9 CEM I 32,5 DTG vizsgálat CEM I 32,5 30 mm élhosszúságú kockákon mérve 10 95% 9 CEM I 42,5 DTG vizsgálat CEM I 42,5 30 mm élhosszúságú kockákon mérve 85% 8 85% 75% 8 7 0 200 400 600 800 1000 6. ábra: CEM I 32,5 RS cement maradó tömegének derivatográfiás kalibrálása 75% 0 200 400 600 800 1000 7. ábra: CEM I 42,5 R cement maradó tömegének derivatográfiás kalibrálása 6.4 Eredmények értékelése 6.4.1 Portlandcementek vizsgálata Tömegcsökkenés Kísérleti eredményekből megállapítható, hogy őrlésfinomságtól függetlenül a tiszta portlandcement tömege hőmérséklet hatására azonos jelleggörbe szerint csökken (8. ábra). Jól megfigyelhető a fizikailag kötött víz felszabadulása 50-100 C-ok környezetében, az ettringit és a monoszulfát vízvesztése 150-200 C on valamint 400 C után a Ca(OH) 2 hőbomlása során keletkező tömegveszteség. A térfogatváltozás pontos meghatározását nehezíti, hogy a minták közül több berepedt illetve felrobbant a vizsgálat során. Ezért csak a kb. 400 C-ig tartó tartományban kaphatunk valós eredményeket a 15. ábra vizsgálatakor. Látható, hogy a térfogatcsökkenés 400 C-ig cca. 4%-os. 5

Nyomószilárdság [MPa] Relatív nyomószilárdságok (20 C-os etalonhoz viszonyítva) Relatív tömegcsökkenés (20 C-os etalonhoz viszonyítva) Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 6 Szilárdság változása A szilárdság változásának bemutatására két módszert alkalmazható. Lehetőség van a szilárdság abszolút értékben történő ábrázolására, ekkor a valós viselkedést láthatjuk, míg a 20 C-os etalonhoz értékéhez számított relatív érték meghatározásával a tendenciák válnak követhetővé, valamint az egyes sorozatok jobban összehasonlíthatóak. A két ábrázolási mód követhető végig a 10. és 11. ábrákon. -5% 2% -2% -1-15% CEM I 52,5 R CEM I 42,5 R CEM I 32,5 RS -4% -6% -8% -2-25% -3 8. ábra: Tiszta Portlandcementek relatív tömegvesztesége 120 100-1 CEM I 52,5 R -12% CEM I 42,5 R -14% CEM I 32,5 RS -16% 9. ábra: Tiszta Portlandcementek térfogatváltozása 14 12 80 60 40 20 0 CEM I 52,5 R CEM I 42,5 R CEM I 32,5 RS 10. ábra: Tiszta Portlandcementek maradó nyomószilárdságának változás 11. ábra: Tiszta Portlandcementek maradó nyomószilárdságának relatív változás A görbék elemzése során megállapítottam, hogy az 50 C-os próbatesteken mért szilárdság jellemzően magasabb, mint az etalon sorozatokon mért, kiinduló érték. Ezt követi a szilárdság visszaesése 80-10-os szintre a 100-150 C-os tartományban, majd ismét egy jelentős emelkedés, aminek tetőpontját mindhárom esetben a 300 C-os sorozaton mért szilárdsági értékek jelentik. Ennek oka az elbomló ettringit és monoszulfát helyét kitöltő CSH kristályok szilárdságnövelő hatásában keresendő. Mindhárom eredménygörbe a 400 C után folyamatosan veszíti el maradó szilárdsági értékeit. A lefutásbeli különbözőséget az őrlésfinomsággal összefüggő tömörségi viszonyok befolyásolják. A legdurvább őrlésű CEM I 32,5 RS cement degradációja a leglassabb, cca. 700 C környezetében metszi az 50 %-os szilárdságértékhez tartozó egyenest. A legmagasabb kísérleti hőmérsékleten, 900 C-on mért eredmények ugyanakkor hasonló, cca. 2-os maradó szilárdsági értéket mutatnak. Kísérleti eredményeim alapján megállapítottam, hogy a tiszta portlandcementek tűzterheléssel szembeni ellenálló képessége 400 C-ig biztonság javára történő közelítéssel 90-100 %-osnak tekinthető. Ezt követően a maradó szilárdsági értékek cca. 700 C-ig még elfogadhatóak. Ugyanakkor az ennél magasabb hőmérséklettel terhelt próbatestek szilárdsága már jelentősen 10 8 6 4 2 CEM I 52,5 R CEM I 42,5 R CEM I 32,5 RS 6

