analiza betona z dodanimi vlakni iz recikliranih …

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO, PROMETNO INŽENIRSTVO IN

ARHITEKTURO

Borut Meke

ANALIZA BETONA Z DODANIMI VLAKNI

IZ RECIKLIRANIH PET PLASTENK

Diplomsko delo

Maribor, avgust 2016

Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

ANALIZA BETONA Z DODANIMI VLAKNI

IZ RECIKLIRANIH PET PLASTENK

Študent: Borut MEKE

Študijski program: visokošolski strokovni, gradbeništvo

Smer: operativno-konstrukcijska

Mentor: doc. dr. Andrej IVANIČ, univ. dipl. inž. grad.

Somentor: dr. Grega TRTNIK, univ. dipl. inž. grad.

Maribor, avgust 2016

II

SKENIRAN SKLEP O DIPLOMSKEM DELU

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Andreju Ivaniču

za strokovno pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem

kolektivu podjetja in podjetju IGMAT d.d., ki mi

je omogočilo šolanje, ter sodelavcu in somentorju

dr. Gregi Trtniku za pomoč pri izdelavi

diplomskega dela.

Posebna zahvala velja partnerki Mateji ter

najinim otrokom Nejcu, Saši in Tadeju, ki so me

potrpežljivo spremljali na tej poti.

IV

ANALIZA BETONA Z DODANIMI VLAKNI IZ RECIKLIRANIH PET

PLASTENK

Ključne besede: vlaknasti beton, polietilen tereftalat – PET, recikliranje, PET vlakna,

upogibna trdnost, tlačna trdnost, tritočkovni upogibni preizkus.

UDK: 691.32:502.174.1(043.2)

Povzetek

V diplomskem delu smo analizirali prisotnosti vlaken iz odpadnih PET plastenk na različne

lastnosti svežega in strjenega betona. Vlakna smo pridobili s preprostim mehanskim

rezanjem PET plastenk s ciljem čim manjšega vložka energije za izdelavo le-teh. Izdelali smo

vzorce vlaknastega betona z 0.5 %, 1.0 % in 1.5 % volumskim deležem PET vlaken, za

primerjavo rezultatov pa tudi vzorec vlaknastega betona z dodanimi komercialno

dobavljivimi polipropilenskimi STRUX vlakni z 0.5 % volumskim deležem vlaken ter

referenčni vzorec betona brez vlaken. Vsa vlakna smo dodali v suho betonsko mešanico.

Izvedli smo osnovne preiskave svežih betonskih mešanic, na strjenih betonskih vzorcih pa

tritočkovni upogibni preizkus ter preiskavo tlačne trdnosti in prostorninsko maso. Rezultati

so pokazali, da dodana PET vlakna izboljšajo upogibno trdnost vlaknastega betona, medtem

ko je vpliv na tlačne trdnosti vlaknastega betona praktično zanemarljiv. Najvišjo upogibno

trdnost smo ugotovili na vzorcu z 1.5 % volumskim deležem PET vlaken. Najenakomernejšo

porazdelitev rezultatov smo dosegli pri vzorcih z nižjim volumskim deležem vlaken. Beton se

je po nastanku prve razpoke obnašal duktilno.

V

ANALYSIS OF CONCRETE REINFORCED WITH RECYCLED PET BOTTLES

FIBERS

Key words: fiber-reinforced concrete, polyethylene terephthalate – PET,

recycling, PET fibers, flexural strength, compressive strength, three-

point bending test.

UDK: 691.32:502.174.1(043.2)

Abstract

In the thesis the fibrous concrete reinforced with recycled PET bottles fibers was analysed.

We analysed various properties of fresh and hardened concrete. The fibers were obtained

by a simple mechanical cutting of PET bottles, with an emphasis on minimizing energy

input for the fibers preparation. Samples of fibrous concrete with 0.5 %, 1.0 % and 1.5 %

volume fraction of PET fibers were prepared. For comparison, a sample of fibrous

concrete with the addition of a commercially available polypropylene fiber STRUX with

0.5 % volume fraction of STRUX fibers was prepared. A reference sample of concrete

without fibers was also prepared. All fibers were added to a dry concrete mixture.

We conducted a basic investigation of fresh concrete mixes. On hardened concrete a three-

point bending test was performed and tests to determine the compressive strength and

volume weight. The results showed that the added PET fibers improve the bending strength

of the fibrous concrete, while the influence on the compressive strength of the fibrous

concrete is almost negligible. The maximum flexural strength was measured in the sample

with 1.5 % volume fraction of the PET fibers. Uniform distribution of the results has been

achieved in samples with a lower volume fraction of PET fibers. The behaviour of concrete

after the formation of the first crack was ductile.

VI

VSEBINA

1 UVOD ........................................................................................................................... 1

1.1 Opredelitev problema ............................................................................................ 1

1.2 Namen in cilj diplomskega dela ............................................................................ 2

1.3 Znanstvena hipoteza .............................................................................................. 2

1.4 Predpostavke in omejitve ...................................................................................... 3

1.5 Metode preizkušanja .............................................................................................. 3

1.6 Struktura dela ......................................................................................................... 3

2 Z VLAKNI ARMIRANI CEMENTNI KOMPOZITI ............................................. 5

2.1 Uvod ...................................................................................................................... 5

2.2 Sestava z vlakni armiranih cementnih materialov ................................................. 5

2.2.1 Cementna matrica .......................................................................................... 6

2.2.2 Vlakna za utrjevanje cementnih kompozitov ................................................ 6

2.2.2.1 Sintetična vlakna ....................................................................................... 8

2.2.3 Mejna površina med matrico in vlaknom .................................................... 13

3 UPORABA VLAKEN IZ RECIKLIRANIH PET PLASTENK KOT

ARMATURE V CEMENTNIH MATERIALIH ............................................................ 15

3.1 Surovina za vlakna – polietilen tereftalat ............................................................ 15

3.2 Pregled literature s področja raziskav in analiz betona z recikliranimi PET vlakni

............................................................................................................................. 17

3.2.1 Namen raziskav ........................................................................................... 17

3.2.2 Eksperimentalno delo v raziskavah ............................................................. 18

3.2.3 Rezultati raziskav ........................................................................................ 22

3.2.4 Zaključki raziskav........................................................................................ 25

3.2.5 Primeri uporabe s PET vlakni ojačanega betona ......................................... 26

4 EKSPERIMENTALNO DELO ................................................................................ 28

4.1 Osnovni uporabljeni materiali ............................................................................. 28

4.1.1 Kameni agregat ............................................................................................ 28

4.1.2 Cement ......................................................................................................... 31

4.1.3 Zamesna voda .............................................................................................. 31

4.1.4 Dodatki k betonu ......................................................................................... 32

VII

4.1.4.1 Kemijski dodatek ..................................................................................... 32

4.1.4.2 Komercialno dobavljiva vlakna ............................................................... 32

4.1.4.3 Vlakna iz recikliranih PET plastenk in njihova priprava ........................ 33

4.2 Eksperimentalne in statistične metode ................................................................ 37

4.2.1 Eksperimentalne metode.............................................................................. 37

4.2.1.1 Analiza dimenzij narezanih PET vlaken ................................................. 37

4.2.1.2 Preizkus svežega betona po SIST EN 12350-2: 2009 Preizkus s posedom

stožca in temperatura svežega betona ...................................................................... 37

4.2.1.3 Preizkus strjenega betona po SIST EN 12390-7: 2009 Gostota strjenega

betona in Preizkus strjenega betona po SIST EN 12390-3:2009 in SIST EN 12390-

3:2009/AC:2011 Tlačna trdnost .............................................................................. 39

4.2.1.4 Preizkus strjenega betona po SIST EN 12390-5:2009 Upogibna trdnost

preizkušancev – tritočkovni upogibni preizkus ....................................................... 40

4.2.2 Statistične metode ........................................................................................ 45

4.2.2.1 Interval zaupanja...................................................................................... 45

4.2.2.2 Analiza variance - ANOVA .................................................................... 45

4.3 Priprava sveže betonske mešanice in izdelava vzorcev ....................................... 46

5 REZULTATI IN DISKUSIJA .................................................................................. 50

5.1 Rezultati analize dimenzij vlaken iz odpadne PET embalaže ............................. 50

5.2 Rezultati svežih betonskih mešanic ..................................................................... 54

5.2.1 Vizualni izgled in temperatura betona ......................................................... 54

5.2.1.1 Etalonska – kontrolna betonska mešanica z oznako BOR_01 brez vlaken .

................................................................................................................. 54

5.2.1.2 Primerjalna betonska mešanica z dodanimi STRUX 90/40 vlakni v

volumskem deležu 0.5 % z oznako BOR_04 .......................................................... 54

5.2.1.3 Mešanica z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 % z oznako

BOR_05 ................................................................................................................. 55


BOR_06 ................................................................................................................. 57


BOR_07 ................................................................................................................. 58

5.2.1.6 Pregled rezultatov priprave sveže betonske mešanice ............................. 60

VIII

5.2.2 Rezultati meritev konsistence betona .......................................................... 60

5.3 Mehanske karakteristike strjenega betona ........................................................... 63

5.3.1 Rezultati preizkusov tlačne trdnosti in gostote strjenega betona ................. 63

5.3.2 Rezultati tritočkovnih upogibnih preizkusov .............................................. 67

5.3.2.1 Beton BOR_01 brez vlaken ..................................................................... 68

5.3.2.2 Beton BOR_04 z dodanimi STRUX vlakni v volumskem deležu 0.5 % 70

5.3.2.3 Beton BOR_05 z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 % ...... 72



5.3.2.6 Rezultati tritočkovnih upogibnih preizkusov za vse mešanice ................ 82

6 ZAKLJUČKI IN UGOTOVITVE ........................................................................... 89

6.1 Zaključki in ugotovitve ........................................................................................ 89

6.2 Priporočila za nadaljnje delo ............................................................................... 92

7 VIRI IN LITERATURA ........................................................................................... 93

8 PRILOGE ................................................................................................................... 97

8.1 Seznam slik .......................................................................................................... 97

8.2 Seznam preglednic ............................................................................................. 101

8.3 Naslov študenta ................................................................................................. 103

8.4 Kratek življenjepis ............................................................................................. 103

IX

UPORABLJENE KRATICE

AB armirano betonski

ANOVA analiza variance

CH kalcijev hidroksid

CSH kalcij silikat hidrat

PAN poliakrilonitril

PE polietilen

PET polietilen tereftalat

PETE polietilen tereftalat

PP polipropilen

PVA polivinil acetat

PVC polivinilklorid

R-PET recikliran polietilen tereftalat

SEM vrstični elektronski mikroskop

Analiza betona z dodanimi vlakni iz recikliranih PET plastenk Stran 1

1 UVOD

1.1 Opredelitev problema

Gradbeništvo je eno izmed področij gospodarstva, ki pomembno prispeva k

obremenjevanju okolja, zato se v zadnjih letih posebno pozornost posveča razvoju novih

tehnologij, naprednih (predvsem neporušnih) preiskav gradbenih materialov in konstrukcij

ter seveda novih, okolju prijaznejših materialov.

Eden izmed pomembnejših načinov varovanja okolja je vedno večja in pogostejša uporaba

recikliranih odpadnih materialov v gradbeništvu. Ker ima armiran beton kot najpogosteje

uporabljeni gradbeni material na svetu pomembno vlogo pri obremenjevanju okolja

predvsem v fazi proizvodnje cementa, se v sodobni gradbeniški praksi vse večjo pozornost

namenja razvoju in uporabi odpadnih oziroma recikliranih materialov, ki lahko v določeni

meri nadomestijo cement in/ali agregat v betonu. Po drugi strani je uporaba odpadnih

materialov kot nadomestek armature v armiranem betonu bistveno manj pogosta.

Armatura v betonu ima pri nosilnosti armirano betonskih elementov ključno vlogo, saj

prenaša praktično vse natezne napetosti in omogoča dosego potrebne duktilnosti armirano

betonskega elementa. Poleg klasičnega armiranja in prednapenjanja betonskih elementov

se kot armatura v betonu pogosto uporabljajo različna, po večini jeklena vlakna, ki

pomembno izboljšajo tako (natezno) nosilnost kot duktilnost materiala

(Bandelj, 2010; Balaguru in Shah, 1992). Enakomerno porazdeljena vlakna v cementni

matrici betona namreč preprečujejo nastajanje makrorazpok iz mikrorazpok, zahvaljujoč

učinku premoščanja razpoke, zaradi vlaken v cementni matrici pa ima tako z vlakni

armiran beton številne prednosti (Bandelj, 2010; Balaguru in Shah, 1992).

Kljub temu, da je količina vlaknaste armature v betonu v primerjavi z deležem cementa in

(predvsem) agregata majhna, bi uporaba morebitnih nadomestnih (odpadnih) materialov za

pripravo vlaknaste armature ob upoštevanju količine uporabljenega betona v gradbeništvu

pomembno dodatno prispevala k zmanjšanju obremenjevanja okolja.

Med materiale z veliko možnosti recikliranja nedvomno sodi tudi polietilen tereftalat

(PET). Le-ta se po večini uporablja kot embalaža v industriji pijač. V svetu se večino

odpadne PET embalaže reciklira v nove izdelke z različnimi načini predelave. V tujini je

bilo do sedaj opravljenih več raziskav, v katerih so avtorji preiskovali možnosti uporabe


recikliranega PET kot dodatka k betonu. V večini primerov so preiskovali vpliv dodajanja

PET vlaken z namenom izboljšanja mehanskih lastnosti betona. Foti (2011) je opravila

raziskavo z vlakni, ki jih je pridobila z neposrednim razrezom PET plastenk, medtem ko so

drugi avtorji opravili raziskave z vlakni iz predhodno že recikliranega in obdelanega

odpadnega polietilen tereftalata. Avtor Kim et al. (2010) je vlakna narezal iz PET trakov,

Silva et al. (2005) je vlakna v obliki monofilamenta pridobil iz ostankov proizvodnje PET

vrvi, Ochi et al. (2007) pa iz toplotno in mehansko obdelanih PET peletov.

1.2 Namen in cilj diplomskega dela

Namen diplomskega dela je bil preveriti možnost uporabe vlaken iz recikliranih PET

plastenk v betonu. V ta namen smo v laboratoriju za beton inštituta IGMAT d.d. izvedli

obsežno eksperimentalno delo, v okviru katerega smo izvajali različne preiskave

mehanskih karakteristik betona s ciljem ugotoviti vpliv prisotnosti različne količine vlaken

iz recikliranih PET plastenk v sestavi betonskih mešanic. Rezultate preiskav smo primerjali

z rezultati preiskav, izvedenih na referenčnih betonskih vzorcih brez vlaknaste armature in

na betonskih vzorcih s prisotnostjo klasičnih, komercialno pogosteje uporabljenih

polipropilenskih STRUX vlaken.

1.3 Znanstvena hipoteza

V okviru diplomskega dela smo poizkušali dokazati naslednjo osnovno hipotezo

diplomskega dela:

„Prisotnost vlaken iz recikliranih PET plastenk v sestavi betona izboljša mehanske

karakteristike betona, predvsem njegovo upogibno trdnost in duktilnost ter preprečuje

širjenje razpok obremenjenega betonskega elementa.”


1.4 Predpostavke in omejitve

Beton smo pripravili po znani recepturi za trdnostni razred C 30/37, z razredom poseda S4.

Osnovno recepturo smo priredili potrebam preizkusa. Betonu smo dodali STRUX vlakna

in PET vlakna pridobljena iz PET plastenk.

Preizkušanci, na katerih smo določili tlačno trdnost ter prostorninsko maso strjenega

betona, so bili enotnih dimenzij, in sicer 150 x 150 x 150 mm. Preizkušanci, na katerih smo

izvedli upogibni preizkus, so bili enotnih dimenzij 100 x 100 x 400 mm. Tlačno trdnost

smo določili s tlačnimi preizkusi, ki so bili izvedeni s hidravlično stiskalnico. Upogibni

preizkusi so bili izvedeni v obliki tritočkovnega upogibnega preizkusa na univerzalnem

hidravličnem stroju.

1.5 Metode preizkušanja

Iz vsake betonske mešanice smo pripravili s standardi predpisane preizkušance.

Preizkušance smo pripravili v laboratoriju za beton inštituta IGMAT d.d. v Ljubljani in jih

negovali v bazenu z vodo, ki omogoča kontrolirane pogoje do dneva preizkusa. Pridobljene

rezultate smo ovrednotili in primerjali z izsledki iz razpoložljive znanstvene in strokovne

literature.

1.6 Struktura dela

Diplomsko delo obsega naslednja poglavja: UVOD, Z VLAKNI ARMIRANI

CEMENTNI KOMPOZITI, UPORABA VLAKEN IZ RECIKLIRANIH PET

PLASTENK KOT ARMATURE V CEMENTNIH MATERIALIH,

EKSPERIMENTALNO DELO, REZULTATI IN DISKUSIJA, ZAKLJUČKI IN

UGOTOVITVE, VIRI IN LITERATURA, PRILOGE.


V prvem poglavju: UVOD, smo opredelili in opisali problem, ki je predmet diplomskega

dela. Nato smo postavili opredelitev problema ter opisali strukturo diplomskega dela.

V drugem poglavju: Z VLAKNI ARMIRANI CEMENTNI KOMPOZITI, smo

predstavili osnovne pojme s področja z vlakni armiranih betonov.

V tretjem poglavju: UPORABA VLAKEN IZ RECIKLIRANIH PET PLASTENK

KOT ARMATURE V CEMENTNIH MATERIALIH, smo opisali PET material,

pripravo vlaken za uporabo v betonu in predstavili dosedanje raziskave betona z dodanimi

vlakni iz reciklirane odpadne PET embalaže.

V četrtem poglavju: EKSPERIMENTALNO DELO, smo predstavili osnovne materiale

za izdelavo betona, eksperimentalne in statistične metode, izdelavo vzorcev ter preiskave

sveže in strjene betonske mešanice.

V petem poglavju: REZULTATI IN DISKUSIJA, smo predstavili vse rezultate

eksperimentalnega dela in jih opisali.

V šestem poglavju: ZAKLJUČKI IN UGOTOVITVE, smo ocenili rezultate v povezavi s

ciljem diplomskega dela. Podali smo tudi priporočila za nadaljnje delo.

V sedmem poglavju: VIRI IN LITERATURA, smo navedli vse uporabljene vire in

literaturo.

V osmem poglavju: PRILOGE, smo podali seznam slik in preglednic ter osnovne podatke

o študentu.


2 Z VLAKNI ARMIRANI CEMENTNI KOMPOZITI

2.1 Uvod

Z vlakni ojačan beton je kompozitni material, ki nastane ob dodajanju vlaken v krhko

matrico navadnega betona. Zamisel o uporabi vlaken za ojačanje betona je prišla iz potrebe

po reševanje problema zaradi pojava razpok, na primer zaradi krčenja betona, ki

neizogibno vplivajo na življenjsko dobo betonskih konstrukcij. Beton je material, ki je

dobro odporen na tlačne obremenitve, vendar ima nizko natezno trdnost. Nizko natezno

trdnost betona povzročajo pojavi, kot so plastično in/ali hidravlično krčenje skupaj s tvorbo

nezaželjenih mikro in makro razpok.

Zraven splošno uveljavljenih ukrepov za omejevanje nezaželenih razpok, povzročenih

zaradi krčenja, kot so vlaženje z vodo, zaščita betonskih površin s premazi proti izsušitvi,

zaščita betonskih površin z vodonepropustno folijo ter uporabo namenskih dodatkov, so

dodana vlakna uporabna za zaustavitev ali vsaj za omejitev nastajanja razpok v betonu.

