Utjecaj pepela na kvalitetu betona

Utjecaj pepela na svojstva betona u svježem stanju

Djelomična zamjena portland cementa s pepelom utječe na obradivost i razvoj čvrstoće betona (Monzo et al., 2003; Pan et al., 2003; Cyr et al., 2007; Garces et al., 2008; Jamshidi et al., 2011; Donatello et al., 2013;). U slučajevima zamjene dijela originalnih sirovina betona s pepelom iz termičke obrade mulja, zabilježena su duža vremena vezivanja i manje čvrstoće dobivenih betonskih elemenata (Lin et al., 2009, Donatello et al., 2013). Nepravilna morfologija čestica pepela uzrokuje smanjenje obradivosti betona, čak i uz manje omjere zamjene cementa s pepelom. Prema nekim autorima loša obradivost može se nadoknaditi povećanjem finoće čestica pepela (Pan et al., 2003), dodavanjem superplastifikatora (Monzo et al., 2003) ili pak dodavanjem lebdećeg pepela od ugljena u mješavinu (Paya et al., 2002). Pan et al. (2003) je zaključio da se povećanjem finoće čestica pepela obradivost betona poboljšava, dulje je vrijeme vezanja, veća je absorpcija vode (uslijed veće slobodne površine čestica), povećana je pucolanska aktivnost, a samim time i tlačna čvrstoća betona.

Većina autora primijetila je značajnije smanjenje obradivosti i produljenje vremena vezivanja kod mješavina pripremljenih s pepelom iz mulja. S obzirom da bi ovakvo povećano upijanje moglo imati značajniji utjecaj na dimenzijsku stabilnost betona pripremljenog s pepelom iz mulja, u daljnjim istraživanjima nužno je upravo ispitivanje deformacija koje nastaju u prvim satima reakcije veziva i vode te dugotrajnih deformacija koje nastaju uslijed sušenja betona. Također, potrebno je daljnje ispitivanje kombiniranja različitih vezivnih materijala s pepelom, kako bi se postiglo ubrzavanje vezanja, a samim time i povećanje prirasta čvrstoće.

Utjecaj pepela na svojstva betona u očvrsnulom stanju

Uz već spomenute dodatne potrebe za vodom u betonskim elementima s ugrađenim pepelom, uočeno je smanjenje kvalitete obradivosti i duže vrijeme vezanja. Cyr et al. (2007) je ukazao da negativan utjecaj dodatka pepela na rane čvrstoće betona u kasnijim fazama vezanja gubi na značaju (negativan utjecaj na čvrstoću nakon 28 dana je značajno smanjen u odnosu na čvrstoću nakon 7 dana).

Povećanjem udjela pepela uočeno je smanjenje tlačne čvrstoće betona, dok povećanje finoće čestica pepela pridonosi povećanju čvrstoće betona uz iste količinske udjele pepela. Ipak, uspoređujući rezultate pojedinih autora, zamjetne su značajne razlike u apsolutnim vrijednostima dobivenih rezultata. Primjerice, zamjena 20% portland cementa s pepelom, dovodi do različitih smanjenja tlačne čvrstoće proizvedenog betona: 32% (Tay, 1986), 52% (Pan et al., 2003), 24% (Donatello et al., 2010). U radu Jamshidi et al. (2011) objavljeno je da dodatak 10% pepela umjesto cementa uzrokuje smanjenje tlačne čvrstoće betona za 8% te se dodatak više od 10% pepela umjesto cementa može primijeniti samo kod nekonstrukcijskih betona. Prema Chen et al. (2013) čvrstoća (tlačna i na savijanje) analiziranih betonskih elemenata opada linearno s povećanjem udjela pepela za zamjenu cementa u mješavini. Taj utjecaj objašnjava dvjema hipotezama: previše vode koja je potrebna u mješavinama s pepelom kako bi se održala obradivost i sadržaj CaO u pepelu (manje od 10%) koji utječu na hidraulička svojstva. Prema Chen et al. (2013) optimalni udjeli zamjene originalnih sirovina u proizvodnji betona s pepelom su 10% pri zamjenjivanju cementa i 2% pri zamjenjivanju pijeska. Fontes et al. (2004) je analizirao utjecaj zamjene 10-30% cementa s pepelom u "high performance" betonima i zaključio da udio zamjene od 5 do 10% zadovoljava postavljene zahtjeve. Monzo et al. (1996, 1997, 1999) je zabilježio umjerena povećanja tlačnih čvrstoća betona s dodatkom pepela u odnosu na kontrolne uzorke. U njima je pokazan prosječan rast čvrstoće od 8,3 do 15,3 % u slučajevima kod kojih je 15% cementa zamijenjeno s pepelom. Ovi uzorci njegovani su potapanjem u vodu pri 40°C i upravo se umjereno povišena temperatura njegovanja smatra uzrokom zabilježenih rezultata.

Iz dosadašnjih rezultata svjetskih istraživanja očite su značajne razlike u mehaničkim svojstvima prema pojedinim autorima, koje su posljedica prije svega različitih dimenzija uzoraka morta i različitih primijenjenih omjera vode i cementa (v/c). Značajan utjecaj očigledno ima i proces termičke obrade mulja: tip peći, temperatura, utjecaj različitih aditiva tijekom termičke obrade i dr. Pregledom stanja znanja na području istraživanja može se zaključiti da utjecaj primijenjenog postupka termičke obrade na fizikalne i kemijske karakteristike pepela, te tehnologija pripreme i obrade betona/betonskih elemenata nije u potpunosti istražena te da je prisutan velik prostor za daljnja istraživanja. Posebno je potrebno istražiti mogućnosti kombiniranja vezivnih materijala, koji bi zajedno s pepelom dobivenim iz mulja potencijalno ostvarivali bolja mehanička svojstva od rezultata dosada provedenih istraživanja.