Relatív tömegcsökkenés (20 C-os etalonhoz viszonyítva) Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 7 kevesebb mint a kiindulási érték, ami a szerkezet szempontjából lokális (spalling jelensége) és globális (szilárdsági tönkremenetel) degradációhoz vezethet. 6.4.2 Mészkőliszt tartalmú keverékek vizsgálata A mészkőliszt adagolásával egy alapvetően inertnek tekintett anyaggal helyettesítettem a cementtartalmat. A CaCO 3 hőbomlási tulajdonságainak ismeretében a mészkő bomlásáig a keverék viselkedését tehát, mint növekvő víz/cement tényezőjű pép viselkedését vártam. Azt követően számítani lehetett a mészkő kiégésére és ezáltal a tulajdonságok jelentős, hirtelen változására. A vizsgálat eredményei igazolták feltételezéseimet. A vizsgálati eredménysorok kiértékelése során minden esetben az aktuális ábrán közlöm a mészkőliszt adagolás nélküli CEM I 32,5 RS cementpépen mért referenciaértéket is. Tömegcsökkenés A sorozatok vizsgálata során, várakozásaimnak megfelelően, a tömegcsökkenés követte a mészkőliszt tartalom változásából járó hatásokat. A 12. ábrán látható, hogy az eredeti, referenciagörbéhez képeset mind kisebb tömegveszteségeket szenvedett a minta a 20-750 C-os tartományban. Ugyanakkor a CaCO 3 CaO-dá történő alakulásának hőmérsékleti tartományában annál nagyobb lett a tömegveszteség. Ezzel párhuzamosan, ahogy az a tömegcsökkenési adatokból megállapítható, a felszabaduló CO 2 mennyisége is jelentősen megnőtt. A térfogatváltozás mérése során az 6.4.1 pont vonatkozó megfigyeléseit is helytállóan találtam. Megállapítottam, hogy 400 C-os tartományig a térfogat 2-4%-ot csökken. A 400 C feletti tartományban a próbatestek repedései, törései a pontos térfogat-meghatározást megnehezítették. A 13. ábrán jól látható ugyanakkor, hogy a mészkőliszt tartalom növekedésével a térfogatveszteség csökkent, sőt térfogat-növekedésbe csapott át. A nagy mészkőliszt tartalmú próbatestek 900 C-on történő égetése során megfigyelhető volt, hogy a próbatestek a hőterhelést követő 2 napon belül, laborlevegőn való tárolás során szétestek. Ennek oka a CaO levegő páratartalmának hatására történő átalakulása Ca(OH) 2 -dá, amely folyamat cca. 2-2,5-szeres térfogat-növekedéssel jár. Ekkor a térfogat és a szilárdság megállapítása okafogyottá vált. -5% 1 5% -1-15% -2-25% -3-35% -4 CEM I 32,5 RS ref. 2 mészkőliszt 35% mészkőliszt 45% mészkőliszt 6 mészkőliszt 12. ábra: Mészkőliszt tartalmú keverékek tömegcsökkenése Szilárdság változása 13. ábra: Mészkőliszt tartalmú keverékek térfogatváltozása A szilárdság változását szintén a már ismertetett két módszer szerint ábrázolva látható a 14-15. ábrákon. Megfigyelhető a mészkőliszt adagolással párhuzamosan a szilárdsági értékek csökkenése, ami a víz/cement tényező növekedésének hatása. Az adagolás növelésével ugyanakkor már a görbe lefutása is megváltozik. Az eredménygörbékből látható, hogy a tiszta -5% -1-15% CEM I 32,5 RS ref. 2 mészkőliszt 35% mészkőliszt 45% mészkőliszt 6 mészkőliszt 7

Nyomószilárdság [MPa] Relatív nyomószilárdságok (20 C-os etalonhoz viszonyítva) Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 8 portlandcementeknél, 300 C környezetében tapasztalható szilárdsági maximumok eltűnnek, a görbe ellaposodik, monoton csökkenővé válik. A relatív szilárdságok alakulásának vizsgálatakor megállapítottam, hogy a mészkőliszt adagolásával a kiindulási értékhez viszonyított szilárdságok is jelentősebben csökkennek. Mindezeken túl a nagy mészkőliszt adagolásnál megfigyeltem a fent már említett spontán szétesés jelenségét is. Kísérleti eredményeim alapján a cementpép szilárdságára és a szilárdság változásának tendenciájára kedvezőtlenül hat, ha azonos víz/finomrész tényező mellett a cementtartalmat mészkőliszt tartalommal helyettesítem. Heterogén cementeknél a hősokk-tűrés szempontjából kísérleteim szerint max. 20 tömeg% mészkőliszt adagolása megengedhető. 