Z vlakni ojačan beton se obnaša bolje kot navaden beton zahvaljujoč „učinku šivanja”, ki

ga imajo vlakna na razpoko. Posledično imajo dodana vlakna pozitiven vpliv na natezno

trdnost, odpornost proti udarcem (žilavost), obrabo in utrujanje betona. S preizkusi je bilo

ugotovljeno, da so vlakna učinkovitejša po nastanku razpok, saj preprečujejo nadaljnje

širjenje razpok. Praktična prednost dosežena z uporabo vlaken kot ojačitvijo betona je

bistveno povečana duktilnost z vlakni ojačanega betona in zmanjšano širjenje razpok

zaradi krčenja (Foti, 2011).

2.2 Sestava z vlakni armiranih cementnih materialov

Lastnosti z vlakni armiranih cementnih materialov so odvisne od strukture kompozita. Od

sestavin kompozita je odvisno, kako se bo kompozit obnašal, kakšne bodo njegove

prednosti in kakšne bodo njegove slabosti. Osnovni sestavini kompozita sta cementna

matrica in vlakna. Za poznavanje lastnosti z vlakni armiranih cementnih materialov

moramo prav tako poznati stanje mejne površine med cementno matrico in vlaknom

(Bentur, 1990).


2.2.1 Cementna matrica

Cementna matrica pri cementnih kompozitih ni bistveno drugačna kot v drugih cementnih

materialih. Matrica kompozitu daje obliko, po njej se razporedijo elementi armature.

Matrica omogoča kompozitu nosilnost s tem, da prenaša obremenitve na vlakna, ki so v

pravilu glavni nosilni elementi. Matrica prenaša obremenitve porušenih vlaken na

sosednja, še neporušena vlakna. Ustavlja in ovira širjenje razpok ter ščiti vlakna pred

neugodnimi vplivi okolice, to je pred korozijo, pred kemičnimi vplivi in pred mehanskimi

poškodbami (Ivanič, 2011).

Glede na polnilo, ki ga cementne matrice vsebujejo, jih razdelimo na dve vrsti: na pasto

oziroma malto (mešanica cementa, peska in vode) ter na beton (mešanica peska, grobega

agregata in vode). Z vlakni armirane cementne paste in malte se običajno uporabljajo v

tankostenskih elementih. Ti elementi so med drugim armirani s celuloznimi ali steklenimi

vlakni. Izdelki iz armirane cementne paste ali malte so vlaknocementne obloge, strešne

kritine, vodovodne cevi. V teh aplikacijah so vlakna uporabljena kot primarna ojačitev v

vsebnosti od 5 do 15 % volumskega deleža. Pri izdelavi takšnih kompozitov morajo biti

uporabljene posebne proizvodne metode. Vsebnosti vlaken v betonu so veliko nižje, do

2 % volumskega deleža. V betonu vlakna delujejo kot sekundarna ojačitev, delujejo

predvsem v funkciji kontrole razpok. Izdelava takšnega betona je ista kot kot izdelava

betona brez vlaken. Pri višjih volumskih deležih vlaken v betonu je potrebno modificirati

sestavo cementne matrice. Takšne mešanice morajo vsebovati dodatno polnilo in

disperzante. Gosta mikrostruktura teh kompozitov in njihova izboljšana reologija

omogočata vključitev in enakomerno porazdelitev od 2 do 6 % volumskega deleža vlaken

(Bentur, 1990).

2.2.2 Vlakna za utrjevanje cementnih kompozitovNa voljo je široka paleta vlaken z

različnimi mehanskimi, fizikalnimi in kemijskimi lastostmi. Vpliv vlaken na lastnosti

kompozita je odvisen predsem od količine, geometrije, vrste, površine, togosti, trdnosti in

prostorske porazporeditve vlaken (Swamy, 1975).

V cementni matrici se vlakna lahko različno porazporedijo. Ob tem se mora upoštevati dva

faktorja, in sicer obliko posameznega vlakna in njihovo prostorsko porazdelitev. Vlakna

lahko razdelimo na dve vrsti: diskretna kratka monofilamentna vlakna in dolga vlakna v


svežnju (sestavljena iz svežnja filamentov s premerom 10 µm ali manj). Dolga vlakna se

lahko uporabijo kot neprekinjena ojačitev in jih lahko postavimo v zaželjeno smer v

cementno matrico. Kratka diskretna vlakna, ki so ponavadi krajša od 50 mm, pa se po

matrici prosto porazporedijo, vlakna so bolj ali manj naključno orientirana. Enakomernost

porazporeditve kratkih diskretnih vlaken po prostoru v praksi težko dosežemo. Na Sliki 2.1

so prikazane možne porazdelitve dolgih vlaken v svežnju in kratkih diskontinuiranih

vlaken po ravnini in po prostoru.

Slika 2.1: Prikaz možnih razporeditve vlaken v eni, dveh ali treh dimenzijah: dolga vlakna (a, c),

kratka vlakna (b, d). (a) enodimenzionalna razporeditev 1-D; (b, c ) dvodimenzionalna razporeditev

2-D; (d) trodimenzionalna razporeditev 3-D (Bentur, 1990).

Poznamo več vrst materialov, iz katerih so vlakna. To so kovinska, steklena, sintetična,

naravna-organska in naravna-anorganska vlakna. Jeklena vlakna so že dolgo v uporabi.

Vedno bolj pa narašča uporaba sintetičnih vlaken, ki so po učinkovitosti primerljiva z

jeklenimi vlakni. Sintetična vlakna, ki se uporabljajo za utrjevanje cementnih kompozitov,

so izdelana iz polimernih materialov. Vse bolj v uporabo prihajajo ogljikova vlakna

(Bentur, 1990).


Po velikosti monofilamentna vlakna delimo na makrovlakna in mikrovlakna. Makrovlakna

so daljša kot je maksimalno zrno agregata, njihov premer pa je občutno večji od velikosti

cementnega zrna (povprečna velikost < 50 μm), razmerje med dolžino in premerom pa

mora biti manjše od 100. Mikrovlakna so krajša kot je premer maksimalnega zrna

agregata, njihov premer pa je enakega velikostnega razreda kot je velikost cementnega

zrna (Ivanič, 2011).

Osnovna prednost makro vlaken je kontrola po pojavu prve razpoke in nadzor

temperaturnega krčenja podobno, kot ga nadzirajo pravilno postavljene armaturne mreže.

Vlakna lahko nadomestijo armaturo za preprečevanje nastajanja in širjenja razpok v talnih

ploščah industrijskih in stanovanjskih objektov, montažnih tanko stenskih elementih in

kompozitnih jeklo-betonskih strešnih ploščah (GCPAT, maj 2016).

2.2.2.1 Sintetična vlakna

Sintetična vlakna se vedno bolj uporabljajo za armiranje cementnih kompozitov. Izkazala

so se kot uporabna v praksi in pri preizkusih. Imajo lastnosti, ki jih druga vlakna nimajo.

So kemično inertna, ne korodirajo, so enostavna za uporabo, ob isti količini so lažja kot

jeklena vlakna. Sintetična vlakna so lahko narejena iz polimernih materialov kot so akril,

poliolefin, polivinil acetat, polietilen, polipropilen, poliakrilonitril, poliamid, aramid in

poliester. Na Sliki 2.2 smo prikazali različne vrste sintetičnih vlaken. Najpogosteje se

uporabljajo polipropilenska vlakna. Vlakna namensko razvijajo z namenom izboljšanja

njihovih fizikalno-kemijskih lastnosti, zato se lahko lastnosti sintetičnih vlaken med seboj

močno razlikujejo. Da vlakna povečajo trdnost kompozita, morajo imeti višji modul

elastičnosti kot je modul elastičnosti cementne matrice. Za materiale na osnovi cementa, ki

imajo modul elastičnosti med 15 in 40 GPa, je ta pogoj težko izpolniti z večino sintetičnih

vlaken. Zato so bila namensko razvita sintetična vlakna z visokimi moduli elastičnosti.

Vendar pa so teoretične in praktične raziskave pokazale, da lahko tudi vlakna, ki imajo

majhen modul elastičnosti, zelo izboljšajo mehanske lastnosti z vlakni armiranega betona.

Vlakna z majhnim modulom elastičnosti izboljšajo upogibno natezno trdnost po prvi

razpoki, duktilnost in nadzor nad širjenjem razpoke.


a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

Slika 2.2: Različne vrste in oblike sintetičnih vlaken: a) (JLCONLINE, maj 2016), g)

(BPMSELECT, maj 2016) najlonska vlakna, b) (MAKROFIBER, maj 2016), c)

(BARRIEDIRECT, maj 2016), d) (FORTA-FERRO, maj 2016), e) (CONCRETEATHOME, maj

2016) polipropilenska vlakna, f) (GREENGAGECORPORATION, maj 2016) polipropilenska

vlakna iz recikliranega materiala, h) (KORDSAGLOBAL, maj 2016) poliamidna vlakna; i)

(HEBSANTONG, maj 2016) vlakna iz polivinil acetata.

Področje razvoja sintetičnih vlaken stalno napreduje, še posebej pri razvoju

polipropilenskih vlaken. Pomembno je, da ne enačimo lastnosti vlaken z imenom

materiala, iz katerega so izdelana. Različne vrste vlaken izdelanih iz istega materiala se

med seboj lahko zelo razlikujejo po modulu elastičnosti, enostavnosti umešanja, geometriji

in alkalni odpornosti. V Preglednici 2.1 smo primerjali fizikalne in mehanske lastnosti


vlaken iz dveh virov. Iz preglednice je razvidno, da se lastnosti vlaken iz istega materiala

lahko razlikujejo (Bentur, 1990).


Preglednica 2.1: Fizikalne lastnosti cementne matrice, sintetičnih in jeklenih vlaken (Bentur, 1990;

Cement & Concrete Institute, 2001).

Vrs

ta v

laken

P

rem

er (

µm

) G

ost

ota

(g/c

m3)

Nat

ezna

trd

no

st

(MP

a)

Mo

dul

elas

tično

sti

(GP

a)

Mak

s. r

azte

zek

(%)

B

entu

r

19

90

C&

C I

20

01

Ben

tur

19

90

C&

C I

20

01

Ben

tur

19

90

C&

C I

20

01

Ben

tur

19

90

C&

C I

20

01

Ben

tur

19

90

C&

C I

20

01

Akri

l (P

AN

) 2

0-3

50

5-1

7

1.1

6-1

.18

1.1

8

200

-100

0

200

-100

0

14

-19

14.6

-19.6

1

0-5

0

7.5

-50

.0

Ara

mid

(Kev

lar)

1

0-1

2

10

-12

1.4

4

1.4

-1.5

2

300

-35

00

2000

-35

00

63

-120

62

-130

2-4

.5

2.0

-4.6

Naj

lon

(po

liam

id)

23

-400

20

-25

1.1

4

1.1

6

750

-100

0

965

4.1

-5.2

5

.17

16

-20

20

Po

lies

ter

10

-200

10

-80

1.3

4-1

.39

1.3

4-1

.39

230

-120

0

280

-120

0

10

-18

10

-18

10

-50

10

-50

Po

liet

ilen

(P

E)

25

-1000

25

-1000

0.9

2-0

.96

0.9

6

80

-600

80

-600

5

5

3-1

00

12

-100

Po

liet

ilen

(HP

PE

) -

- -

0.9

7

- 1

000

-30

00

- 8

0-1

50

- 2

.9-4

.1

Po

lio

lefi

n

150

-635

- 0

.91

- 2

750

00

- 2

.7

- 1

5

-

Po

lip

rop

ilen

(PP

) 2

0-4

00

10

-200

0.9

-0.9

5

0.9

0-0

.91

450

-760

310

-760

3.5

-10

3.5

-4.9

1

5-2

5

6-1

5

Po

livin

il a

ceta

t

(PV

A)

14

-650

3-8

1

.3

1.2

-2.5

8

00

-150

0

800

-360

0

29

-36

20

-80

5.7

4

-12

Jekle

na

vla

kna

(za

pri

mer

javo

) 1

00

-100

0

5-1

000

7.8

4

7.8

5

500

-260

0

200

-260

0

210

195

-210

0.5

-3.5

0

.5-5

Cem

entn

a

mar

tica

-

- 1

.5-2

.5

- 0

.3-0

.7

- 1

0-4

5

- 0

.02

-


Prednosti sintetičnih makro vlaken so:

- kemična inertnost,

- ob isti količini so lažja kot jeklena vlakna,

- prihranki zaradi nižjih stroškov dela in manjšega števila gradbenih dni,

- povečana varnost ob delu, ker odpade delo z jeklenimi vlakni, armaturnimi

mrežami ali lahko armaturo,

- omogočajo odlično kontrolo razpok zaradi vpliva geometrijske oblike betonskih

elementov,

- odporna so proti obrabi in ne korodirajo,

- kontrolirajo pojav in širjenje razpok zaradi plastičnega krčenja ter krčenja ob

zorenju betona.

2.2.2.1.1 Polipropilen in polipropilenska vlakna

Polipropilen (PP) je čisti ogljikovodik, sestavljen samo iz ogljika in vodika. PP je med

najbolj proizvajanimi polimernimi snovmi. Komercialni PP ima gostoto med 0.89 in

0.92 g/cm3, tališče okoli 170 °C, njegovo območje uporabe je med 0 do 150 °C. PP je

odporen proti vodi, večini organskih topil, mazivom in anorganskim kemikalijam. PP je

kislinsko in alkalno odporen (NTF UL, 2010). V Preglednici 2.2 smo predstavili fizikalne

in mehanske lastnosti polipropilena.

Preglednica 2.2: Fizikalne in mehanske lastnosti polipropilena (Žigon, 2009).

Lastnost Polipropilen

Gostota (g/cm3) 0.90 – 0.91

Natezna trdnost (N/mm2) 31 – 41

Raztezek (%) 100 – 600

Tlačna trdnost (N/mm2) 38 – 55

Zarezna udarna žilavost (J/m) 21 – 53

Modul elastičnosti (N/mm2) 1100 – 1500

Koeficient toplotnega raztezanja (1/K) (8.1 – 10) 10-5

Temperatura uporabe (°C) do 150

Tališče (°C) 160 – 170


Glavna prednost polipropilenskih vlaken je njihova visoka alkalna odpornost, relativno

visoka točka taljenja in nizka cena. Slabosti polipropilenskih vlaken so slaba požarna

odpornost, občutljivost na svetlobo in kisik, majhen modul elastičnosti (od 1 do 8 GPa) in

slaba povezljivost s cementno matrico. Z razvojem polipropilenskih vlaken sta se majhen

modul elastičnosti in slaba povezljivost s cementno matrico znatno povečala.

Monofilamentna vlakna imajo modul elastičnosti med 3 in 5 GPa, natezno trdnost pa med

140 in 690 MPa. Posebej razvita vlakna pod komercialnim imenom Kenit imajo modul

elastičnosti med 7 in 18 GPa, natezno trdnost pa med 500 in 1200 MPa. Zaradi kemične

strukture je polipropilen hidrofoben, kar zmanjšuje povezljivost s cementom in otežuje

porazporeditev po matrici. Vendar so vlakna namenjena za armiranje betona površinsko

obdelana, tako da se lažje povežejo s cementno matrico (Bentur, 1990).

2.2.3 Mejna površina med matrico in vlaknom

Mehansko-fizikalne lastnosti cementnih kompozitov so v veliki meri odvisne od stanja

mejne površine, to je področja med vlaknom in cementno matrico, v kateri je

mikrostruktura matrice bistveno drugačna od ostale matrice, ki ni v stiku z vlaknom.

Narava in obseg te mejne površine je odvisna od vrste vlaken in od tehnologije izdelave

kompozita. Zato sta predvsem vpetje in izvlek vlakna zelo odvisna od mikrostrukture v

mejni površini.

Posebna mikrostruktura mejne površine v cementnih kompozitih je tesno povezana z

naravo delcev v matrici. Sveža matrica je sestavljena iz diskretnih cementnih delcev s

premerom od 1 do 100 µm (povprečne velikost 10 µm), ki med hidratacijo reagirajo z

koloidnimi CSH (kalcijev silikat hidrat) delci in z večjimi CH kristali (kalcijev hidroksid).

Narava delcev sveže mešanice pomembno vpliva na mejno površino, saj vodi do tvorbe z

vodo napolnjenih por okoli vlaken zaradi dveh povezanih učinkov, kot sta neučinkovito

nalaganje cementnih delcev, velikih okoli 10 µm, v področje od 20 do 40 µm od površine

vlakna (cementni delci ne zapolnijo majhnih prostorov v neposredni bližini vlakna) in

izločanje vode zaradi nezadostne zapolnjenosti prostora okoli vlakna s cementnimi delci.

Zato je matrica v bližini vlakna dosti bolj porozna od ostale matrice. Te pore, ki so

napolnjene z vodo, se z razvojem hidratacije le delno zapolnijo. V njih se tvorijo krhki CH

kristali. Pri razvoju mikrostrukture ob mejni površini moramo upoštevati tudi vrsto vlaken.


Pri monofilamentnih vlaknih je v neposrednem stiku z mejno površino celotna površina

vlakna, medtem ko so pri snopih vlaken v neposrednem stiku z mejno površino samo

zunanja vlakna snopa.

Mikrostrukturo v mejni površini okoli monofilamentnih vlaken je obravnavala študija

cementnih past ojačanih z jeklenimi vlakni (Bentur, 1990). Shematsko jo prikazujemo na

Sliki 2.3. V zrelih kompozitih je mejna površina bogata s porami in s CH kristali, ki so po

navadi v neposrednem stiku s površino vlakna. Debelina mejnega področja, ki je setavljeno

iz treh plasti, je okoli 50 µm. Prva plast s CH kristali je lahko debela od 1 do 2 µm

(DUPLEX FILM), kjer so plošče CH kristalov vzporedne s površino vlakna. Druga plast je

debeline od 10 do 30 µm in vsebuje relativno velike CH kristale (CH KRISTALI). Tretja

plast debeline do 20 µm je brez CH kristalov, ima visoko vsebnost por (POROZNA

PLAST) ter vsebuje CSH in etringit.

Slika 2.3: Shema mikrostrukture mejne površine kompozita ojačanega z jeklenimi vlakni (povzeto

po Bentur, 1990).

DUPLEX FILM

CH KRISTALI JEKLENO VLAKNO

POROZNA PLAST

CEMENTNA PASTA


3 UPORABA VLAKEN IZ RECIKLIRANIH PET PLASTENK

KOT ARMATURE V CEMENTNIH MATERIALIH

3.1 Surovina za vlakna – polietilen tereftalat

Polietilen tereftalat: PET, je termoplastična poliestrska smola iz družine poliestrov. Za

poliestre je značilno, da je estrska skupina v monomeru del glavne verige, medtem ko so

ostale kemijske funkcionalne skupine lahko zelo različne. Po sestavi in namembnosti se

poliestri precej razlikujejo. PET ima zelo trdo površino, je prosojen, ima izvrstne

mehanske lastnosti razen udarne žilavosti, nizek koeficient trenja, dobro dimenzijsko

stabilnost, majhno prepustnost za pline in nizko absorpcijo vode, je hidrofoben. PET ali

PETE se uporablja za tekstilna vlakna (Terilen, Dacron, Diolen, Trevira), folije (Mylar),

magnetne trakove, podlogo fotografskega filma, za tehnične predmete (deli strojev, črpalke

za vodo, zobniki, ležaji, cevovodi), v elektroindustriji (deli elektromotorjev,

transformatorjev), za različno embalažo ... Zaradi njegove fiziološke neoporečnosti se ga

na veliko uporablja v proizvodnji plastenk za gazirane in negazirane pijače (NTF UL,

2010). V Preglednici 3.1 smo predstavili fizikalne in mehanske lastnosti polietilen

terftalata.

