Czy betony z cementu CEM IV spełniają wymagane normą PN-EN 206 parametry?

Koncepcja równoważnych właściwości użytkowych polega na udowodnieniu nie gorszej trwałości betonu testowanego w porównaniu z betonem referencyjnym wykonanym zgodnie z wymaganiami składu podanymi w tablicach F1 i F2 normy PN-B-06265:2018-10 [2], przy czym skład betonu testowego może wykraczać poza te wymagania w zakresie zawartości cementu, wskaźnika w/c, zawartości powietrza.

Składniki użyte w badaniach muszą być ściśle zdefiniowane pod względem pochodzenia i charakterystyk. Koncepcję tę można stosować wyłącznie w przypadku użycia cementów zgodnych z PN-EN 197-1 [5].

Ogólne zasady stosowania koncepcji równoważnych właściwości użytkowych można znaleźć w normie PN-EN 206 [1], pkt. 5.2.5.3.

Wskazanie środowiska oddziaływań na beton należy do obowiązków projektanta konstrukcji. Stosujemy odpowiednie metody badawcze celem porównania rozpatrywanych właściwości betonu.

W przypadku korozji związanej z klasami XC stosujemy badanie karbonatyzacji betonu.

W przypadku oddziaływania jonów chlorkowych niepochodzących z wody morskiej (klasa XD) znaleźć można metody oparte na wyznaczeniu współczynnika dyfuzji jonów chlorkowych, współczynnika migracji jonów chlorkowych oraz całkowitego ładunku elektrycznego przeniesionego przez badany beton.

Przykład zastosowania koncepcji równoważnych właściwości użytkowych

Celem przeprowadzonych badań było określenie minimalnych wymagań składu betonu wykonanego z cementu CEM IV/B(V) 42,5 N-LH/NA, przy spełnieniu których uzyskane zostaną równoważne właściwości użytkowe w porównaniu z betonem z cementu CEM II/B-V 42,5 R-HSR w klasach ekspozycji XC3, XC4, XD1, w których to cement CEM IV jest wyłączony z zastosowania.

W obydwu przypadkach wykonano betony spełniające wymagania składu dla klas ekspozycji XC3 oraz kombinacji ekspozycji XC4, XD1. We wszystkich mieszankach wykorzystano surowce pochodzące z tej samej partii; krzywe uziarnienia stosu okruchowego pozostawały niezmienne.

Do oceny odporności betonu w klasie ekspozycji XC wykorzystano badanie karbonatyzacji betonu metodą przyspieszoną zgodnie z PN-EN 12390-12 [3], natomiast dla klasy ekspozycji XD zastosowano badanie migracji jonów chlorkowych wg ASTM C1202 [4].

Przed wykonaniem mieszanek betonowych określono kryteria ich akceptacji na podstawie badań konsystencji i zawartości powietrza.

W tab. 1 przedstawiono składy mieszanek, wyniki badań konsystencji, zawartości powietrza oraz wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach dojrzewania.

Tab. 1. Receptury oraz wyniki badań (źródło: Wyniki badań własnych przeprowadzonych przez Dział Jakości i Rozwoju Lafarge Cement S.A.)

Wszystkie wyniki badań konsystencji oraz zawartości powietrza spełniły założone kryteria zgodności.

Do oceny wytrzymałości betonu wykorzystano zapisy załącznika A normy PN-EN 206 [1] dotyczące m.in. kryteriów akceptacji badań wstępnych. Przyjęto kryterium akceptacji średniej wytrzymałości na ściskanie na poziomie co najmniej f_ck + 6 MPa.

Stosując tak określone kryteria, stwierdzono, że jedynie beton z użyciem cementu CEM IV/B(V) 42,5 N-LH/NA oznaczony jako TD1 nie spełnił zakładanej klasy wytrzymałości C30/37.

Wszystkie pozostałe przebadane betony z użyciem cementu CEM IV/B(V) 42,5 N-LH/NA spełniły zakładaną klasę wytrzymałości C30/37.

Z wykonanych mieszanek zaformowano próbki sześcienne o boku 100 mm przeznaczone do badania karbonatyzacji oraz próbki sześcienne o boku 150 mm przeznaczone do wykonania odwiertów o średnicy 100 mm i wysokości 50 mm, użytych w badaniu migracji jonów chlorkowych.

Wyniki badań karbonatyzacji

Na wykresach 1 i 2 przedstawiono wyniki w formie graficznej. Wszystkie badane serie betonów testowych zarówno dla klasy ekspozycji XC3, jak i XC4 wykazały mniejszą głębokość karbonatyzacji w porównaniu z betonami referencyjnymi. Widać znaczący korzystny wpływ zastosowanego cementu CEM IV/B(V) 42,5 N-LH/NA na odporność betonu w warunkach karbonatyzacji. Zastąpienie cementu CEM II/B(V) 42,5 R-HSR tą samą ilością cementu CEM IV/B(V) 42,5 N-LH/NA, przy zastosowaniu tego samego wskaźnika w/c daje redukcję głębokości karbonatyzacji odpowiednio o 19% dla klasy XC3 i o 34% dla klasy XC4.