100 80 60 40 20 0 CEM I 32,5 RS ref. 2 mészkőliszt 35% mészkőliszt 45% mészkőliszt 6 mészkőliszt 14. ábra: Mészkőliszt tartalmú keverékek maradó nyomószilárdságának változás 14 12 10 8 6 4 2 CEM I 32,5 RS ref. 2 mészkőliszt 35% mészkőliszt 45% mészkőliszt 6 mészkőliszt 15. ábra: Mészkőliszt tartalmú keverékek maradó nyomószilárdságának relatív változás 6.4.3 Kohósalak tartalmú keverékek vizsgálata Kohósalak adagolásakor a rendszerbe egy reagens, nagy őrlésfinomságú anyagot jutattam be. A finom szemcséjű kohósalak adagolásával a cementkő tömörsége növelhető. Ezzel párhuzamosan a reakcióképes kohósalak szilárdságnövelő hatása (azonos v/c tényező mellett) is ismert. Vizsgálataimat ebben az esetben is ugyan azokkal a paraméterekkel és állandókkal végeztem mint mészkőliszt adagolás esetén. Az eltérő viselkedésű kiegészítő-anyag hatása azonban lényegesen különbözött a mészkőliszt adagolású sorozatokétól. A kohósalak hőterhelés (ISO tűzgörbe alapján) során tapasztalt kedvező hatásait Lublóy és Balázs [5] tanszéki vizsgálatai már igazolták. A vizsgálati eredménysorok kiértékelése során most is az aktuális ábrán közlöm a kohósalak adagolás nélküli CEM I 32,5 RS cementpépen mért referenciaértéket is. Tömegváltozás A vizsgált 4 db., eltérő kohósalak adagolású sorozaton elvégzett vizsgálatok után a próbatesteken mérhető tömegcsökkenés mértékét mutatja a 16. ábra. Megállapítható, hogy a kohósalak adagolásával a tömegcsökkenés, tehát a felszabaduló gázok mennyisége csökken. A csökkenés azonban minimális, mintegy 4%. A felszabaduló gázok csökkenésének pozitív hatását rontja a szerkezet tömöttségéből származó gázáteresztés-csökkenés. A 17. ábrán megfigyelhető a sorozatok térfogatváltozása. A mérést ebben az esetben is nehezítette a próbatestek egy részének robbanása. Ugyanakkor az épen maradt próbatestek kevés repedést mutattak és térfogatuk jól megállapítható volt. A vizsgálat során megállapítottam, hogy a kohósalak hatására a heterogén cementpép térfogata kisebb mértékben csökken, mint a referenciaértékként szolágáló tiszta portlandcement azonos értékei. Az eltérés a végértéknél már közel 6 térfogat%-os. 8

Nyomószilárdság [MPa] Relatív nyomószilárdságok (20 C-os etalonhoz viszonyítva) Relatív tömegcsökkenés (20 C-os etalonhoz viszonyítva) Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 9-5% 2% -2% -1-4% -15% -2-25% -3 CEM I 32,5 RS ref. 2 kohósalak 35% kohósalak 45% kohósalak 6 kohósalak -16% 16. ábra: Kohósalak tartalmú keverékek tömegcsökkenése 100 80 60 40 20 0 CEM I 32,5 RS ref. 2 kohósalak 35% kohósalak 45% kohósalak 6 kohósalak 18. ábra: Kohósalak tartalmú keverékek maradó nyomószilárdságának változás Szilárdság változása 17. ábra: Kohósalak tartalmú keverékek térfogatváltozása 19. ábra: Kohósalak tartalmú keverékek maradó nyomószilárdságának relatív változás A térfogat és tömegváltozások tekintetében, az előbbiek alapján kis mértékben kedvező tulajdonságokat mutattam ki. A maradó nyomószilárdságok vizsgálatakor ugyanakkor jelentős eltéréseket tapasztaltam a mészkőliszt-adagolású sorozatok eredményeihez képest. Ahogy az a 18-19. ábrákon látható, a maradó szilárdságok abszolút és relatív értékei is közel hasonló pályán, hasonló értékeket felvéve mozognak. Saját kísérleti eredményeim kiértékelésekor megállapítottam, hogy a kohósalak adagolása a 35-45 tömeg%-os értéknél optimális. Kisebb, 2-os adagolásnál még a szilárdság csökkenését eredményezi a kohósalak adagolása, míg a nagy, 6-os adagolásnál ismét csak visszaesés tapasztalható. Az optimális érték környezetében a tiszta portlandcement közel értékeivel megegyező, sőt magas hőmérsékleten terhelt próbatestek esetén azt meg is haladó, maradó szilárdsági értékeket kaptam. 