Preglednica 3.1: Fizikalne in mehanske lastnosti polietilen tereftalata (Žigon, 2009).

Lastnost PET

Gostota (g/cm3) 1.38

Natezna trdnost (N/mm2) 52

Raztezek (%) 200

Modul elastičnosti (N/mm2) 2600

Trdota (Shore) M80

Koeficient toplotnega raztezanja (1/K) 7 10-5

Tališče (°C) 223

PET je polimerni material namenjen različni uporabi. Zato ima vsaka vrsta PET plastenk

svoje specifične fizikalno–mehanske lastnosti. Plastenke za negazirane pijače praviloma

niso tako trdne kot plastenke za gazirane pijače. PET granulatom, iz katerih se proizvajajo

plastenke in predforme za plastenke, se dodajajo različni dodatki, med drugimi tudi ogljik.

Tako dobi PET plastenka lastnosti, ki jo zahteva tekočina, ki bo v njej, oziroma naročnik,


ki bo PET plastenko uporabil. Prav tako se na trgu pojavlja vedno več R-PET

(recikliranega PET granulata), kateremu se ne da natančno določiti fizikalno–kemijskih

lastnosti, saj je zmes različnih vrst PET. Da bi dobili zanesljive podatke o fizikalno–

kemijskih lastnostih večine PET plastenk na trgu, bi morali od vsakega proizvajalca

posebej pridobiti podatke o fizikalno–kemijskih lastnostih njihovih plastenk, kar bi bilo

zelo zahtevno, saj vsak skriva lastnosti materiala, ali pa bi morali za večino PET plastenk

na trgu opraviti preizkuse za določitev fizikalno–kemijskih lastnosti. Na spletu je pri

proizvajalcih PET granulata večinoma dostopen samo „Material safety data sheet”, ki pa

ne vsebuje uporabnih podatkov o fizikalno–kemijskih lastnostih PET.

PET plastenke predstavljajo velik delež v odpadni embalaži in jih je enostavo avtomatsko

sortirati. Zato so na razpolago velike količine uporabljenih PET plastenk za ponovno

ekonomsko uporabo. V zadnjih letih delež zbranih plastenk v Evropi skokovito narašča.

Samo v Evropi je bilo leta 2011 zbranih in recikliranih okoli 1590000 ton PET plastenk,

kar je predstavljalo 51 % vseh PET plastenk na evropskem tržišču. Na Sliki 3.1 je prikazan

stolpični diagram zbranih PET plastenk v Evropi med leti 2000 in 2011. V nekaterih

državah, kot so Nemčija, Islandija, Norveška in Švica, zberejo in reciklirajo 90 %

uporabljene PET embalaže. Z recikliranjem tako postane PET del zaprtega surovinskega

kroga, kar bistveno zmanjša porabo dragocenih virov, kot je surova nafta (NEOGROUP,

maj 2016).


Slika 3.1: Rast količine zbranih in recikliranih PET plastenk v Evropi, med leti 2000 in 2011

(povzeto po NEOGROUP, maj 2016).

3.2 Pregled literature s področja raziskav in analiz betona z recikliranimi PET

vlakni

3.2.1 Namen raziskav

Silva et al. (2005) so želeli preiskati trajnost recikliranih PET vlaken v materialih na

osnovi Portland cementa in v alkalnem okolju. Da bi to dosegli, so avtorji ocenili

mehanske lastnosti recikliranih PET vlaken po 42, 104 in 164 dneh. Na vzorcih izdelanih

iz malte so določili tlačno, natezno in upogibno trdnost, modul elastičnosti ter žilavost

vzorcev. Prav tako so z vrstično elektronsko mikroskopijo (scanning electron microscopy –

SEM) in infrardečo spektroskopijo (infrared spectroscopy) opazovali degradacijo vlaken

po 150 dneh v različnih alkalnih raztopinah.

Leto

Slika 4: Rast količine uporabljenih PET plastenk zbranih v Evropi

(PETCORE)

Po

no

vn

o z

bra

ne

PE

T p

last

enke

(10

00 t

)


Ochi et al. (2007) so želeli poiskati in opisati metodo, ki bi se lahko uporabljala za izdelavo

vlaken iz odpadnih PET plastenk za ojačanje betona. Želeli so preveriti tudi alkalno

obstojnost vlaken, ker je alkalna obstojnost PET vlaken v betonu vprašljiva. Kot primer

uporabe so opisali zaščito izkopa v rudniku in tlakovanje gozdnih cest.

V raziskavi avtorice Foti (2011) so želeli vlakna pridobiti z mehanski razrezom PET

plastenk, kar je najcenejši način izdelave PET vlaken. Pridobili so dve vrsti vlaken. Prva so

bila ravna vlakna, druga pa krožna. Plastenko so razrezali pravokotno na višino, da so

dobili vlakna v obliki črke „O”. Vlaken niso naknadno obdelali za boljšo oprijemljivost z

matrico, saj bi to pomenilo povišanje stroškov izdelave vlaken. Naredili so vzorce iz treh

vrst mešanic. Vzorec iz mešanice brez vlaken, vzorec iz mešanice z ravnimi vlakni in

vzorec iz mešanice z „O” vlakni.

Kim et al. (2010) so v raziskavi želeli predstaviti možnost uporabe recikliranih PET vlaken

v betonu. Primerjali so rezultate betona ojačanega s PET in PP vlakni. Obojna vlakna so

dodajali v volumski vsebnosti 0.5 %, 0.75 % in 1.0 %. Na izdelanih vzorcih so izmerili

tlačno trdnost ter modul elastičnosti. Prav tako so izvedli upogibni preizkus.

3.2.2 Eksperimentalno delo v raziskavah

Silva et al. (2005) so v raziskavi uporabili vlakna, ki so stranski produkt proizvodnje vrvi

iz recikliranih PET plastenk. Vlakna so monofilamentna, premera 26 µm in dožine 20 mm

(razmerje 1:769).

V prvem delu eksperimenta so vlakna za 150 dni pri temperaturi 5,25 in 50 °C izpostavili

vplivu delovanja naslednjih alkalnih raztopin:

- nasičena raztopina Ca(OH)2 (kalcijev hidroksid) z vrednostjo pH = 12.3,

- 0.1 M raztopina NaOH (natrijev hidroksid) z vrednostjo pH = 13.0,

- Lawrence-ova raztopina (0.48 g/l Ca(OH)2 + 3.45 g/l KOH (kalijev hidroksid)

+ 0.88 g/l NaOH) z vrednostjo pH = 12.9 (ta raztopina je najboljši približek

sestave vode v porah popolnoma hidratizirane cementne paste).

Vlakna so nato analizirali z infrardečo spektroskopijo in z vrstično elektronsko

mikroskopijo. V drugem delu eksperimenta so naredili vzorce iz malte z dodanimi PET


vlakni. Malta je bila sestavljena iz Portland cementa in srednje granuliranega

kremenčevega peska (Dmax = 2.4 mm), masno razmerje med cementom in peskom je bilo

1:3, razmerje med vodo in cementom pa je bilo 0.61. Vzorce so nato za 14 dni pustili v

apneni vodi pri pH = 12.3. Za tem so vzorce pri starosti 42, 104 in 164 dni preizkusili in

jim določili tlačno, natezno in upogibno trdnost, modul elastičnosti ter žilavost. Površino

zloma so analizirali z vrstično elektronsko mikroskopijo, da bi našli dokaze o degradaciji

vlaken v cementni matrici.

Ochi et al. (2007) so najprej pripravili PET vlakna. Kot osnovno surovino za vlakna so

uporabili reciklirane PET pelete pridobljene iz PET plastenk. Ker so lastnosti plastičnih

vlaken odvisne od proizvodnega procesa, so se odločili za proizvodnjo monofilamenta.

Običajni proces proizvodnje monofilamenta je taljenje peletov, iztiskanje skozi šobo in

nato vroče vlečenje v vlakno. S tem postopkom se polimerne verige poravnajo vzporedno z

dolžino vlakna. Zato se trdnost vlaken poveča za več kot en velikostni razred. Pridobili so

vlakna s premerom 0.7 mm. Zaradi ocene, da se bo vlakno z lahkoto izvleklo iz cementne

matrice, ker je pregladko, so vlakna naknadno obdelali. Tako so vlakna dobila valovito

površino za boljšo sprijemljivost s cementno pasto. Nato so vlakna narezali na dolžino od

30 do 40 mm. Dolžino vlaken so izbrali v kombinaciji z izkušnjami, s preprostimi izračuni

in s predhodnimi preiskavami.

Nato so preizkusili sposobnost umešanja PET vlaken v beton. Dobra sposobnost umešanja

PET vlaken v beton je zelo pomembna za zagotavljanje enakomerne porazdelitve vlaken v

betonu brez vlaknastih gnezd. Avtorji so analizirali ročno in strojno umešanje vlaken v

svežo betonsko mešanico. Preizkus ročnega umešanja so opravili tako, da so v posodi

temeljito premešali odmerjen agregat in cement. Nato so maso z lopato mešali 8 minut in

postopoma dodajali vodo. Potem so v 4 delih dodali PET vlakna in maso ponovno mešali

še 8 minut. Končna količina vlaken v mešanici je bila 0.76 % volumskega deleža. Preizkus

strojnega mešanja so opravili tako, da so odmerjen fini agregat in cement 15 sekund mešali

v mešalniku s prostornino 55 dm3. Nato so 30 s dodajali vodo in v naslednjih 45 s dodajali

še grobi agregat. Nato so dodali PET vlakna v različnih volumskih odstotkih (od 0.5 do

1.5 %) in dodatno mešali še 45 s. Iz dobljene mase so izdelali vzorce, prizme z

dimenzijami 100 x 100 x 400 mm za upogibni preizkus.


Za štiri točkovni upogibni preizkus so uporabili beton z v/c faktorjem 0.65, 0.60 in 0.55 ter

z volumsko vsebnostjo vlaken 0 %, 0.5 %, 1.0 % in 1.5 %. Uporabili so preizkušance

dimenzij 100 x 100 x 400 mm. V mešanici niso uporabili plastifikatorja.

Vzorci za preizkus tlačne trdnosti so imeli obliko valja premera 100 mm in višine 200 mm.

Pri različnih v/c faktorjih so ugotovili, da se je tlačna trdnost z višjimi vsebnostmi vlaken

višala.

Preizkus odpornosti PET vlaken na alkalno okolje so avtorji izvedli tako, da so PET, PP in

PVA vlaknom z nateznim preizkusom določili natezne trdnosti. Nato so pripravili

raztopino 10 g natrijevega hidroksida v 100 g destilirane vode. V raztopino so za 120 ur pri

60 +/- 2 °C namakali PET, PP in PVA vlakna. Nato so vlaknom ponovno določili natezno

trdnost.

Preizkus odpornosti vlaken proti izvleku so izvedli s PET vlakni in s komercialno

dobavljivimi PP vlakni. V vzorec v obliki valja so vgradili 15 mm vlakna, 15 mm vlakna je

ostalo zunaj. Po negi so vzorec vstavili v univerzalni preizkusni stroj. Preizkus so naredili

po sedmih dneh na desetih vzorcih.

V raziskavi avtorice Foti (2011) so izvedli dve seriji preizkusov. V prvi seriji preizkusov

so želeli ugotoviti, ali je z umešanjem PET vlaken v beton možno dobiti uporabne

rezultate. Zato so v mešanico dodali samo 0.26 % PET vlaken glede na maso sveže

betonske mešanice z namenom, da se ne bi zmanjšala tlačna trdnost in obdelavnost betona.

Dodali so ravna in „O” vlakna. Vlakna so izrezali iz 0.5 litrskih plastenk. Ravna vlakna so

bila dolga 32 mm, široka 2 mm in debela 0.1 mm. „O” vlakna so imela premer med 30 in

50 mm ter so bila široka okoli 5 mm. Vsako mešanico so vgradili v kalupe z dimenzijami

100 x 100 x 400 mm. Prav tako so naredili in vgradili mešanico brez vlaken. Vzorce so

negovali 28 dni v skladu s standardom UNI EN 12390:2009. Na vzorcih so nato izvedli

tritočkovni upogibni preizkus.

Na podlagi ugotovitev prve serije testov so v drugi seriji testov naredili več vzorcev z višjo

in različno vsebnostjo PET vlaken. Izdelali so „O” vlakna s premerom 60 mm in s širino

5 mm. Ravna vlakna so bila dolga 35 mm in široka 5 mm. Želeli so zagotoviti ponovljivost

preizkusov. Zato so uporabili komercialno dobavljivo industrijsko pripravljeno mešanico

za beton. Za tritočkovni upogibni preizkus so naredili osem prizem dimenzij

100 x 100 x 400 mm. Naredili so dva vzorca brez vlaken, dva vzorca z „O” vlakni v


vrednosti 0.50 % mase betona, dva vzorca z „O” vlakni v vrednost 0.75 % mase betona in

dva vzorca z ravnimi vlakni v vrednosti 0.50 % mase betona. Prav tako so za vsako vrsto

betona naredili kocke dimenzij 100 x 100 x 100 mm za preizkus tlačne trdnosti otrdelega

beton. Po 28 dneh nege so vzorce preizkusili. Izvedli so tudi natezni preizkus ravnih PET

vlaken.

Kim et al. (2010) so kot osnovo uporabili betonsko mešanico z w/b (vodovezivno

razmerje) razmerjem 0.41 ter z maksimalnim zrnom agregata 25 mm. V mešanico so

dodali plastifikator in aerant za ciljno vsebnost zraka v betonu 4.5 +/- 1.5 %. Iz trakov

recikliranega PET materiala so izdelali vlakna in jih strojno nagubali. Tako so dobili

vlakna z boljšo oprijemljivostjo v cementni matrici. Vlakna so naknadno obdelali z

anhidridom maleinske kisline. Tako so vlakna postala hidrofilna. Vlakna so nato narezali

na 50 mm dolge in 1.3 mm široke trakove. V betonsko mešanico so umešali PET in PP

vlakna v vrednosti 0.5 %, 0.75 %, in 1.0 % volumskega deleža. Po 28 dneh so na cilindrih

s premerom 100 mm in z višino 200 mm opravili preizkus tlačne trdnosti in modula

elastičnosti.

Z željo simulirati realne pogoje v konstrukcijah so avtorji zasnovali AB nosilec, na

katerem so analizirali strižne in upogibne napetosti. Na nosilcu so izvedli štiritočkovni

upogibni preizkus. Nosilec je bil zasnovan tako, da se je porušil zaradi upogiba. V nosilec

so dali natezno in strižno jekleno armaturo. Izdelali so sedem nosilcev. En nosilec brez

vlaken, tri nosilce z dodanimi PP vlakni v volumskem deležu 0.5 %, 0.75 % in 1.0 % ter tri

nosilce z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 %, 0.75 % in 1.0 %. Med

preizkusom je bila stopnja vertikalnega pomika 0.025 mm/s. Na spodnji strani nosilca so

merili napetost in deformacijo. Nastajanje razpok so opazovali vizualno. Elastično

obnašanje pred nastankom prve razpoke je bilo podobno pri vseh vzorcih, neglede na

vsebnost in vrsto dodanih vlaken.


3.2.3 Rezultati raziskav

Silva et al. (2005) so prišli do naslednjih rezultatov: na PET vlaknih potopljenih v raztopini

0.1 M NaOH z infrardečo spektroskopijo in z vrstično elektronsko mikroskopijo ni bilo

mogoče identificirati procesa degradacije. Temperatura raztopine ni vplivala na rezultate

preiskave. V drugih dveh raztopinah je bilo na dnu po 150 dneh opaženih nekaj manjših

oborjenih delcev. Z infrardečo spektroskopijo in z vrstično elektronsko mikroskopijo je

bilo mogoče opaziti malo dokazov o degradaciji PET vlaken. Ob primerjavi infrardečega

spektra PET vlaken pred in po obdelavi v alkalni raztopini so opazili nekaj interakcije med

PET in alkalno raztopino. Rezultati mehanskih preizkusov so bili statistično obdelani po

metodi analize variance (ANOVA). Prisotnost vlaken v malti ni imela praktično nobenega

vpliva na tlačno in natezno trdnost materiala. Največji vpliv na tlačno in natezno trdnost je

imela starost vzorcev. ANOVA analiza je pokazala, da vlakna ne vplivajo na natezno

trdnost in na modul elastičnosti pri upogibnem preizkusu, saj je trdnost kompozita do prve

razpoke po navadi blizu trdnosti materiala brez ojačitve. Vlakna prav tako nimajo vpliva na

indeks žilavosti malte do prve razpoke, ker ne vplivajo na končno trdnost in na modul

elastičnosti. Po drugi strani pa ni bilo mogoče izmeriti indeksa žilavosti malte brez vlaken,

ker se je vzorec porušil s krhkim zlomom takoj, ko se je pojavila prva razpoka.

Pri malti brez vlaken se pričakuje, da se bo indeks žilavosti s staranjem povečeval zaradi

višanja stopnje hidratacije cementa v odvisnosti od časa. Pri malti z vlakni se indeks

žilavosti s staranjem znižuje zaradi degradacije vlaken. Dobljeni rezultati so bili v skladu z

nekaterimi drugimi preiskavami, kjer so ugotovili, da se žilavost poliesterskih vlaken v

alkalnem okolju sčasoma znižuje. Pregled površine zloma z vrstičnim elektronskim

mikroskopom po 164 dneh je pokazal, da je površina vlaken groba. To nakazuje, da so se

vlakna poškodovala zaradi stika s cementno matrico. V nekaterih delih površine so ostali

samo prazni prostori v cementni matrici zaradi razgradnje ali izrtrganja vlaken med

preizkusi.

Avtorji so ugotovili, da ni enoznačnega odgovora o trajnosti PET vlaken v materialih na

osnovi Portland cementa in v alkalnem okolju. Glede na nekatere preiskave poliesterska

vlakna sčasoma degradirajo, ko so vgrajena v materiale na osnovi Portland cementa. Po

drugi strani pa nekateri avtorji navajajo dobro učinkovitost PET vlaken v maltah in

betonih.


Ochi et al. (2007) so prišli do naslednjih rezultatov: sveža mešanica po ročnem in strojnem

mešanju z dodanimi PET vlakni je bila homogena, v njej niso opazili vlaknastih gnezd. Ob

pripravi sveže betonske mešanice so opazili, da se je vrednost poseda znižala za kar štiri

krat. Pri sveži betonski mešanici brez vlaken je posed betona znašal 165 mm, pri mešanici

z 1.5 % vlaken pa je posed betona znašal samo še 40 mm.