Wykres 1. Wyniki badania karbonatyzacji – klasa XC3 (źródło: Wyniki badań własnych przeprowadzonych
przez Dział Jakości i Rozwoju Lafarge Cement S.A.)

Wykres 2. Wyniki badania karbonatyzacji – klasa XC4 (źródło: Wyniki badań własnych przeprowadzonych
przez Dział Jakości i Rozwoju Lafarge Cement S.A.)

Wyniki migracji jonów chlorkowych

Badanie rozpoczęto po 90 dniach dojrzewania betonu, przy czym próbki po 28 dniach zostały wyjęte z wody i umieszczone w komorze klimatycznej (wilgotność 65%, temperatura 20°C).

Do badania wykorzystano po trzy próbki walcowe uzyskane z każdej receptury. Na wykresie 3 przedstawiono wyniki w formie graficznej.

Ocenę uzyskanych wyników przeprowadzono, wykorzystując załącznik X1 normy badawczej [4], przyporządkowując badane betony do danej klasy przepuszczalności. W tab. 2 przedstawiono klasyfikację w zależności od uzyskanego wyniku badania.

Tab. 2. Klasy przepuszczalności betonu wg ASTM C1202 [4] (źródło: Wyniki badań własnych przeprowadzonych przez Dział Jakości i Rozwoju Lafarge Cement S.A.)

Analizując wyniki, można zauważyć, że wszystkie badane betony zawierają się w tej samej, bardzo niskiej klasie przepuszczalności wg ASTM C1202 (wykres 3). Redukcja wskaźnika w/c dodatkowo wpływa na zmniejszenie ilości przeniesionego ładunku elektrycznego dla receptur TD2 i TD3.

Wykres 3. Migracja jonów chlorkowych – ilość przeniesionego ładunku elektrycznego betonu w klasie XD1
(źródło: Wyniki badań własnych przeprowadzonych przez Dział Jakości i Rozwoju Lafarge Cement S.A.)

Zobacz też:

>>> Technologia betonów o podwyższonej szczelności

>>> Cementy z dodatkami mineralnymi

Wnioski

• Badania karbonatyzacji wykazały, że możliwe jest zastosowanie cementu CEM IV/B(V) 42,5 N-LH/NA pochodzącego z rozpatrywanego źródła w klasie ekspozycji XC3 oraz XC4 przy zachowaniu wymagań składu zgodnego z tabelą F1 normy PN-B-06265 [2], czyli w/c poniżej 0,60 dla klasy XC3 i 0,55 dla klasy XC4, oraz minimalna ilość cementu odpowiednio 280 oraz 300 kg/m³.
• Wszystkie analizowane receptury z użyciem cementu CEM IV/B(V) 42,5 N-LH/NA pochodzącego z rozpatrywanego źródła kwalifikują się do tej samej, bardzo niskiej klasy przepuszczalności jak beton referencyjny. W świetle powyższego wszystkie receptury testowe charakteryzują się równoważną trwałością w porównaniu z betonem referencyjnym, którego skład był zgodny z tabelami F1 i F2 normy PN-B-06265:2018-10. Beton wg receptury TD1, pomimo niespełnienia klasy wytrzymałości, wykazał podobną trwałość jak materiał referencyjny, jednak wymaga korekty składu w celu zwiększenia wytrzymałości na ściskanie. Większa ilość cementu oraz obniżony wskaźnik w/c zwiększy dodatkowo jego trwałość.
• W przypadku zastosowania cementu CEM IV/B(V) 42,5 N-LH/NA w klasach ekspozycji XC3, XC4 oraz XD1 należy pamiętać o zastosowaniu w kontroli produkcji odpowiednich procedur zapewniających uzyskanie wymaganego składu betonu w odniesieniu do ilości i jakości cementu, wskaźnika w/c oraz zawartości powietrza.

mgr inż. Michał Drabczyk, Dział Jakości i Rozwoju Lafarge Cement S.A.

mgr inż. Bogusław Lasek, Dział Jakości i Rozwoju Lafarge Cement S.A.

inż. Marcin Zakrzewski, Dział Jakości i Rozwoju Lafarge Cement S.A.

dr. inż. Grzegorzem Bajorkiem, prof. PRz, Politechnika Rzeszowska Centrum Technologiczne Budownictwa Instytut Badań i Certyfikacji

Literatura

1. PN-EN 206+A1:2016-12: Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.
2. PN-B-06265:2018-10 Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność, Krajowe uzupełnienie PN-EN 206+A1:2016-12.
3. PN-EN 12390-12: Badania betonu. Część 12: Oznaczenie odporności betonu na karbonatyzację. Przyspieszona metoda karbonatyzacji.
4. ASTM C1202-19: Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration.
5. PN-EN 197-1:2012: Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.