7. Megállapítások Cikkemben rámutattam az alagúttüzek természetének speciális tulajdonságaira. A balesetek során zárt térben felszabaduló és ott hamar felhalmozó jelentős hőmennyiség az alagútban tartózkodókra és annak szerkezetére is rendkívül veszélyes. Jelen cikkemben a portlandcementek és a mészkőliszt valamint kohósalak adagolással elkészített cementkövek hőterhelés utáni maradó jellemzőinek vizsgálatával foglalkoztam. Több mint 1300 próbatest vizsgálata után megállapítottam, hogy a portlandcementek szilárdsága 400 C-os tartományig 90-10-osnak tekinthetőek és még 700 C-on is cca. 4-os értéket -6% -8% -1-12% -14% 14 12 10 8 6 4 2 CEM I 32,5 RS ref. 2 kohósalak 35% kohósalak 45% kohósalak 6 kohósalak CEM I 32,5 RS ref. 2 kohósalak 35% kohósalak 45% kohósalak 6 kohósalak 9

Doktori kutatások a BME Építőmérnöki Karán 2007 10 produkál. Kimutattam, hogy a portlandcementek magas hőmérsékleti viselkedésére az őrlésfinomság is hatással van. Az őrlésfinomság és a 400-750 C környezetbeli viselkedés fordítottan arányos, legkedvezőbbnek a CEM I 32,5 R(S) cementet találtam. A CEM I 32,5 R(S) cement és mészkőliszt ill. kohósalak adagolással előállított heterogén cementek vizsgálatakor (azonos víz/finomrész de változó víz/cement tényező mellett) kimutattam, hogy a mészkőliszt adagolása szilárdsági szempontból kedvezőtlen. 20 tömeg% felett kifejezetten kedvezőtlenül befolyásolja a cementkő viselkedését. Nagy mészkőliszt-adagolás és mészégetési hőmérséklet felett hőterhelés után az égetett mész mészkővé történő visszaalakulása a próbatestek spontán széteséséhez vezet. Kohósalak adagolása során megállapítottam, hogy szilárdsági szempontból 35-45 tömeg% kohósalak esetén optimális az adagolás, amikor a kiindulási cementhez képest kismértékű javulást tapasztaltam a magas hőmérsékletű terhelés után a maradó szilárdsági jellemzőkben. 8. Köszönetnyilvánítás A szerző köszönetét fejezik ki a Holcim Zrt.-nek és a Danubius Betonkészítő Kft.-nak a kísérleti anyagok biztosításáért. A derivatogrammok elkészítéséért Dr. Kopecskó Katalinnak, míg a laboratóriumi vizsgálatok során folytatott közreműködéséért Tóth Patriknak és Eipl Andrásnak tartozom köszönettel. 9. Felhasznált irodalom [1] Blennemann, F., Girnau, G. (eds.): Brandschutz in Fahrzeugen und Tunneln des ÖPNV, Alba Fachverlag, Düsseldorf, 2005 [2] Fehérvári, S.: A füstgázok keletkezése és kezelése alagúttüzek esetén - Közúti és Mélyépítési Szemle 2007. június, pp 11-15, 2007 [3] Fehérvári, S.: Az alagúttüzek természetéről, Vasbetonépítés 2007/1 pp 13-17, 2007 [4] Fehérvári, S.: Alagúttüzek hatása a beton falazatra - Vasbetonépítés 2007/2 pp. 56-62, 2007 [5] Lublóy, É., Balázs, L. Gy.: Concrete properities in fire depending on type of cement, aggregate and fibre, CCC2007 Visegrád Proceedings, pp. 327-332., 2007 [6] Promat: Fire Curves, www.promat-tunnel.com, 2006 [7] Putz, U.: Brandbeanspruchung von Tunnelbeton ; 45. Forschungskolloquium des DAfStb, 100. Jahrgang Beton- und Stahlbetonbau, pp. 173-176, 2005 [8] Richter, E.: Heißgasentwicklung bei Tunnelbränden mit Straßen- und Schienenfahrzeugen Vergleich gemessen und in Vorschriften enthaltener Temparatur-Zeit-Verläufe, STUVA Tagung 93 in Hamburg, STUVA, Köln, pp. 131-137, 1993 [9] Wetzig, V.: Zerstörungsmechanismen beim Werkstoff Beton im Brandfall Schutzsysteme, Tunnel 7/2000, pp. 19-26, 2000 [10] Winterberg, R. és Dietze, R.: Efficient fire protection system for high performance shotcrete, Proceedings of the Second International Conference on Engineering Development is Shotcrete, Cairns, Queensland, Australia, 2004 [11] MSZ EN 1992-1-2 (2005. március): Eurocode 2: Betonszerkezetek tervezése; 1-2. rész: Általános szabályok: Tervezés tűzteherre [12] DIN 5510-2 (2003. 09.): Vorbeugender Brandschutz in Schienenfahrzeugen - Teil 2: Brennverhalten und Brandnebenerscheinungen von Werkstoffen und Bauteilen; Klassifizierungen, Anforderungen und Prüfverfahren 10