Upogibna trdnost je variirala do vsebnosti 1.0 % vlaken, pri 1.5 % pa se je bistveno

povečala. Trend variiranja in nato naraščanja upogibne trdnosti je bil jasno viden v

povezavi z večanjem vsebnosti PET vlaken v betonu. Prikaz sila – pomik je pokazal, da ja

bila največja sila pri vseh vzorcih pri pomiku približno 0.2 – 0.3 mm. Pri betonu z 1.5 %

vsebnostjo vlaken je nastala razpoka pri istem pomiku, kot je bil dosežen pri največji sili

ob betonu brez vlaken. Pri vseh vzorcih je prva razpoka nastala pri sili okoli 14 kN. Ker pa

so bila v betonu PET vlakna, je lahko vzorec prenesel večjo obremenitev. Obremenitev se

je večkrat povečala in znižala (zaradi zaporednega trganja in prijemanja PET vlaken) tako,

da je lahko vzorec prenašal silo 14 kN tudi pri pomiku 5 mm. Ne glede na vsebnost vlaken

jim je krivulja sila – pomik pokazala isto obnašanje vseh vzorcev betona do nastanka prve

razpoke. Po tem je bila trajna obremenitev približno sorazmerna s količino vlaken v

betonu. Vzorec z 0.5 % vlaken je povprečno prenašal silo okoli 6 kN do pomika 5 mm,

končna sila je bila 4 kN. Vzorec z 1.0 % vlaken je povprečno prenašal silo okoli 12 kN do

pomika 5 mm, končna sila je bila 10 kN. Vzorec z 1.5 % vlaken je povprečno prenašal silo

okoli 17 kN do pomika 5 mm, končna sila je bila 14 kN. Omenjeni vzorci so imeli

v/c faktor 0.60.

Pri nateznem preizkusu vlaken, ki so jih namakali v alkalni raztopini, se je PET vlaknom

natezna trdnost zmanjšala za 1 %, PP vlaknom za 14 % in PVA vlaknom za 44 %. Pri

preizkusu odpornosti vlaken proti izvleku so dobili naslednje rezultate: izvlečna napetost

PET vlaken je bila 2.8 MPa, za PP vlakna pa je znašala 2.9 MPa.

V raziskavi avtorice Foti (2011) so ob prizkušanju vzorcev izdelanih v prvi seriji

preizkusov opazili, da vlakna po nastanku prve razpoke prevzamejo obremenitev in

preprečujejo nekontrolirano ter hitro širjenje razpoke. Ob tritočkovnem upogibnem

preizkusu je bila sila pri vseh vzorcih ob pojavu prve razpoke okoli 8 kN. Vzorca brez

vlaken sta se nato hipno porušila. Vzorci z dodanimi vlakni pa so s povečevanjem upogiba

kljubovali obremenitvi, do hipne porušitve ni prišlo. Čeprav je bil beton prelomljen po


celotni višini, so vlakna prevzela obremenitev. Vzorca z ravnimi vlakni sta vztrajala pri

obremenitvi okoli 0.5 kN, vzorca z „O” vlakni pa sta vztrajala pri obremenitvi okoli 2 kN.

Vzorca z „O” vlakni sta izkazovala večjo odpornost na obremenitev.

Ob preizkušanju vzorcev v drugi seriji preizkusov so rezultati upogibnih preizkusov

pokazali, da so vzorci ojačani z „O” vlakni v vrednosti 0.75 % mase betona dali najboljše

rezultate. Sila ob pojavu prve razpoke je bila pri vseh vzorcih približno enaka, gibala se je

med 7 in 9 kN.

Kim et al. (2010) so prišli do naslednjih rezultatov: pred prenosom napetosti na natezno

armaturo je na vseh vzorcih, razen na vzorcu z PP 0.5 %, prišlo do nastanka prvih razpok.

Po odpovedi natezne jeklene armature so vzorci z vlakni pokazali boljšo odpornost na

deformacije. Pokanje in luščenje betona je bilo počasnejše kot pri vzorcu brez vlaken. V

primerjavi z vzorcem brez vlaken se je končna upogibna trdnost pri vzorcih s PET vlakni

povečala. Pri 0.5 % volumskega deleža za 25 %, pri 0.75 % volumskega deleža za 31 % in

pri 1.0 % volumskega deleža za 32 %. Povprečno je bila deformacija vzorcev z vlakni za

400 % večja kot pri vzorcu brez vlaken.

Natezni preizkus (Slika 3.2) vlaken izrezanih neposredno iz PET plastenk je pokazal, da je

bila povprečna natezna trdnost preizkušanih PET vlaken 150 MPa, kar je dovolj visoko in

primerljivo s komercialno dobavljivimi vlakni na tržišču.

Slika 3.2: Natezni preizkus vlaken narezanih iz PET plastenk (Foti, 2011).


3.2.4 Zaključki raziskav

Iz rezultatov so Silva et al. (2005) naredil naslednje zaključke:

a) PET vlakna so reagirala z Ca(OH)2 in z Lawrence-ovo raztopino, njihova površina je

postala groba, pojavila se je oborina.

b) Količina PET vlaken (0.4 in 0.8 % volumskega deleža) uporabljena v preizkusu ni

imela nikakršnega vpliva na tlačno, natezno in upogibno trdnost malte. Degradacija

vlaken prav tako ni vplivala na tlačno, natezno in upogibno trdnost.

c) Kot je bilo pričakovano, količina PET vlaken (0.8 % volumskega deleža) uporabljena v

preizkusu, ni vplivala na modul elastičnosti malte.

d) Žilavost malte v upogibnem preizkusu se je ob prisotnosti vlaken povečala. Vendar se

je žilavost malte sčasoma zaradi degradacije vlaken zmanjšala.

e) Pregled zlomne površine z vrstično elektronsko mikroskopijo je pokazal, da so vsa

opazovana vlakna degradirala, imela so grobo površino. Na nekaterih območjih so

razpadla vsa vlakna.

Ochi et al. (2007) so zaključili, da se beton in vlakna dobro mešajo tudi pri višjih

volumskih odstotkih vlaken v betonu (do 3.0 %). Z ročnim in s strojnim mešanjem je

možno doseči dobro porazdelitev vlaken v betonu. Ugotovili so, da so rezultati upogibnih

preizkusov primerljivi z betonom, ki je ojačan z jeklenimi vlakni dolžine 25 mm in s

presekom 0.3 mm2. Avtorji so zaključili, da imajo PET vlakna zadostno alkalno odpornost

za uporabo v betonu. Avtorji so tudi zaključili, da je odpornost PET vlaken proti izvleku

primerljiva s komercialno dobavljivimi PP vlakni. Po izdelavi brizganega betona v rudniku

so ugotovili, da je bila mešanica zelo uporabna za nanos brizganega betona v rudniku. Po

skrbni analizi izvedenih elementov so ugotovili, da alkalno okolje v normalnem betonu ni

negativno vplivalo na vlakna.


V raziskavi avtorice Foti (2011) so zaključili, da sta vzorca z „O” vlakni v prvi seriji

preizkusov bila bolj odporna na obremenitev, verjetno zaradi specifične oblike vlaken, ki

imajo boljše razmerje med dolžino in širino. Zaprta oblika vlakna omogoča boljše sidranje

vlakna v cementno matrico. Zaradi tega so „O” vlakna odpornejša proti puljenju iz betona.

Po drugi seriji preizkusov so zaključili, da se bolje kot ravna vlakna obnesejo „O” vlakna.

Prav tako so zaključili, da se je bolje obnesel višji masni odstotek dodanih vlaken. Tlačna

trdnost se je pri vzorcih z dodanimi vlakni zmanjšala za od 1 do 9 %.

V raziskavi so bili ugotovljeni dobri in spodbudni rezultati. Vlakna, ki so enostavno

pridobljena z razrezom PET plastenk, je možno uporabili kot dodatek k betonu. Že majhen

odstotek dodanih vlaken močno izboljša mehanske lastnosti betona, kot je upogibna

trdnost, žilavost in duktilnost. Najbolje so se obnesla krožna „O” vlakna izrezana iz

celotnega obsega plastenke.

Zaključki raziskave, ki so jo izvedli Kim et al. (2010) so bili:

1. Tlačna trdnost vzorcev z vlakni se je rahlo zmanjšala. Zmanjšanje je bilo od 1 % do

10 % v primerjavi z vzorcem brez vlaken.

2. Na testiranih AB nosilcih z vlakni se je povečala duktilnost in končna trdnost.

3. AB nosilci ojačani s PET vlakni imajo 7 do 10 krat večjo duktilnost kot AB nosilec

brez vlaken. Najbolje se je obnesel AB nosilec z volumskim deležem 0.5 % PET

vlaken.

3.2.5 Primeri uporabe s PET vlakni ojačanega betona

Ochi et al. (2007) so podali dva primera praktične uporabe s PET vlakni ojačanega betona.

S PET vlakni ojačani beton so uporabili pri zaščiti izkopa v rudniku zlata Hishikari na

Japonskem. Na osnovi predhodnih raziskav, kjer so ugotovili, da se vlakna dobro umešajo

v beton in da so lastnosti takšnega betona zadovoljive, so pripravili recepturo za brizgani

beton. Na kamnino so uspešno nabrizgali mešanico betona in vlaken. Ob delu se v betonu

niso pojavljale kepe vlaken, prav tako se ni mašila cev. Po ogledu so ugotovili, da so

vlakna enakomerno razporejena in da je površina nabrizganega betona gladka. Leto po

nanosu so še enkrat pregledali površino betona. Ugotovili so, da na površini ni razpok in da

beton opravlja svojo podporno funkcijo. S PET vlakni ojačan beton so uporabili tudi pri


tlakovanju ozke gozdne ceste. Za tak beton so se odločili zaradi njegove dobre

obdelavnosti. Vlakna so dodajali direktno v agitator, na mestu vgradnje betona. Izdelali so

cestišče v debelini 13 cm. Za primerjavo so izdelali tudi cestišče v debelini 15 cm s

klasično armaturno mrežo. Ugotovili so, da je izdelava cestišča z betonom, v katerem so

PET vlakna, cenejša in hitrejša. Za izdelavo s klasično armaturo ojačanega cestišča so

porabilo 0.20 ure/m2, za izdelavo z PET vlakni ojačanega cestišča pa 0.11 ure/m2. Po pol

leta so opravili ponovni pregled betonske površine. Na nobeni od cest niso zaznali razpok

v betonu ali luščenja površine betona.

V današnjem času na Japonskem beton s PET vlakni uporabljajo za izdelavo oblog v

predorih, vključno s predori za hitre ceste. Pričakujejo, da se bo uporaba recikliranih PET

vlaken gradbeništvu v prihodnosti povečevala.


4 EKSPERIMENTALNO DELO

V tem poglavju smo opisali uporabljene osnovne materiale in njihovo pripravo ter podali

opise vseh načrtovanih eksperimentalnih in statističnih metod. Eksperimentalne raziskave

svežih betonskih mešanic in otrdelega betona smo izvajali v laboratoriju za beton inštituta

IGMAT d.d. v Ljubljani.

4.1 Osnovni uporabljeni materiali

V okviru eksperimentalnega dela smo pri izdelavi betonskih mešanic uporabili sestavine,

ki so komercialno dobavljive na slovenskem trgu.

4.1.1 Kameni agregat

Za izdelavo betona smo v okviru eksperimentalnega dela uporabili frakcionirani kameni

agregat proizvajalca SGP Pomgrad d.d. iz gramoznice ob Bakovski ulici, t.i. soboške

Kamenšnice. Agregat proizvajalca je naraven, pretežno kremenčev prod. Uporabili smo

naslednje frakcije: prani pesek 0-4 mm, frakcijo 4-8 mm in frakcijo 8-16 mm.V

Preglednici 4.1 je prikazana kemijska sestava agregata. Analiza agregata je bila narejena

po SIST EN 196-2:2005. V Preglednici 4.2 so prikazani ostanki na situ in presevki skozi

sito za prani pesek 0-4 mm, frakcijo 4-8 mm in frakcijo 8-16 mm. Krivulje zrnavosti

frakcij agregata so prikazane na Sliki 4.1.


Preglednica 4.1: Kemijska sestava pranega peska B-125/13 (POMGRAD, 2016).

Komponenta Izmerjeno %

Žarilna izguba 550 °C 0.33

CO2 0.21

SiO2 čisti 87.32

Al2O3 6.06

Fe2O3 2.25

CaO 0.00

MgO 1.74

SO3 0.10

Na2O 0.99

K2O 0.91

Na2O ekvivalent 1.59

Preglednica 4.2: Presevki in ostanki na sitih za prani pesek 0-4 mm, frakcijo 4-8 mm in frakcijo

8-16 mm (POMGRAD, 2016).

Sito (mm)

Prani pesek 0-4 mm Frakcija 4-8 mm Frakcija 8-16 mm

Ostanek na

situ (%)

Presevek skozi

sito (%)

Ostanek na

situ (%)

Presevek skozi

sito (%)

Ostanek na

situ (%)

Presevek skozi

sito (%)

22.4 0.0 100.0 0.0 100.0 0.0 100.0

16.0 0.0 100.0 0.0 100.0 4.5 95.5

11.2 0.0 100.0 0.0 100.0 42.0 53.5

8.0 0.0 100.0 7.7 92.3 46.1 7.4

4.0 2.7 97.3 85.4 6.9 6.9 0.5

2.0 13.3 84.0 5.9 1.0 0.1 0.3

1.0 13.9 70.1 0.3 0.8 0.1 0.2

0.5 18.0 52.1 0.2 0.5 0.1 0.2

0.25 30.1 22.0 0.2 0.4 0.0 0.1

0.125 11.4 10.6 0.2 0.2 0.0 0.1

0.063 7.4 3.2 0.1 0.1 0.0 0.1


Slika 4.1: Sejalne krivulje uporabljenega agregata.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

Pre

sev

ek [

%]

Odprtina sita [mm]

Sejalne krivulje

Skupna krivulja

Frakcija 0/4

Frakcija 4/8

Frakcija 8/16


4.1.2 Cement

V okviru eksperimentalnega dela smo uporabili Portland cement proizvajalca Salonit

Anhovo z oznako CEM II/A-M (LL - S) 42.5 R (Cement 42.5 – Specialni) z visoko

zgodnjo trdnostjo. Tako smo dosegli zaželjene ≥ 30 MPa vrednosti tlačnih trdnosti po

7 dneh.

Čas začetka vezanja po zahtevi standarda je ≥ 60 min, dosežene povprečne vrednosti pa so

180 min. Cement se uporablja pri zahtevnih gradnjah, kjer so potrebne visoke začetne in

končne trdnosti. Cement 42.5 – Specialni ustreza zahtevam standarda SIST EN 197-

1:2002. V Preglednici 4.3 so podane fizikalno-kemijske in mehanske lastnosti

uporabljenega cementa.

Preglednica 4.3: Fizikalno-kemijske in mehanske lastnost cementa (SALONIT, 2016).

CEM II / A – M (LL – S) 42.5 R

Vsebnost sulfata 2.70 %

Vsebnost klorida 0.02 %

Tlačna trdnost, 2 dni 27.5 MPa

Tlačna trdnost, 28 dni 52.0 MPa

Čas začetka vezanja 200 min

Prostorninska obstojnost 0.4 mm

Standardna konsistenca 28.1 %

Specifična površina 4000 cm2/g

Prostorninska teža 3.01 g/cm3

4.1.3 Zamesna voda

Za izdelavo betona v okviru eksperimentalnega dela smo uporabili pitno vodo iz

vodovodnega sistema. Vode v skladu s standardom SIST EN 1008:2003 ni potrebno

dodatno preizkušati.


4.1.4 Dodatki k betonu

4.1.4.1 Kemijski dodatek

Za izdelavo betona smo uporabili Cementol Zeta PLUS proizvajalca TKK Sprenica d.o.o.

Zeta PLUS je dodatek k betonu v tekoči obliki iz družine polikarboksilatov z gostoto

1.06 kg/dm3. Dodatek lahko uporabimo kot plastifikator ali kot superplastifikator. Z njim

dosežemo dobro obdelavnost betonov, beton ne segregira in ne krvavi. Dodatek omogoča

počasnejši padec obdelavnosti betona s časom (TKK, maj 2016).

Dodatek smo uporabili kot plastifikator, na maso cementa smo dodali 0.3 % Zete PLUS.

4.1.4.2 Komercialno dobavljiva vlakna

Pri ekspetimentalnem delu smo uporabili komercialno dobavljiva polipropilenska makro

vlakna STRUX 90/40 Synthetic Macro Fiber Reinforcement, proizvajalca W.R. Grace &

Co. – Conn Grace Construction Products, ki so prikazana na Sliki 4.2.

Slika 4.2: Makro vlakna STRUX 90/40 (NEWSTEELCONSTRUCTION, maj 2016).

STRUX 90/40 so skladna s standardom EN 14889-2:2006. Gostota vlaken je 0.92 g/cm3.

Vlakna imajo natezno trdnost 620 MPa, modul elastičnosti pa je 9.5 GPa, kar je dvakratnik

večine ostalih sintetičnih vlaken na trgu. Vlakna STRUX 90/40 so dolga 40 mm, široka

1.4 mm in debela 0.11 mm. V beton smo dodali 0.5 % volumskega deleža STRUX vlaken

(LESPATEX, maj 2016; BUILDSIDE, maj 2016).


4.1.4.3 Vlakna iz recikliranih PET plastenk in njihova priprava

Vlakna iz recikliranih PET plastenk smo za namen eksperimentalnega dela pridobili in

pripravili na naslednji način:

- Iz zabojnikov za odlaganje odpadne plastike smo pobrali primerno velike,

primerno oblikovane in dovolj čiste PET plastenke (Slika 4.3, Slika 4.4. in

Slika 4.5). Plastenk z volumnom manjšim od 1.0 litra nismo zbirali, saj so

premajhne za ročni mehanski razrez. Plastenke, ki niso krožne oblike, niso

primerne za ročni mehanski razrez.

- Plastenkam smo nato odrezali zgornji del in dno tako, da nam je ostalo samo

telo plastenke, ki smo ga prerezali po dolžini (Slika 4.6).

- Plastenke smo oprali z vodo v pralnem stroju z dodatkom pralnega praška.

Oprane plastenke smo še enkrat splahnili v pralnem stroju s čisto vodo

(Slika 4.7).

- Po končanem sušenju na zraku smo tako pripravljene plastenke narezali po

dolžini na približno 60 mm široke trakove (Slika 4.8), nato pa z ročnim

rezalnikom za papir na izbrano ciljno širino (Slika 4.9). Izkustveno smo se

odločili za vlakna z naslednjimi ciljnimi dimenzijami: dolžina 60 mm, širina

2 mm. Daljša kot so vlakna, boljše ojačitvene lastnosti imajo. Vendar z njihovo

dolžino pada možnost dobrega umešanja v beton. Prav tako se z dolžino vlaken

znižuje obdelavnost betona.

- Vlakna smo rezali pravokotno na višino plastenke. Na Sliki 4.10 so prikazani

vsi deli vzorčne plastenke po opravljenem razrezu.

- Izdelali smo vlakna, ki so dolga približno 60 mm in široka približno 2 mm

(Slika 4.11 in Slika 4.12). Vlakna so pri ciljni dolžini 60 mm vidno ukrivljena.

Natančnejše rezanje vlaken ni bilo možno, saj smo uporabili ročni rezalnik za papir. Ročni

rezalnik za papir ni idealno orodje takšno delo. Debelina narezanih vlaken je bila odvisna

od vrste zbranih plastenk in je znašala od 0.2 mm do 0.5 mm. Kot najprimernejše za

obdelavo z ročnim rezanjem so se izkazale plastenke, ki so preproste krožne oblike in brez

okrasnega reliefa. To so predvsem plastenke brezalkoholnih pijač različnih trgovskih

blagovnih znamk. Pomen takšnega postopka pridobivanja vlaken iz odpadne PET

embalaže je ta, da smo s čim manjšim možnim vložkom energije pridobili vlakna, ki so


primerna za uporabo kot vlakna za armiran beton. Skupaj smo za potrebe

eksperimentalnega dela pripravili 1325 g PET vlaken. Na spodnjih slikah je prikazan način

pridobivanja in priprave vlaken iz odpadne PET embalaže.

Slika 4.3: Zbiranje odpadnih PET plastenk iz

zabojnikov za odpadno plastiko (Meke, 2011).

Slika 4.4: Izbrane plastenke primerne za

nadaljnjo ročno obdelavo (Meke, 2011).

Slika 4.5: Izbrana vzorčna plastenka z

označenim vlaknom, ki smo ga izrezali

pravokotno na daljšo os plastenke (Meke,

2011).

Slika 4.6: Osnovni razrez izbrane vzorčne

plastenke (Meke, 2011).


Slika 4.7: Uporabni deli izbranih plastenk po

pranju v pralnem stroju (Meke, 2011).

Slika 4.8: Uporabni deli izbranih plastenk

narezani na trakove široke približno 60 mm

(Meke, 2011).

Slika 4.9: Ročno rezanje vlaken iz PET

plastenk, na sliki je označeno vlakno iz vzorčne

plastenke (Meke, 2011).

Slika 4.10: Vsi deli vzorčne plastenke po

opravljenem razrezu (Meke, 2011).


Slika 4.11: Narezana PET vlakna, vidna je

ukrivljenost vlaken (Meke, 2011).

Slika 4.12: PET vlakna pripravljena za

uporabo v sveži betonski mešanici (Meke,

2011).


4.2 Eksperimentalne in statistične metode

4.2.1 Eksperimentalne metode

4.2.1.1 Analiza dimenzij narezanih PET vlaken

Z analizo dimenzij PET vlaken smo želeli ugotoviti, ali je mogoče z ročnim rezanjem

vlaken zagotoviti enakomernost dimenzij narezanih vlaken. Kot reprezentativni vzorec

smo določili vzorec s stotimi vlakni. Pripravljena vlakna s skupno maso 171 g smo

četrtinili po masi tako dolgo, dokler nismo dobili vzorca s 100 vlakni. Masa 100 vlaken je

bila 5.3 g, masa 1000 vlaken pa je bila 47.3 g. Stotim vlaknom smo izmerili dolžino, širino

in debelino. Dobljene rezultate smo analizirali s statistično metodo Interval zaupanja. Za

merjenje dimenzij vlaken smo uporabili kljunasto merilo.

4.2.1.2 Preizkus svežega betona po SIST EN 12350-2: 2009 Preizkus s

posedom stožca in temperatura svežega betona

Pred začetkom preizkusa smo svežo betonsko mešanico dobro premešali, da smo dobili

homogeno maso. Z digitalnim termometrom smo izmerili temperaturo betona.

Temperatura je fizikalna veličina, ki se izraža s toplotnim stanjem nekega telesa in je ena

od osnovnih veličin v termodinamiki. Standard SIST EN 206 v točki 5.2.9 določa, da

temperatura svežega betona v času dostave ne sme biti nižja od 5 °C. Standard SIST 1026

v točki 5.2.9 postavlja za mejo najvišjo dopustno temperaturo betona pred vgradnjo 30 °C.

Odločili smo se, da bo dopustna temperatura naše sveže betonske mešanice med 5 in

30 °C.

Meritev poseda ja najbolj uporabljana meritev obdelavnosti običajnega betona. Najprej

smo navlažili Abramsov stožec in ploščo, ploščo smo postavili vodoravno na tla. Stožec

smo polnili v treh plasteh, vsako plast smo s palico prebodli 25 krat. Po izravnavi betona

na vrhu stožca in odstranitvi odvečnega betona na plošči smo enakomerno dvignili stožec.

Nato smo izmerili posed tako, da smo izmerili razliko med vrhom stožca in najvišjo točko

betona na način, kot je prikazano na Sliki 4.13. Rezultate preiskave smo zapisali in jih

zaokrožili na najbližjih 10 mm. Pri preizkusu smo bili pozorni na pravilno obliko

posedenega betona v smislu, kot je prikazano na Sliki 4.14. Za izvedbo preizkusa smo

https://sl.wikipedia.org/wiki/Fizikalna_veli%C4%8Dina

https://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Termodinamiki&action=edit&redlink=1


uporabili digitalni termometer, vodoodporno gladko ploščo, Abramsov stožec v obliki

konusa z bazo 200 mm, z vrhom 100 mm in z višino 300 mm, kovinsko palico dolžine

600 mm, premera 16 mm in z zaokroženim vrhom ter meter z najmanj 5 mm razdelkom.

Slika 4.13: Meritev poseda betona s stožcem

(povzeto po SIST EN 12350-2:2009, 2009).

Slika 4.14: Oblika poseda betona (povzeto po

SIST EN 12350-2:2009, 2009).

Meritev poseda Oblika poseda

a) pravilen posed b) nepravilen posed


4.2.1.3 Preizkus strjenega betona po SIST EN 12390-7: 2009 Gostota

strjenega betona in Preizkus strjenega betona po SIST EN

12390-3:2009 in SIST EN 12390-3:2009/AC:2011 Tlačna trdnost

Preizkusa smo izvedli na preizkušancih v obliki kocke dimenzij 150 mm x 150 mm x 150

mm. Preizkušanci so bili izdelani v kalibriranih kalupih, zato jim nismo naknadno merili

dimenzij. Po sedmih dneh nege v vodi s temperaturo 20 +/- 2 °C smo preizkušance

površinsko osušili. Preizkušance smo stehtali in prikazano vrednost zapisali v kg. Kot

privzeti volumen vzorca smo vzeli prostornino V = 0.003375 m3. Rezultat smo zapisali v

kg/m3.

Nato smo opravili meritve tlačne trdnosti preizkušancev. Tlačna trdnost otrdelega betona je

fizikalna lastnost. Tlačna trdnost betona je definirana kot največja napetost betona tik pred

porušitvijo, ki je posledica osne tlačne obremenitve betona. V hidravlično stiskalnico na

označeno mesto na plošči smo vstavili preizkušanec. Preizkušanec smo obrnili tako, da je

sila delovala pravokotno na smer vgradnje betona. Preizkušanec smo stiskali z

enakomernim obremenjevanjem 0.6 +/- 0.2 MPa/s, kar znaša 13.5 +/- kN/s, do končne

porušitve. V zapisnik o preiskavi smo zapisali največjo silo ob porušitvi v kN. S pomočjo

enačbe 𝑓𝑐 =𝐹

𝐴𝑐 smo izračunali tlačno trdnost fc v MPa (N/mm2), kjer F pomeni največjo

obremenitev ob porušivi v N in kjer Ac pomeni površino preizkušanca izraženo v mm2 na

katero deluje obremenitev. Tlačno trdnost smo zapisali v MPa, zaokroženo na 0.1 MPa.

Za izvedbo preizkusa smo uporabili digitalno tehtnico z natančnostjo 0.1 % mase vzorca in

hidravlično stiskalnico TONI TECHNIK (Slika 4.15) z razponom sile do 3000 kN.

Slika 4.15: Hidravlična stiskalnica na inštitutu IGMAT d.d. (Meke, 2016).


4.2.1.4 Preizkus strjenega betona po SIST EN 12390-5:2009 Upogibna

trdnost preizkušancev – tritočkovni upogibni preizkus

Preizkus smo izvedli na preizkušancih v obliki prizme dimenzij 100 mm x 100 mm x 400

mm. Preizkušanci so bili izdelani v kalibriranih kalupih, zato jim nismo naknadno merili

dimenzij. Po sedmih dneh nege v vodi s temperaturo 20 +/- 2 °C smo preizkušance

površinsko osušili. Na površino prizme, ki je nasprotna neopaženi površini in vzporedna s

smerjo delovanja obremenitve, smo pritrdili aluminijasta kotnika. Začetna razdalja med

kotnikoma je bila 35 mm. S kotniki smo senzorju vertikalne deformacije preizkušanca

(multisens extensometer) omogočili meritev vertikalne deformacije. Senzor se je s tipali

dotaknil zgornjega in spodnjega kotnika ter nato spremljal vertikalno deformacijo prizme.

Natančnost senzorja na merilni razdalji od 0 do 700 mm je 1 µm. Postavitev aluminijastih

kotnikov in tipal senzorja je prikazana na Sliki 4.16a in 4.16b.

a)

b)

Slika 4.16: Postavitev aluminijastih kotnikov na prizmo in postavitev tipal senzorja vertikalne

deformacije: a) naleganje tipal na aluminijaste kotnike, b) postavitev senzorja vertikalne

deformacije za strojem (Meke, 2011).


Na površino prizme, ki je pravokotna na neopaženo površino in pravokotna na smer

delovanja obremenitve, smo pritrdili DD1 senzor deformacije, ki je beležil širino razpoke.

DD1 senzor deformacije vsebuje merilni listič, ki deluje na osnovi spremembe električnega

upora. Ob deformaciji oziroma ob širjenju razpoke se je merilni listič deformiral. Z

deformacijo merilnega lističa se je le temu spremenila električna upornost. Spremembo

električne upornosti smo nato s pomočjo programske opreme prevedli v vrednost

deformacije oziroma širine razpoke v mm. Postavitev DD1 senzorja deformacije je

prikazana na Sliki 4.17a in 4.17b .

a)

b)

Slika 4.17: Postavitev DD1 senzorja deformacije na prizmo, z DD1 senzorjem smo merili širino

razpoke: a) pogled na DD1 senzor od spodaj, b) pogled na preizkušanec z DD1 senzorjem v stroju

(Meke, 2011).

Postavitev preizkusa je bila t.i. enoosni 3-točkovni upogib kot je prikazan na Sliki 4.18, kar

pomeni, da je obtežba delovala na polovici preizkušanca. Razdalja med podporami v

odvisnosti od višine d preizkušanca je bila 3d. Upogibne preizkuse smo opravili na

univerzalnem preizkuševalnem stroju ZWICK Z400E s konstantno hitrostjo premikanja

glave preizkuševalnega stroja v smeri delovanja sile 0.05 mm/min. Nameščeni senzorji so

med preizkusom beležili pomik glave stroja, vertikalno deformacijo prizme, upogibno silo

in širino nastale razpoke. Preizkus je bil končan po doseženi vertikalni deformaciji

preizkušanca za 0.5 mm. Za meritev do vertikalne deformacije vrednosti 0.5 mm smo se

odločili zaradi predhodnih opažanj, saj je vrednost upogibne sile od te točke naprej

ponavadi linearna. Ker je meritev na enem preizkušancu trajala 10 minut, smo bili omejeni

tudi časovno.


Slika 4.18: Postavitev tritočkovnega upogibnega preizkusa na univerzalnem preizkusnem stroju

ZWICK Z400E na inštitutu IGMAT d.d. (Meke, 2011).

Rezultate preizkusa smo s pomočjo programske opreme sproti spremljali na zaslonu

(Slika 4.19). Preko programske opreme smo dobili naslednje rezultate:

- Fmax, ki je vrednost upogibne sile tik preden pride do prve razpoke, tik preden

pride do krhkega loma preizkušanca.

- σup max, ki je vrednost upogibne natezne trdnosti tik preden pride do prve

razpoke, tik preden pride do krhkega loma preizkušanca.

- Vertikalno deformacijo pri Fmax, ki je vrednost vertikalne deformacije

preizkušanca tik preden pride do prve razpoke, tik preden pride do krhkega

loma preizkušanca.

- Končno upogibno silo Fkon, ki je vrednost upogibne sile pri končni vertikalni

deformaciji. V našem primeru je končna vertikalna deformacija znašala

0.5 mm.


- Končno razpoko Rkon, ki je vrednost širine razpoke na spodnji strani

preizkušanca (na nasprotni strani od apliciranja obremenitve) pri končni


0.5 mm.

- Končno delo Wkon, ki je vrednost opravljenega dela po končni vertikalni


0.5 mm. Delo je skalarna količina, ki je po dogovoru pozitivna, če sistem delo

prejme, in negativna, če ga odda. Izračunamo ga po enačbi 𝑊 = 𝐹 ∗ 𝑠 ( 𝑊 =

∫ �⃗� ∗ 𝑠𝑠2

𝑠1 ), pri čemer je F v našem primeru upogibna sila, s pa vertikalna

deformacija.

Slika 4.19: Prikaz meritev ob izvedbi tritočkovnega upogibnega preizkusa s pomočjo programske

opreme (Meke, 2011).

Za izračun σup max smo uporabili enačbo 𝜎𝑢𝑝 𝑚𝑎𝑥 =3∗𝐹𝑚𝑎𝑥∗𝑙

2∗𝑑1∗𝑑22 =

3∗𝐹𝑚𝑎𝑥∗𝑙

2∗𝑑3 kjer je:

- σup max upogibna natezna trdnost v MPa (N/mm2),

- Fmax najvišja upogibna sila v N,

- l razdalja med podporama preizkušanca, ki je l = 3d = 300 mm,

- d1 širina preizkušanca, ki je enaka d = 100 mm,

- d2 višina preizkušanca, ki je enaka d = 100 mm.

Dobljeni rezultat za σup max smo zapisali na 0.1 MPa natančno.

Shema postavitve tritočkovnega upogibnega preizkusa je prikazana na Sliki 4.20.


Slika 4.20: Shema postavitve tritočkovnega upogibnega preizkusa (povzeto po SIST EN 12390-

5:2009, 2009).

Za izvedbo preizkusa smo uporabili univerzalni preizkusni stroj ZWICK Z400E

(Slika 4.21) s pripadajočo programsko opremo, senzor sile, DD1 senzor deformacije in

senzor vetikalne deformacije (multisens extensometer).

Slika 4.21: Univerzalni preizkusni stroj ZWICK Z400E WN:151777 (Meke, 2011).

Ključ:

1 Obremenilni valj (z možnostjo rotacije in z možnostjo nastavitve naklona)

2 Podporni valj

3 Podporni valj (z možnostjo rotacije in z možnostjo nastavitve naklona)

Slika 2 – (točkovna obremenitev)


4.2.2 Statistične metode

4.2.2.1 Interval zaupanja

Interval zaupanja, ki ga določata njegova spodnja in njegova zgornja meja, je interval, v

katerem se z dano verjetnostjo (ponavadi določimo 95 odstotno verjetnost) nahaja

ocenjevani parameter. Interpretacija je naslednja: z verjetnostjo tveganja α se parameter

nahaja v tem intervalu. Pri formuli smo vzeli 95 odstotno verjetnost, oziroma 5 odstotno

stopnjo tveganja (LJUDMILA, maj 2016).

4.2.2.2 Analiza variance - ANOVA

Analiza variance (krajše „ANOVA”) je statistična tehnika, s katero ugotavljamo, kako ena

ali več neodvisnih spremenljivk (faktorjev) X vpliva na odvisne spremenljivke (rezultat) Y.

Za izvedbo ANOVE je potrebno predhodno vzorec rezultatov ustrezno razporediti v

razrede v odvisnosti od vrednosti neodvisne spremenljivke X. Podroben opis metode

analize variance presega obseg tega dela in je podrobneje opisan v literaturi (Turk, 2011),

same izračune pa smo opravili s programom MS Excel z vgrajenim orodjem za izvedbo

omenjene statistične tehnike.

Na podlagi rezultatov analize variance smo opravili postopek preizkušanja domnev, pri

katerem postavimo t.i. ničelno (H0) in alternativno (H1) domnevo. V kolikor je statistika F,

izračunana po metodi ANOVE na podlagi rezultatov preizkušanj večja od kritične

vrednosti Fkrit (F > Fkrit), ničelno domnevo sprejmemo in zaključimo, da je vpliv faktorja X

na rezultat Y statistično značilen, sicer (F < Fkrit) pa ničelno domnevo zavrnemo in

zaključimo, da vpliv faktorja X na rezultat Y ni statistično značilen.


4.3 Priprava sveže betonske mešanice in izdelava vzorcev

Z namenom ugotoviti vpliv vrste in količine PET vlaken na mehanske lastnosti betona smo

pripravili pet betonskih mešanic, ki so se razlikovale po vsebnosti in vrsti vmešanih

vlaken. Učinek vrste in vsebnosti vlaken smo prikazali v poglavju z rezultati.

Zahteve za sestavo vlaknastega betona so drugačne kot za navaden beton. Fras (2010)

navaja posebne zahteve za betonsko matrico vlaknastega betona:

- plastična do tekoča konsistenca betona, ki omogoča čim boljše oblitje vlaken,

- visoka zgodnja trdnost betona, ki omogoča razopaženje po 24 urah,

- visoka končna tlačna trdnost betona, od 30 do 80 MPa,

- čim manjše krčenje in lezenje betona s ciljem zmanjšanja deformacij.

Kot osnovo smo iz arhiva inštituta IGMAT d.d. vzeli znano recepturo. Poiskali smo

recepturo z višjo končno tlačno trdnostjo z namenom, da bi že po sedmih dneh dosegli

tlačno trdnost višjo od 30 MPa. Da bi dosegli dobro obdelavnost betona in čim boljše

oblitje vlaken, smo poiskali recepturo s plastično do tekočo stopnjo konsistence in z

manjšim največjim zrnom agregata. Tako smo izbrali recepturo s trdnostnim razredom

C 30/37, z razredom poseda S4 (160-210 mm) in z največjo velikostjo agregatnega zrna

Dmax = 16 mm. Vodovezivno razmerje recepture je bilo 0.50.

Pripravili smo pet različnih betonskih mešanic:

- etalonska mešanica brez dodanih vlaken z oznako BOR_01,

- primerjalna mešanica z volumskim deležem 0.5 % STRUX 90/40 vlaken z

oznako BOR_04,

- mešanica z volumskim deležem 0.5 % PET vlaken z oznako BOR_05,

- mešanica z volumskim deležem 1.0 % PET vlaken z oznako BOR_06,

- mešanica z volumskim deležem 1.5 % PET vlaken z oznako BOR_07.

Sveže betonske mešanice smo pripravili v laboratoriju za beton inštituta IGMAT d.d. v

Ljubljani. Laboratorij je opremljen z vsemi potrebnimi aparati za pripravo betonskih

mešanic.

Vsebnosti osnovih materialov za prostornino 1 m3 so za vsako betonsko mešanico posebej

podane v Preglednici 4.4. V sestavi mešanic je bila upoštevana vodovpojnost agregata,

zato je količina vode povečana za količino vode, ki jo vpije suh agregat. Upoštevano je

torej efektivno vodocementno razmerje, ki smo ga označili z v/cef.


Količine osnovnih materialov smo preračunali na volumen 27 l. Izračunali smo, da za

izdelavo vseh preizkušancev iz ene vrste mešanice potrebujemo najmanj 22 l betonske

mešanice. Vse komponente betonske mešanice smo natehtali. Nato smo komponente

nasipali v laboratorijski mešalnik betona (Slika 4.22) s prostornino 0.25 m3 v naslednjem

vrstnem redu: kameni agregat, cement, vlakna. Sledila je faza mešanja suhe betonske

mešanice, nato faza postopnega dodajanja vode, plastifikatorja razredčenega z vodo in faza

nadaljnega mešanja mokre mešanice. Pri mešanicah BOR_04 0.5 % STRUX, BOR_05

0.5 % PET, BOR_06 1.0 % PET in BOR_07 1.5 % PET smo morali dodati vodo, ker beton

na pogled ni dajal izgleda dobre obdelavnosti. Vsako fazo mešanja smo časovno

spremljali, rezultati merjenja časa so prikazani v Preglednici 4.5.

Po končanem mešanju smo betonski mešanici izmerili stopnjo konsistence s posedom

(metoda z Abramsovim stožcem) in izmerili temperaturo.

S pomočjo vibracijske mize smo beton vgradili v očiščene in z opažnim oljem premazane

kalupe. Pri vibriranju smo pazili, da smo vse preizkušance vibrirali isti čas. Za dve

preiskavi vsake posamezne betonske mešanice smo izdelali dva vzorca (za en vzorec smo

izdelal tri preizkušance). Za tritočkovni upogibni preizkus smo izdelali tri prizme z

dimenzijami 100 x 100 x 400 mm, za določitev tlačne trdnosti in gostote pa smo izdelali tri

kocke z dimenzijami 150 x 150 x 150 mm. Vzorce smo označili s pripadajočimi delovnimi

nalogi in z datumom izdelave (Slika 4.23). Da bi beton zaščitili pred izgubo vlage, smo

vzorce prekrili s PVC folijo.

Po 24-ih urah smo vzorce razkalupili, jih ponovno označili in jih položili v bazen z vodo s

stalno temperaturo 20 +/- 2 °C. Vzorce smo v bazenu negovali do dneva preizkusa.


Preglednica 4.4: Vsebnosti osnovnih materialov za 1 m3 betonske mešanice po posameznih

mešanicah.

Mešanica BOR_01

brez vlaken BOR_04

0.5 % STRUX BOR_05

0.5 % PET BOR_06

1.0 % PET BOR_07

1.5 % PET

Drobni agregat

0 – 4 [kg/m3] 700 694 694 689 683

Srednji agregat

4 – 8 [kg/m3] 350 347 347 344 342

Grobi agregat

8 – 16 [kg/m3] 700 694 694 689 683

Količina veziva

[kg/m3] 400 400 400 400 400

Vrsta vlaken - STRUX PET PET PET

Volumski delež

vlaken [%] 0.0 0.5 0.5 1.0 1.5

Količina vode

[kg/m3] 200 211* 211* 211* 211*

Efektivno

vodovezivno

razmerje

0.50 0.53* 0.53* 0.53* 0.53*

Količina

plastifikatorja [%] 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

* med mešanjem smo naknadno dodali 11 litrov vode na m3 zaradi vidno presuhega

betona.

Preglednica 4.5: Časi faz strojnega mešanja betona po posameznih mešanicah.

Mešanica BOR_01

brez vlaken BOR_04

0.5 % STRUX BOR_05

0.5 % PET BOR_06

1.0 PET BOR_07

1.5 PET

Suha mešanica [s] 30 90 90 90 90

Dodajanje vode in

dodatka [s] 30 30 30 30 60

Mokra mešanica [s] 60 60 60 60 60

Po dodajanju

dodatne vode [s] - 120 120 120 120

Skupaj 120 300 300* 300* 300*

* mešanico smo zaradi zagotavljanja homogenost z zidarsko žlico naknadno še ročno

premešali.


Slika 4.22: Laboratorijski mešalec za beton

(Meke, 2016).

Slika 4.23: Izdelani in označeni vzorci (Meke,

2011).


5 REZULTATI IN DISKUSIJA

5.1 Rezultati analize dimenzij vlaken iz odpadne PET embalaže

Za potrebe eksperimentalnega dela smo narezali 26500 vlaken. Masa 1000 vlaken je

znašala 50 g. Za potrebe preizkusa smo pridobili 1325 g PET vlaken. V kilogramu tako

pridobljenih vlaken je bilo 20 000 PET vlaken. Rezultati meritev dimenzij vzorca 100 PET

vlaken so predstavljeni v Preglednici 5.1.


Preglednica 5.1: Rezultati meritev dimenzij vzorca 100 vlaken pridobljenih iz odpadne PET

embalaže.

zap.št. dolžina

(mm) širina (mm) debelina

(mm)

zap.št. dolžina

(mm) širina (mm) debelina

(mm)

max min pov. max min pov.

1 58 2.2 1.9 2.1 0.3 51 55 2.0 1.0 1.5 0.3

2 64 2.5 1.9 2.2 0.2 52 58 2.6 2.1 2.4 0.3

3 62 4.3 2.5 3.4 0.3 53 53 2.7 2.0 2.4 0.2

4 64 3.2 2.1 2.7 0.2 54 53 3.7 3.3 3.5 0.4

5 57 4.6 4.4 4.5 0.2 55 63 2.7 2.6 2.7 0.2

6 58 2.7 2.6 2.7 0.3 56 62 4.1 3.2 3.7 0.3

7 63 2.5 2.5 2.5 0.3 57 59 1.9 1.4 1.7 0.2

8 59 3.2 2.6 2.9 0.3 58 62 3.5 3.1 3.3 0.3

9 63 2.5 2.3 2.4 0.3 59 57 3.1 2.7 2.9 0.3

10 53 4.5 2.0 3.3 0.2 60 55 2.6 2.5 2.6 0.3

11 56 2.6 2.3 2.5 0.2 61 57 2.6 2.6 2.6 0.3

12 54 4.1 2.8 3.5 0.2 62 58 4.2 4.1 4.2 0.2

13 59 2.6 1.9 2.3 0.3 63 60 2.8 2.6 2.7 0.3

14 59 2.3 2.1 2.2 0.3 64 58 2.9 2.5 2.7 0.3

15 63 1.9 1.9 1.9 0.2 65 57 2.0 1.7 1.9 0.3

16 57 2.2 1.9 2.1 0.2 66 59 4.4 4.2 4.3 0.3

17 63 2.4 1.6 2.0 0.3 67 55 2.8 2.4 2.6 0.2

18 55 2.6 2.1 2.4 0.2 68 59 3.1 2.8 3.0 0.2

19 58 3.8 2.9 3.4 0.3 69 59 2.3 2.1 2.2 0.4

20 57 3.7 3.5 3.6 0.3 70 60 2.3 2.0 2.2 0.2

21 60 2.2 2.1 2.2 0.3 71 67 3.7 2.0 2.9 0.3

22 57 1.3 1.3 1.3 0.3 72 72 5.5 4.2 4.9 0.3

23 64 1.6 1.2 1.4 0.3 73 62 2.2 2.1 2.2 0.2

24 60 2.4 2.2 2.3 0.2 74 59 3.2 3.0 3.1 0.3

25 62 2.8 2.7 2.8 0.3 75 57 3.9 2.9 3.4 0.2

26 60 3.2 1.9 2.6 0.3 76 62 2.2 2.1 2.2 0.2

27 60 2.6 1.6 2.1 0.3 77 57 4.3 3.2 3.8 0.3

28 55 2.6 2.5 2.6 0.2 78 54 3.2 2.7 3.0 0.3

29 60 2.6 2.5 2.6 0.3 79 52 2.4 2.2 2.3 0.3

30 61 2.3 2.2 2.3 0.3 80 55 2.6 2.1 2.4 0.3

31 62 2.1 1.5 1.8 0.3 81 62 2.2 1.9 2.1 0.2

32 55 2.4 1.9 2.2 0.2 82 60 3.6 3.5 3.6 0.3

33 60 1.6 1.4 1.5 0.2 83 61 3.1 2.8 3.0 0.3

34 60 3.7 3.3 3.5 0.3 84 62 2.6 1.9 2.3 0.3

35 52 4.0 3.8 3.9 0.5 85 68 3.9 3.2 3.6 0.3

36 60 4.7 4.5 4.6 0.3 86 59 3.7 2.2 3.0 0.3

37 55 3.1 2.1 2.6 0.3 87 58 4.2 3.5 3.9 0.2

38 61 3.1 1.6 2.4 0.3 88 56 2.3 1.8 2.1 0.3

39 61 3.3 2.9 3.1 0.2 89 58 2.7 2.5 2.6 0.3

40 60 3.3 2.6 3.0 0.3 90 60 2.2 1.9 2.1 0.2

41 62 2.2 1.8 2.0 0.2 91 57 4.0 3.4 3.7 0.3

42 62 2.7 2.2 2.5 0.3 92 65 2.7 2.4 2.6 0.3

43 52 3.1 2.6 2.9 0.3 93 60 2.2 2.0 2.1 0.2

44 53 2.9 2.3 2.6 0.3 94 54 2.9 2.8 2.9 0.2

45 55 2.7 2.3 2.5 0.2 95 60 1.8 1.4 1.6 0.2

46 53 2.5 1.8 2.2 0.3 96 62 2.1 1.7 1.9 0.3

47 52 3.4 2.2 2.8 0.3 97 60 2.2 1.3 1.8 0.3

48 58 2.4 2.2 2.3 0.2 98 59 2.4 2.2 2.3 0.3

49 63 1.3 1.3 1.3 0.2 99 60 3.8 3.4 3.6 0.3

50 60 2.3 1.8 2.1 0.3 100 55 2.6 2.5 2.6 0.2


Rezultati statistične analize dimenzij vzorca vlaken so prikazani v Preglednici 5.2 in na

Slikah 5.1a, 5.1b in 5.1c.

Preglednica 5.2: Rezultati statistične analize dimenzij vzorca PET vlaken.

Dolžina

(mm)

Širina df

(mm)

Debelina

bf (mm)

srednja vrednost 59 2.55 0.3

standardni odklon 3.7 0.7 0.1

max 72 4.85 0.5

min 52 1.3 0.2

Na podlagi srednje vrednosti širine in debeline smo izračunali srednjo vrednost obsega

vlaken, ki je znašala 5.7 mm. Iz srednje vrednosti obsega smo nato izračunali srednjo

vrednost ekvivalentnega premera, ki je 1.8 mm. Razmerje med dolžino in premerom je v

povprečju okrog 33, kar ročno narezana PET vlakna uvršča med makro vlakna

(Ivanič, 2011).

Slike 5.1 prikazujejo intervale zaupanja, izračunane iz analiziranega vzorca PET vlaken

(Preglednica 5.1) za dolžino, širino in debelino uporabljenih PET vlaken. Pričakovana

vrednost dolžine vlaken ob 95 % intervalu zaupanja znaša med 58.2 in 59.6 mm

(Slika 5.1a), pričakovana vrednost širine vlaken ob 95 % intervalu zaupanja med 2.50 in

2.79 mm (Slika 5.1b) in pričakovana vrednost debeline vlaken ob 95 % intervalu zaupanja

med 0.26 in 0.28 mm (Slika 5.1c).

a)

b)

Pričakovana vrednost dolžine vlaken

58,258,3

58,458,5

58,658,6

59,1 59,259,3

59,4

59,559,6

58,0

58,4

58,8

59,2

59,6

60,0

45 55 65 75 85 95 105

Interval zaupanja

vre

dn

ost

[mm

]

sp

zg

Pričakovana vrednost širine vlaken

2,60 2,58 2,57 2,55 2,522,50

2,792,772,742,722,712,70

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

3,00

45 55 65 75 85 95 105

Interval zaupanja

vre

dn

ost

[mm

]

sp

zg


c)

Slika 5.1: Rezultati statistične obdelave izmerjenih dimenzij PET vlaken z intervalom zaupanja za

dolžino, širino in debelino PET vlaken: a) interval zaupanja pričakovane vrednosti dolžine vlaken,

b) interval zaupanja pričakovane vrednosti širine vlaken, c) interval zaupanja pričakovane vrednosti

debeline vlaken.

Pričakovana vrednost debeline vlaken

0,260,260,260,260,260,27

0,27 0,27 0,27 0,28 0,28 0,28

0,00

0,20

0,40

45 55 65 75 85 95 105

Interval zaupanja

vre

dn

ost

[mm

]

sp

zg


5.2 Rezultati svežih betonskih mešanic

5.2.1 Vizualni izgled in temperatura betona

5.2.1.1 Etalonska – kontrolna betonska mešanica z oznako BOR_01

brez vlaken

Vizualni izgled mešanice BOR_01 (Slika 5.2) je pokazal, da je osnovna mešanica brez

dodatnih posegov v njeno sestavo izkazovala primerno homogenost, plastičnost in

obdelavnost. Izmerjena temperatura betona je bila 23 °C. Mešanje in vgradnja sveže

betonske mešanice v kalupe sta potekala dobro in brez posebnosti.

Slika 5.2: Vizualni izgled mokre mešanice brez vlaken (Meke, 2011).

5.2.1.2 Primerjalna betonska mešanica z dodanimi STRUX 90/40 vlakni

v volumskem deležu 0.5 % z oznako BOR_04

V suhi mešanici so se STRUX 90/40 vlakna enakomerno porazdelila (Slika 5.3). Med

mešanjem smo dodali dodatno vodo, ker je bil beton na pogled zemeljsko vlažen in ni

izkazoval dobre obdelavnosti. Vlakna so se enakomerno porazdelila po mokri betonski

mešanici in niso preveč izstopala iz betona. Izmerjena temperatura betona je bila 24 °C.

Beton se je normalno vgradil v kalupe.


Slika 5.3: Vizualni izgled suhe mešanice z dodanimi STRUX vlakni (Meke, 2011).

5.2.1.3 Mešanica z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 % z

oznako BOR_05

Vlakna narezana iz PET plastenk so bila pri dolžini 60 mm vidno ukrivljena, kar je

povzročalo težave pri izdelavi betonske mešanice in pri njeni vgradnji v kalupe. Vlakna so

se med suhim mešanjem pomaknila med obod mešalca in mešalne lopatice

(Slika 5.4a in 5.4b). Mokra betonska mešanica je bila na pogled zemeljsko vlažna in

razbita – nehomogena (Slika 5.4c). Po dodajanju dodatne vode je mešanica postala

nekoliko bolj homogena (Slika 5.4d). Po končanem mešanju so bila vlakna delno

pomaknjena ob obod mešalca, veliko vlaken je skupaj z betonom ostalo na mešalnih

lopaticah. Beton smo odstranili z lopatic ter ga v mešalcu še dodatno ročno premešali z

zidarsko žlico. Tako smo dobili homogenejšo zmes betona in vlaken. Vlakna so bila

enakomerno prevlečena s cementno pasto (Slika 5.4e) in niso preveč izstopala iz betona.

Izmerjena temperatura betona je bila 23 °C. Beton se je normalno vgradil v kalupe.


a)

b)

c)

d)

e)

Slika 5.4: Vizualni izgled suhe in mokre mešanice z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5

%: a) in b) pomik PET vlaken na obod mešalca v suhi mešanici, c) zemeljsko vlažen in razbit –

nehomogen izgled mokre mešanice pred dodajanjem dodatne vode, d) homogenejši izgled mokre

mešanice po dodajanju dodatne vode, e) izgled PET vlaken, ki so bila enakomerno prevlečena s

cementno pasto (Meke, 2011).



oznako BOR_06



se med suhim mešanjem delno pomaknila med obod mešalca in mešalne lopatice. Mokra

betonska mešanica je bila na pogled zemeljsko vlažna in razbita – nehomogena

(Slika 5.5a). Po dodajanju dodatne vode je mešanica postala nekoliko bolj homogena

(Slika 5.5b). Veliko vlaken je skupaj z betonom ostalo na mešalnih lopaticah. Beton smo

odstranili z lopatic ter ga v mešalcu še dodatno ročno premešali z zidarsko žlico. Tako smo

dobili bolj homogeno zmes betona in vlaken. V razgrnjenem betonu so bila dobro vidna

vlakna ovita s cementno pasto (Slika 5.5c). Vlakna niso preveč izstopala iz betona

(Slika 5.5d). Izmerjena temperatura betona je bila 23 °C. Beton se je srednje težko vgradil

v kalupe. Da smo beton pred vibriranjem dobro vgradili v kalupe smo morali z jekleno

palico, ki se uporablja za kompaktiranju betona ob merjenju konsistence in z zidarsko žlico

beton dlje obdelovati, kot beton z 0.5 % volumskim deležem vlaken. Paziti smo morali, da

v betonu niso ostala votla mesta in da so bila vlakna čim bolj enakomerno razporejena po

betonu.

a)

b)


c)

d)

Slika 5.5: Vizualni izgled mokre mešanice z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 1.0 %: a)

zemeljsko vlažen in razbit – nehomogen izgled mokre mešanice pred dodajanjem dodatne vode b)

homogenejši izgled mokre mešanice po dodajanju dodatne vode, c) izgled PET vlaken v

razgrnjenem betonu, ki so bila enakomerno prevlečena s cementno pasto, d) PET vlakna niso

preveč izstopala iz betona (Meke, 2011).


oznako BOR_07



se med suhim mešanjem pomaknila med obod mešalca in mešalne lopatice. Mokra

betonska mešanica je bila tudi po dodajanju vode na pogled kepasta (Slika 5.6a). Veliko

vlaken je skupaj z betonom ostalo na mešalnih lopaticah. Beton smo odstranili z lopatic ter

ga v mešalcu še dodatno ročno premešali z zidarsko žlico. Tako smo dobili bolj homogeno

betonsko mešanico, vendar vlaken vseeno nismo mogli enakomerno porazdeliti po

betonski mešanici. Vlakna so izstopala iz betona (Slika 5.6b). Izmerjena temperatura

betona je bila 24 °C. Beton je nudil močan upor pri vgrajevanju in oblikovanju

preizkušancev. Da smo beton pred vibriranjem dobro vgradili v kalupe, smo morali z

jekleno palico, ki se uporablja za zgoščevanje betona ob merjenju konsistence, in z

zidarsko žlico beton dlje obdelovati kot beton z 0.5 in 1.0 % volumskim deležem vlaken.


Paziti smo morali, da v betonu niso ostala votla mesta in da so bila vlakna čim bolj

enakomerno razporejena po betonu.

a)

b)


izgled mokre mešanice po dodajanju dodatne vode, mešanica je bila še vedno kepasta in

nehomogena b) PET vlakna so izstopala iz betona (Meke, 2011).


5.2.1.6 Pregled rezultatov priprave sveže betonske mešanice

Bistvena opažanja, vezana na izdelavo betonskih mešanic in njihovo vgradnjo v kalupe, so

za lažjo primerjavo povzeta v Preglednici 5.3.

Preglednica 5.3: Opažanja med izdelavo svežih betonskih mešanic in med njihovo vgradnjo.

Mešanica BOR_01

brez vlaken BOR_04

0.5 % STRUX BOR_05

0.5 % PET BOR_06

1.0 % PET BOR_07

1.5 % PET

Čas strojnega

mešanja [s] 120 300 300 300 300

Izgled mešanice

pred dodajanjem

vode

normalen zemeljsko

vlažen

zemeljsko

vlažen, razbit –

nehomogen

zemeljsko

vlažen, razbit

– nehomogen

zemeljsko

vlažen, razbit

– nehomogen

Dodajanje dodatne

vode ne da da da da

Izgled mešanice po

strojnem mešanju homogen homogen delno homogen

delno

homogen

kepast

nehomogen

Porazdelitev vlaken

po strojnem

mešanju

- enakomerna neenakomerna neenakomerna neenakomerna

Dodatno ročno

mešanje ne ne da da da

Porazdelitve vlaken

po ročnem mešanju - -

delno

enakomerna

delno

enakomerna neenakomerna

Obdelovalnost –

vgradnja v kalupe normalna

– normalno

normalna

– normalno

normalna

– normalno

slabša

– srednje težko

slaba

– zelo težko

Iz rezultatov je razvidno, da z višanjem volumskega odstotka dodanih PET vlaken

obdelovalnost betona pada. Pri vseh treh mešanicah z dodanimi PET vlakni smo morali z

zidarsko žlico po strojnem mešanju le-to dodatno ročno premešati, da smo dobili na videz

enakomernejšo porazdelitev PET vlaken. Najslabšo obdelovalnost in porazdelitev PET

vlaken v betonu je imela mešanica z najvišjim, 1.5 % volumskim deležem PET vlaken.

5.2.2 Rezultati meritev konsistence betona

Rezultati meritev konsistence svežih betonskih mešanic so prikazani v Preglednici 5.4. Iz

rezultatov je razvidno, da beton z dodanimi vlakni ne izkazuje projektirane stopnje

konsistence. Posed betona se je ob dodajanju vlaken močno zmanjšal, kar sovpada z

ugotovitvami raziskave Ochi et al. (2007). Pri volumskih vsebnostih vlaken od 0.5 % do

1.0 % je posed znašal med 40 do 50 mm, medtem ko je pri deležu vlaken 1.5 % le-ta padel


na najmanjšo možno vrednost, to je 10 mm. Z dodajanjem vlaken se je močno zmanjšala

tudi obdelavnost betona.

Preglednica 5.4: Rezultati meritev meritev konsistence svežih betonskih mešanic.

Mešanica BOR_01

brez vlaken BOR_04

0.5 % STRUX BOR_05

0.5 % PET BOR_06

1.0 % PET BOR_07

1.5 % PET

Posed [mm] 200 40 50 50 10

Ustreza stopnji

konsistence da ne ne ne ne

Meritve konsistence so za vsako mešanico, ki vsebuje vlakna, prikazane na Sliki 5.7a, 5.7b,

5.7c in 5.7d.

a)

b)


c)

d)

Slika 5.7: Določanje konsistence svežih betonskih mešanic skladno s standardom SIST EN 12350-

2:2009: a) mešanica BOR_04 0.5 % STRUX, posed 40 mm, b) mešanica BOR_05 0.5 % PET

posed 50 mm, c) mešanica BOR_06 1.0 % PET posed 50 mm, d) mešanica BOR_07 1.5 % PET

posed 10 mm (Meke, 2011).


5.3 Mehanske karakteristike strjenega betona

5.3.1 Rezultati preizkusov tlačne trdnosti in gostote strjenega betona

Rezultati preiskav tlačnih trdnosti in gostote strjenega betona so za vse analizirane

mešanice prikazani v Preglednici 5.5 in na Slikah 5.8 in 5.9. Prikazani rezultati pomenijo

povprečne vrednosti treh preizkušancev.

Preglednica 5.5: Rezultati preizkusov tlačne trdnosti in gostote strjenega betona. Rezultati

prikazani skupaj za vse vzorce.

Mešanica

Rezultati vzorcev

Prostorninska

masa

(kg/m3)

Tlačna

trdnost

(MPa)

BOR_01 brez

vlaken 2364 36.9

BOR_04

STRUX 0.5 % 2386 43.4

BOR_05

PET 0.5 % 2372 39.9

BOR_06

PET 1.0 % 2380 41.2

BOR_07

PET 1.5 % 2358 40.8

Iz stolpičnega diagrama na Sliki 5.8, na katerem so prikazani rezultati meritev tlačne

trdnosti, je bilo razvidno, da dodajanje vlaken betonu zviša tlačno trdnost v primerjavi z

betonom brez vlaken, kar sovpada z rezultati preiskave, ki sta jo izvedla Ochi et al. (2007).

Tlačna trdnost se je najbolj zvišala pri dodajanju 0.5 % volumskega deleža STRUX vlaken.

Vrednosti tlačne trdnosti pri dodajanju PET vlaken so bile nižje kot kot pri betonu s

STRUX vlakni.


Slika 5.8: Stolpični diagram z rezultati tlačne trdnosti otrdelega betona brez in z dodanimi vlakni.

Preglednica 5.6 prikazuje rezultate analize variance oziroma vrednosti F in Fkrit za

posamezne kombinacije betonskih mešanic, pri čemer npr. BOR_01-BOR_05 prikazuje

primerjavo med etalonsko mešanico in mešanico z 0.5 % deležem PET vlaken. V vseh

primerih velja, da je F > Fkrit, kar pomeni, da prisotnost tako PET kot STRUX vlaken v

vseh analiziranih deležih statistično značilno vpliva na zvišanje tlačne trdnosti strjenega

betona. Zanimivo je, da povečevanje deleža PET vlaken ni vplivalo na spremembo tlačnih

trdnosti betona.

Preglednica 5.6: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na tlačno trdnost

strjenega betona; primerjava med etalonsko mešanico brez vlaken in med mešanicami z vlakni.

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_05

0.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_06

1.0 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_07

1.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_04

0.5 % STRUX

Medsebojna primerjava

med

BOR_05 0.5 % PET,

BOR_06 1.0 % PET in

BOR_07 1.5 % PET

Statistika F 32.66 23.31 17.11 85.24 0.91

Fkrit 7.71 7.71 7.71 7.71 5.14

Odnos med F in Fkrit F > Fkrit F > Fkrit F > Fkrit F > Fkrit F < Fkrit

Vpliv deleža vlaken na

tlačno trdnost

statistično značilen

da/ne

da da da da ne

36,9

43,4

39,9

41,6

40,8

36,0

38,0

40,0

42,0

44,0

BOR_01

brez vlaken

BOR_04

STRUX

0,5 %

BOR_05

PET 0,5 %

BOR_06

PET 1,0 %

BOR_07

PET 1,5 %

Fcm

, 7 d

ni [M

Pa]

Mešanica


Iz stolpičnega diagrama na Sliki 5.9, na katerem so prikazani rezultati meritev gostote, je

bilo razvidno, da je dodajanje vlaken betonu malenkost zvišalo gostoto v primerjavi z

betonom brez vlaken, razen pri betonu z 1.5 % volumskega deleža PET vlaken. Gostota se

je najbolj zvišala pri dodajanju 0.5 % volumskega deleža STRUX vlaken. Vrednosti

gostote pri dodajanju PET vlaken so bile nižje kot kot pri betonu s STRUX vlakni. Z

najnižjo vrednostjo gostote je najbolj izstopal beton z dodatkom 1.5 % volumskega deleža

PET vlaken. To si lahko razložimo s tem, da je imela mešanica z 1.5 % volumskega deleža

PET vlaken najslabšo obdelovalnost in jo je bilo zato najtežje vgraditi v kalupe.

Slika 5.9: Stolpični diagram z rezultati gostote otrdelega betona brez in z dodanimi vlakni.

Kljub predhodno navedenim ugotovitvam rezultati analize variance kažejo, da prisotnost

PET vlaken v vseh analiziranih deležih za razliko od STRUX vlaken ne vpliva statistično

značilno na zvišanje gostote strjenega betona. Povečevanje deleža PET vlaken tudi ni

vplivalo na spremembo gostote betona. Iz Preglednice 5.7, ki prikazuje vrednosti F in Fkrit

za posamezne kombinacije betonskih mešanic, je namreč razvidno, da je pri vseh

mešanicah s PET vlakni F < Fkrit.

2364

2386

2372

2380

2358

2350

2360

2370

2380

2390

BOR_01

brez vlaken

BOR_04

STRUX

0,5 %

BOR_05

PET 0,5 %

BOR_06

PET 1,0 %

BOR_07

PET 1,5 %

Gost

ota

[k

g/m

3]

Mešanica


Preglednica 5.7: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na gostoto strjenega

betona; primerjava med etalonsko mešanico brez vlaken in med mešanicami z vlakni.

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_05

0.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_06

1.0 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_07

1.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_04

0.5 % STRUX


med

BOR_05 0.5 % PET,

BOR_06 1.0 % PET in

BOR_07 1.5 % PET

Statistika F 0.44 4.39 0.25 10.72 1.31

Fkrit 7.71 7.71 7.71 7.71 5.14

Odnos med F in Fkrit F < Fkrit F < Fkrit F < Fkrit F > Fkrit F < Fkrit


gostoto statistično

značilen da/ne

ne ne ne da ne


5.3.2 Rezultati tritočkovnih upogibnih preizkusov

V nadaljevanju so prikazani rezultati tritočkovnih upogibnih preizkusov za vsako mešanico

posebej in nato še skupaj. Rezultate smo prikazali z diagrami upogibne sile v odvisnosti od

vertikalne deformacije in s preglednicami za σup max, Fmax, vertikalno deformacijo pri Fmax

ter za Fkon, Rkon, Wkon pri končni vertikalni deformaciji do 0.5 mm. Pri vzorcu BOR_05

0.5 % STRUX končni rezultati niso bili odčitani pri vertikalni deformaciji 0.5 mm, ampak

nekoliko prej (v intervalu vertikalne deformacije od 0.43 do 0.49 mm), pri vzorcu BOR_06

1.0 % PET pa je pri prvem preizkušancu prišlo do predčasne prekinitve meritve (pri

vrednosti vertikalne deformacije 0.12 mm). Za primerjavo smo predstavili povprečja

rezultatov vseh dobljenih vrednosti v preglednici in v diagramih. Rezultate smo statistično

obdelali z metodo analize variance.


5.3.2.1 Beton BOR_01 brez vlaken

Slika 5.10 prikazuje diagram upogibne sile v odvisnosti od vertikalne deformacije za

preizkušance betona brez vlaken.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

UP

OG

IBN

A S

ILA

[N

]

VERTIKALNA DEFORMACIJA [mm]

Sila v N preizkušanec 1



Slika 5.10: Diagram upogibne sile v odvisnosti od vertikalne deformacije za preizkušance betona

brez vlaken.

Faza naraščanja upogibne sile do Fmax je bila pri vseh treh preizkušancih linearna in s

podobnim naklonom. V fazi padanja upogibne sile so si bile oblike in nakloni krivulj

podobni. V fazi prehoda upogibne sile proti končnim vrednostim Fkon so se krivulje

izravnale.

Vrednosti upogibne sile Fmax so bile med 12.8 in 13.8 kN. Vrednosti vertikalne deformacije

pri Fmax so bile med 0.049 in 0.060 mm. Vrednosti končnih upogibnih sil Fkon so bile pri

vertikalni deformaciji do 0.5 mm med 286 in 406 N. Vrednosti širin razpok so bile pri

vertikalni deformaciji do 0.5 mm med 0.65 in 0.70 mm. V Preglednici 5.8 so prikazani

posamezni rezultati meritev za za σup max, Fmax, vertikalno deformacijo pri Fmax ter za Fkon,

Rkon, Wkon pri končni vertikalni deformaciji do 0.5 mm ob tritočkovnem upogibnem

preizkusu preizkušancev betona brez vlaken.


Preglednica 5.8: Posamezni rezultati meritev tritočkovnega upogibnega preizkusa preizkušancev

betona brez vlaken.

Oznaka vzorca

Otrdeli beton brez vlaken

σup max

(MPa)

Fmax

(kN)

vertikalna

deformacija pri

Fmax

(mm)

Fkon pri

0.5 mm

(N)

Wkon do

0.5 mm

(mmN)

Rkon pri

0.5 mm

(mm)

BOR_01/1 5.7 12.8 0.056 285 1608 0.70

BOR_01/2 6.0 13.2 0.049 336 1916 0.63

BOR_01/3 6.2 13.8 0.060 406 2288 0.65

Število rezultatov 3 3 3 3 3 3

Rezultati vzorca 6.0 13.3 0.055 342 1937 0.66

Standardni odklon 0.25 0.50 0.0056 60.7 340.5 0.036


5.3.2.2 Beton BOR_04 z dodanimi STRUX vlakni v volumskem deležu 0.5 %


preizkušance betona z dodanimi STRUX vlakni v volumskem deležu 0.5 %.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

UP

OG

IBN

A S

ILA

[N

]





Slika 5.11: Diagram upogibne sile v odvisnosti od vertikalne deformacije za preizkušance betona z

dodanimi STRUX vlakni v volumskem deležu 0.5 %.


podobnim naklonom. V fazi padanja upogibne sile so si bile oblike in nakloni krivulj

podobni. Obliki krivulj v fazi padanja upogibne sile za preizkušanec 1 in preizkušanec 2

sta bili skoraj identični. V fazi prehoda upogibne sile proti končnim vrednostim Fkon so se

krivulje izravnale. Krivulji za preizkušanec 1 in preizkušanec 3 sta kazali trend ponovnega

naraščanja sile.


pri Fmax so bile med 0.067 in 0.135 mm. Preizkušanec 1 smo obremenjevali do končne

vertikalne deformacije 0.43 mm, preizkušanec 2 do 0.49 mm in preizkušanec 3 do

0.47 mm. Vrednosti končnih upogibnih sil Fkon so bile pri doseženih končnih vertikalnih

deformacijah med 3275 in 4291 N. Vrednosti širin razpok so bile pri doseženih končnih

vertikalnih deformacijah med 0.52 in 0.58 mm. V Preglednici 5.9 so prikazani posamezni

rezultati meritev za za σup max, Fmax, vertikalno deformacijo pri Fmax ter za Fkon, Rkon, Wkon


pri končni vertikalni deformaciji do 0.43, 0,49 in 0.47 mm ob tritočkovnem upogibnem

preizkusu preizkušancev betona z dodanimi STRUX vlakni v volumskem deležu 0.5 %.


betona z dodanimi STRUX vlakni v volumskem deležu 0.5 %.

Oznaka vzorca

Otrdeli beton 0.5 % STRUX

σup max

(MPa)

Fmax

(kN)

vertikalna

deformacija pri

Fmax

(mm)

Fkon pri

0.5 mm

(N)

Wkon kon

0.5 mm

(mmN)

Rkon pri

0.5 mm

(mm)

BOR_04/1 6.8 15.1 0.067 3275 2557 0.58

BOR_04/2 6.9 15.4 0.135 3308 2978 0.52

BOR_04/3 7.1 15.8 0.077 4291 2962 0.54





5.3.2.3 Beton BOR_05 z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 %


preizkušance betona z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 %.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

UP

OG

IBN

A S

ILA

[N

]






dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 %.


podobnim naklonom. V fazi padanja upogibne sile si oblike in nakloni krivulj niso bili

podobni. Oblika krivulje preizkušanca 1 je bila v fazi padanja upogibne sile linearna. V

fazi prehoda upogibne sile proti končnim vrednostim Fkon so se krivulje izravnale. Krivulje

niso kazale tendence naraščanja upogibne sile.


pri Fmax so bile med 0.065 in 0.104 mm. Vrednosti končnih upogibnih sil Fkon so bile pri


vertikalni deformaciji do 0.5 mm med 0.60 in 0.70 mm. V Preglednici 5.10 so prikazani

posamezni rezultati meritev za za σup max, Fmax, vertikalno deformacijo pri Fmax ter za Fkon,

Rkon, Wkon pri končni vertikalni deformaciji do 0.5 mm ob tritočkovnem upogibnem

preizkusu preizkušancev betona z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 %.



betona z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 %.

Oznaka vzorca

Otrdeli beton 0.5 % PET

σup max

(MPa)

Fmax

(kN)

vertikalna

deformacija pri

Fmax

(mm)

Fkon pri

0.5 mm

(N)

Wkon do

0.5 mm

(mmN)

Rkon pri

0.5 mm

(mm)

BOR_05/1 5.9 13.2 0.065 2486 2297 0.60

BOR_05/2 6.2 13.8 0.053 2882 2442 0.70

BOR_05/3 6.8 15.8 0.104 2728 2647 0.63








0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

UP

OG

IBN

A S

ILA

[N

]







Pri prvem preizkušancu je prišlo do napake pri odčitovanju podatkov ob meritvah, zato so

bili podatki zapisani samo do vrednosti vertikalne deformacije 0.12 mm. Zaradi tega

preizkušanca 1 v analizi rezultatov nismo upoštevali.

Faza naraščanja upogibne sile do Fmax je bila pri dveh preizkušancih linearna in s

podobnim naklonom. V fazi padanja upogibne sile sta si bili obliki in naklona krivulj

podobna. Obliki krivulj sta bili v fazi padanja upogibne sile linearni. V fazi prehoda

upogibne sile proti končnima vrednostima Fkon sta se krivulji izravnali. Krivulja

preizkušanca 3 je kazala trend naraščanje upogibne sile.

Vrednosti upogibne sile Fmax za vse tri preizkušance so bile med 12.5 in 14.5 kN.

Vrednosti vertikalne deformacije pri Fmax sta bili 0.048 in 0.100 mm. Vrednosti končnih sil

sta bili pri vertikalni deformaciji do 0.5 mm 4343 in 4104 N. Vrednosti širin razpok sta bili

pri vertikalni deformaciji do 0.5 mm 0.71 in 0.61 mm.


V Preglednici 5.11 so prikazani posamezni rezultati meritev za σup max, Fmax, vertikalno

deformacijo pri Fmax ter za Fkon, Rkon, Wkon pri končni vertikalni deformaciji do 0.5 mm ob

tritočkovnem upogibnem preizkusu preizkušancev betona z dodanimi PET vlakni v

volumskem deležu 1.0 %.



Oznaka vzorca


σup max

(MPa)

Fmax

(kN)

vertikalna

deformacija pri

Fmax

(mm)

Fkon pri

0.5 mm

(N)

Wkon do

0.5 mm

(mmN)

Rkon pri

0.5 mm

(mm)

BOR_06/1 6.5 14.5 - - - -

BOR_06/2 5.6 12.5 0.048 4343 2613 0.71

BOR_06/3 5.9 13.1 0.100 4104 2649 0.61



Standardni odklon 0.46 1.03 - - - -





0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

UP

OG

IBN

A S

ILA

[N

]








podobnim naklonom. V fazi padanja upogibne sile so bile oblike in nakloni krivulj

podobni. Krivulje so bile v fazi padanja upogibne sile linearne. V fazi prehoda upogibne

sile proti končnim vrednostim Fkon so se krivulje izravnale. Krivulje so kazale trend

naraščanja upogibne sile. Izrazit trend naraščanja upogibne sile je kazala krivulja

preizkušanca 1.


pri Fmax so bile med 0.037 in 0.080 mm.Vrednosti končnih upogibnih sil Fkon so bile pri


vertikalni deformaciji do 0.5 mm med 0.62 in 0.66 mm.

V Preglednici 5.12 so prikazani posamezni rezultati meritev za za σup max, Fmax, vertikalno

deformacijo pri Fmax ter za Fkon, Rkon, Wkon pri končni vertikalni deformaciji do 0.5 mm ob


tritočkovnem upogibnem preizkusu preizkušancev betona z dodanimi PET vlakni v

volumskem deležu 1.5 %.



Oznaka vzorca


σup max

(MPa)

Fmax

(kN)

vertikalna

deformacija pri

Fmax

(mm)

Fkon pri

0.5 mm

(N)

Wkon pri

0.5 mm

(mmN)

Rkon pri

0.5 mm

(mm)

BOR_07/1 5.5 12.2 0.037 5871 3297 0.66

BOR_07/2 6.2 13.7 0.080 8330 4052 0.63

BOR_07/3 5.6 12.5 0.052 4512 5096 0.62





5.3.2.5.1 Rezultati meritev na preizkušancu 3 do vertikalne deformacije 1.0 mm


preizkušanec 3. Meritev na preizkušancu 3 smo izvedli do vertikalne deformacije 1.0 mm.

Zanimalo nas je, kako se bo preizkušanec obnašal pri enkrat večji vertikalni deformaciji.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

UP

OG

IBN

A S

ILA

[N

]



Slika 5.15: Diagram upogibne sile v odvisnosti od vertikalne deformacije za preizkušanec 3 do

vrednosti vertikalne deformacije 1.0 mm.

Na prikazanem diagramu sila – vertikalna deformacija smo opazili, da krivulja nad

vertikalno deformacijo 0.50 mm linearno narašča. Vrednost upogibne sile je bila med 4500

in 4600 N.


Slika 5.16 prikazuje diagram širine razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije za

preizkušanec 3.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

ŠIR

INA

RA

ZP

OK

E [

mm

]


Razpoka v mm

Slika 5.16: Diagram širina razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije za preizkušanec 3 do

vrednosti vertikalne deformacije 1.0 mm.

Na prikazanem diagramu širina razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije smo od

točke nastanka razpoke, to je pri vertikalni deformaciji 0.052 mm, opazili linearno

naraščanje širine razpoke. Med potekom preizkusa smo slišali zvok ob pretrganju

posameznega vlakna. V točki pretrganja prvega vlakna pri vertikalni deformaciji 0.79 mm

se je razpoka zaprla za 0.19 mm, v točki pretrganja drugega vlakna pri vertikalni

deformaciji 0.93 mm pa za 0.28 mm. Na podlagi zvoka in hitrega zapiranja razpoke smo

sklenili, da so se vlakna pretrgala. To kaže, da vlakno ni bilo izpuljeno iz cementne

matrice, da je bila vez med vlaknom in cementno matrico močnejša kot vlakno samo.


Na Sliki 5.17 smo natančneje prikazali točko krhkega loma pri vertikalni deformaciji

0.052 mm po betonu in prehod iz plastične deformacije v duktilno deformacijo

preizkušanca. Točka sovpada s točko, kjer je vrednost upogibne sile najvišja, to je pri Fmax.

Slika 5.17: Diagram širina razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije v točki krhkega loma pri

vertikalni deformaciji 0.052 mm, prehod iz plastične deformacije v duktilno deformacijo

preizkušanca.

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

-0,04 -0,02 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

ŠIR

INA

RA

ZP

OK

E [

mm

]


Razpoka v mm


Na Sliki 5.18 smo natančneje prikazali točko začetka premoščanja razpoke s strani PET

vlaken pri vertikalni deformaciji 0.154 mm. Točka sovpada s točko prehoda krivulje iz

linearnega padanja vrednosti upogibne sile v horizontalno linijo na Sliki 5.15.

Slika 5.18: Diagram širina razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije v točki začetka

premoščanja razpoke s strani PET vlaken pri vertikalni deformaciji 0.154 mm.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24

ŠIR

INA

RA

ZP

OK

E [

mm

]


Razpoka v mm


5.3.2.6 Rezultati tritočkovnih upogibnih preizkusov za vse mešanice

V Preglednici 5.13 smo prikazali povprečja rezultatov vseh mešanic. Za Fmax, Fkon in Wkon

smo rezultate prikazali v stolpičnih diagramih in rezultate statistično obdelali z analizo

variance.

Preglednica 5.13: Rezultati meritev tritočkovnih preizkusov za vse mešanice.

Mešanica

Rezultati vzorcev

σup max

(MPa)

Fmax

(kN)

vertikalna

deformacija

pri Fmax

(mm)

Fkon pri

0.5 mm

(N)

Wkon do

0.5 mm

(mmN)

Rkon pri

0.5 mm

(mm)

BOR_01

brez vlaken 6.0 13.3 0.055 342 1937 0.66

BOR_04

STRUX 0.5 % 6.9 15.4 0.093 3625 2832 0.55

BOR_05

PET 0.5 % 6.3 14.3 0.074 2699 2462 0.64

BOR_06

PET 1.0 % 6.0 13.4 0.074 4224 2631 0.66

BOR_07

PET 1.5 % 5.8 12.8 0.056 6238 4148 0.64


5.3.2.6.1 Rezultati meritev upogibne sile Fmax

Iz stolpičnega diagrama na Sliki 5.19, na katerem so prikazani rezultati meritev upogibne

sile Fmax, je bilo razvidno, da dodajanje vlaken betonu zviša upogibno silo Fmax v

primerjavi z betonom brez vlaken, razen pri betonu z dodanim 1.5 % volumskim deležem

PET vlaken. Z višanjem volumskega odstotka PET vlaken vrednost upogibne sile Fmax

pada.

Slika 5.19: Stolpični diagram z rezultati upogibne sile Fmax otrdelega betona brez in z dodanimi

vlakni.

Z analizo variance ni bilo potrjeno, da prisotnost PET vlaken v vseh analiziranih deležih

statistično značilno vpliva na zvišanje upogibne sile Fmax strjenega betona, kar je razvidno

iz Preglednice 5.14. Prisotnost STRUX vlaken statistično značilno vpliva na zvišanje

tlačne trdnosti strjenega betona. Preglednica prikazuje vrednosti F in Fkrit za posamezne

kombinacije betonskih mešanic, pri čemer npr. BOR_01-BOR_05 prikazuje primerjavo

med etalonsko mešanico in mešanico z 0.5% deležem PET vlaken.

13,3

15,4

14,3

13,4

12,8

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

BOR_01

brez vlaken

BOR_04

STRUX

0,5 %

BOR_05

PET 0,5 %

BOR_06

PET 1,0 %

BOR_07

PET 1,5 %

F m

ax[k

N]

Mešanica


Preglednica 5.14: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na upogibno silo Fmax

strjenega betona, primerjava med etalonsko mešanico brez vlaken in med mešanicami z vlakni.

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_05

0.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_06

1.0 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_07

1.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_04

0.5 % STRUX


med

BOR_05 0.5 % PET,

BOR_06 1.0 % PET in

BOR_07 1.5 % PET

Statistika F 1.42 0.02 0.74 37.39 1.39

Fkrit 7.71 7.71 7.71 7.71 5.14

Odnos med F in Fkrit F < Fkrit F < Fkrit F < Fkrit F > Fkrit F < Fkrit


največjo upogibno silo

Fmax značilen da/ne

ne ne ne da ne


5.3.2.6.2 Rezultati meritev upogibne sile Fkon pri vertikalni deformaciji 0.50 mm

Iz stolpičnega diagrama na Sliki 5.20, na katerem so prikazani rezultati meritev upogibne

sile Fkon pri vertikalni deformaciji 0.5 mm, je bilo razvidno, da dodajanje vlaken betonu

zviša upogibno silo Fkon v primerjavi z betonom brez vlaken. Z višanjem volumskega

odstotka PET vlaken vrednost upogibne sile Fkon narašča.

Slika 5.20: Stolpični diagram z rezultati upogibne sile Fkon pri vertikalni deformaciji 0.50 mm

otrdelega betona brez in z dodanimi vlakni.

Z analizo variance je bilo potrjeno, da prisotnost PET vlaken v vseh analiziranih deležih

statistično značilno vpliva na zvišanje upogibne sile Fkon strjenega betona, kar je razvidno

iz Preglednice 5.15. Prav tako prisotnost STRUX vlaken statistično značilno vpliva na

zvišanje upogibne sile Fkon strjenega betona. Ker je pri preizkusu preizkušanca 1, betona z

dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 1.5 %, prišlo do napake pri odčitovanju

podatkov in nismo dobili končnih vrednosti, smo predpostavili, da bi znašala vrednost

upogibne sile Fkon 4200 N. Predpostavka temelji na izgledu krivulj diagrama upogibne sile

v odvisnosti od vertikalne deformacije preizkušanca 2 in preizkušanca 3 na Sliki 5.13 in na

vrednosti Fkon preizkušanca 2 in preizkušanca 3 (Preglednica 5.11).

Preglednica prikazuje vrednosti F in Fkrit za posamezne kombinacije betonskih mešanic,

pri čemer npr. BOR_01-BOR_05 prikazuje primerjavo med etalonsko mešanico in

mešanico z 0.5 % deležem PET vlaken.

342

3625

2699

4224

6238

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

BOR_01

brez vlaken

BOR_04

STRUX 0,5

BOR_05

PET 0,5

BOR_06

PET 1,0

BOR_07

PET 1,5

Fk

on

pri

ver

tik

aln

i d

eform

aci

ji d

o 0

,5 m

m [

N]

Mešanica


Preglednica 5.15: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na upogibno silo Fkon

pri vertikalni deformaciji 0.50 mm strjenega betona, primerjava med etalonsko mešanico brez

vlaken in med mešanicami z vlakni.

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_05

0.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_06

1.0 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_07

1.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_04

0.5 % STRUX


med

BOR_05 0.5 % PET,

BOR_06 1.0 % PET in

BOR_07 1.5 % PET

Statistika F 382.57 2479.15 27.81 95.92 7.47

Fkrit 7.71 7.71 7.71 7.71 5.14

Odnos med F in Fkrit F > Fkrit F > Fkrit F > Fkrit F > Fkrit F > Fkrit


končno upogibno silo

Fkon značilen da/ne

da da da da da


5.3.2.6.3 Rezultati meritev opravljenega dela Wkon do vertikalne deformacije 0.50 mm

Iz stolpičnega diagrama na Sliki 5.21, na katerem so prikazani rezultati meritev

opravljenega dela Wkon do vertikalne deformacije 0.50 mm, je bilo razvidno, da dodajanje

vlaken betonu zviša opravljeno delo Wkon v primerjavi z betonom brez vlaken. Z višanjem

volumskega odstotka PET vlaken vrednost opravljenega dela Wkon narašča.

Slika 5.21: Stolpični diagram z rezultati opravljenega dela Wkon do vertikalne deformacije 0.50 mm

otrdelega betona brez in z dodanimi vlakni.

Pri volumskem deležu 0.5 % dodanih PET vlaken z analizo variance ni bilo potrjeno, da

vlakna statistično značilno vplivajo na zvišanje opravljenega dela Wkon do končne

deformacije 0.50 mm strjenega betona. Z analizo variance je bilo potrjeno, da prisotnost

PET vlaken v volumskem deležu 1.0 in 1.5 % statistično značilno vpliva na zvišanje

opravljenega dela Wkon do končne deformacije 0.50 mm strjenega betona, kar je razvidno

iz Preglednice 5.16. Prav tako prisotnost STRUX vlaken statistično značilno vpliva na

opravljeno delo Wkon strjenega betona. Ker je pri preizkusu preizkušanca 1, betona z

dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 1.5 %, prišlo do napake pri odčitovanju

podatkov in nismo dobili končnih vrednosti, smo predpostavili, da bi znašala vrednost

končnega dela Wkon 2600 Nmm. Predpostavka temelji na izgledu krivulj diagrama

upogibne sile v odvisnosti od vertikalne deformacije preizkušanca 2 in preizkušanca 3 na

1940

2830

2460

2620

3620

1500

2000

2500

3000

3500

4000

BOR_01

brez vlaken

BOR_04

STRUX 0,5

BOR_05

PET 0,5

BOR_06

PET 1,0

BOR_07

PET 1,5

Wk

on

do

ver

tik

aln

ed

eform

aci

je 0

,5 m

m [

mm

]

Mešanica


Sliki 5.13 in na vrednosti Wkon preizkušanca 2 in preizkušanca 3 (Preglednica 5.11). Brez

te predpostavke rezultatov ne mogli obdelati z analizo variance.

Preglednica prikazuje vrednosti F in Fkrit za posamezne kombinacije betonskih mešanic,

pri čemer npr. BOR_01-BOR_05 prikazuje primerjavo med etalonsko mešanico in

mešanico z 0.5 % deležem PET vlaken.

Preglednica 5.16: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na opravljeno delo

Wkon do vertikalne deformacije 0.50 mm strjenega betona, primerjava med etalonsko mešanico brez

vlaken in med mešanicami z vlakni.

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_05

0.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_06

1.0 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_07

1.5 % PET

Primerjava med

BOR_01

brez vlaken

in

BOR_04

0.5 % STRUX


med

BOR_05 0.5 % PET,

BOR_06 1.0 % PET in

BOR_07 1.5 % PET

Statistika F 5.62 12.02 15.74 13.90 9.21

Fkrit 7.71 7.71 7.71 7.71 5.14

Odnos med F in Fkrit F < Fkrit F > Fkrit F > Fkrit F > Fkrit F > Fkrit


Wkon značilen da/ne ne da da da da


6 ZAKLJUČKI IN UGOTOVITVE

6.1 Zaključki in ugotovitve

V diplomski nalogi smo analizirali beton z dodanimi PET vlakni iz recikliranih PET

plastenk. Na podlagi rezultatov eksperimentalnih preiskav podajamo naslednje

najpomembnejše zaključke in ugotovitve:

1. Z ročnim rezanjem je možno doseči zadovoljivo natančnost dimenzij narezanih

vlaken, predvsem njihove dolžine, medtem ko je zaradi relativno majhnih dimenzij

predvideno širino vlaken z ročnim načinom rezanja težje zagotoviti. Metoda

ročnega rezanja je uporabna, kadar potrebujemo manjšo količino PET vlaken. V

primeru, da bi potrebovali večjo količino PET vlaken za nadaljnje preiskave ali za

redno uporabo v betonu, bi bilo potrebno na tržišču poiskati stroj, ki reže PET

plastenke na želeno dimenzijo.

Ocenjujemo, da bi bilo v izogib zgoraj navedenim težavam smiselno zmanjšati tako

dolžino kot širino vlaken, kar kažejo tudi rezultati raziskav drugih avtorjev.

2. Pri pripravi sveže betonske mešanice smo opazili, da z višanjem volumskega

odstotka dodanih PET vlaken obdelovalnost betona v primerjavi z betonom brez

vlaken pada, konsistenca svežega betona pa se je ob prisotnosti vlaken močno

zmanjšala in ni dosegala vrednosti, ki bi omogočale udobno in kvalitetno vgradnjo

betona. Omenjene ugotovitve sovpadajo z ugotovitvami raziskav v uporabljeni

literaturi in kažejo, da bi morali bolje pripraviti začetno recepturo betona.

3. Rezultati preiskav tlačne trdnosti betona kažejo, da dodajanje PET vlaken v sestavo

betonske mešanice zviša tlačno trdnost materiala v primerjavi z referenčnim

betonom brez vlaken, vpliv PET vlaken na tlačno trdnost betona pa je statistično

značilen.

4. Rezultati meritev gostote kažejo, da je vpliv PET vlaken v betonu na gostoto

materiala praktično zanemarljiv in ni statistično značilen.

5. Diagrami upogibne sile v odvisnosti od vertikalne deformacije pri vseh

preizkušancih z dodanimi PET vlakni kažejo, da je faza naraščanja upogibne sile do


Fmax linearna in s podobnim naklonom. Krivulje se nato v fazi prehoda upogibne

sile proti končnim vrednostim vertikalne deformacije izravnajo oziroma izkazujejo

rahel trend naraščanja. To dokazuje, da PET vlakna po pojavu razpoke v

preizkušancu učinkujejo, t.j. omogočajo (zmanjšano) upogibno nosilnost ter

premoščajo in preprečujejo širjenje razpoke.

Pri preizkušancu 3 betona z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 1.5 % smo

ugotovili, da je krivulja linearna in ima trend naraščanja tudi do vertikalne

deformacije 1.0 mm. Diagram širine razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije

kaže začetno linearno naraščanje širine razpoke ter kasnejše hitro zapiranje le-te.

Med potekom preizkusa smo zaznali značilen zvok ter zaključili, da so se vlakna

pretrgala.

6. Rezultati meritev upogibne sile Fmax kažejo, da dodajanje PET vlaken betonu zviša

upogibno silo Fmax v primerjavi z betonom brez vlaken, razen pri betonu z dodanim

1.5 % volumskim deležem PET vlaken. Z višanjem volumskega odstotka PET

vlaken vrednost upogibne sile Fmax pada.

Z analizo variance nismo potrdili, da prisotnost PET vlaken v vseh analiziranih

deležih statistično značilno vpliva na zvišanje upogibne sile Fmax strjenega betona

ter da povečevanje deleža PET vlaken statistično značilno vpliva na spremembo

upogibne sile Fmax strjenega betona.

7. Rezultati meritev upogibne sile Fkon pri končni vertikalni deformaciji 0.5 mm

kažejo, da dodajanje PET vlaken betonu zviša upogibno silo Fkon v primerjavi z

betonom brez vlaken, količina dodanih vlaken pa statistično značilno vpliva na

povečanje upogibne porušne sile strjenega betona.

8. Rezultati meritev opravljenega dela Wkon do končne vertikalne deformacije 0.50

mm kažejo, da dodajanje PET vlaken betonu zviša opravljeno delo Wkon v

primerjavi z betonom brez vlaken, količina dodanih vlaken od 1 % vlaken naprej pa

statistično značilno vpliva na spremembo opravljenega dela Wkon do končne

vertikalne deformacije 0.50 mm strjenega betona.


Z navedenimi ugotovitvamim potrjujemo osnovno hipotezo tega diplomskega dela, da

prisotnost vlaken iz PET plastenk v sestavi betona v splošnem izboljša mehanske

karakteristike betona, je pa potreba dodatna optimizacija predvsem geometrije vlaken s

ciljem doseči zadovoljive karakteristike osnovnih lastnosti svežih betonskih mešanic.


6.2 Priporočila za nadaljnje delo

Vse preizkušance, na katerih smo opravili tritočkovni upogibni preizkus do vertikalne

deformacije 0.50 mm, smo shranili. Avgusta 2016 so bil stari 5 let.

Predlagamo, da se na preizkušancih opravijo naslednje preiskave:

- Tritočkovni upogibni preizkus do končne odpovedi PET vlaken.

- Iz preizkušancev se naj nato izdelajo preizkušanci dimenzij 100 x 100 x 100

mm za preizkus tlačne trdnosti. Prav tako se lahko iz preostalih polovic izdelajo

preizkušanci za prirejeni tritočkovni upogibni preizkus. Tako bi dobili rezultate

tlačnih trdnosti in razultate upogibnih preizkusov 5 let starega z PET vlakni

ojačanega betona.

- Iz starih preizkušancev se lahko izluščijo vlakna, ki so bila 5 let izpostavljena

vplivu betona. Lastnosti vaken se lahko primerjajo z na novo pripravljenimi

vlakni.

V primeru nadaljnih raziskav v smeri uporabe PET vlaken pridobljenih iz plastenk

predlagamo uporabo enakih osnovnih materialov, kot smo jih uporabili v tej diplomski

nalogi. Predvsem bi bilo potrebno optimizirati sestavo sveže betonske mešanice, da bi le-ta

obdržala dobro obdelavnost tudi pri višjih volumskih deležih dodanih PET vlaken.

Razmisliti bi veljalo v smeri optimizacije dimenzij PET vlaken.


7 VIRI IN LITERATURA

BALAGURU, P.N. in SHAH, S.P., 1992. Fiber Reinforced Cement Composites, McGraw

Hill, New York

BANDELJ, B., 2010. Reološke lastnosti vlaknastih betonov, doktorska disertacija,

Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana

BARRIEDIRECT, 2016. Dostopno na:

<http://www.barriedirect.info/sites/1558/media/products/fiber_reinforcemen

t-1.jpg> [maj 2016]

BENTUR, A. in MINDESS, S., 1990. Fibre Reinforced Cementitius Composites, Elsevier

Science Publ. Ltd, England

BPMSELECT, 2016. Dostopno na:

<http://bpmselect.com/view.html?url=http%3A%2F%2Fwww.forta-

ferro.com%2Fproducts%2Fmonofilament-microfibers%2F> [maj 2016]

BUILDSIDE, 2016. Dostopno na: <http://www.buildsite.com/pdf/wrgrace/STRUX-9040-

Technical-Notes-320927.pdf> [maj 2016]

Cement & Concrete institute, 2001. Fibre reinforced concrete, Dostopno na :

<http://www.cnci.org.za> [januar 2012]

CONCRETEATHOME, 2016. Dostopno na: <http://concreteathome.blogspot.si/>

[maj 2016]

FORTA-FERRO, 2016. Dostopno na: <http://blog.forta-ferro.com/blog/forta-for-concrete>

[maj 2016]

FOTI, D., 2011. Preliminary analysis of concrete reinforced with waste bottles PET fibers.

Construction and Building Materials, Volume 25, Issue 4, April 2011,

Pages 1906–1915. Dostopno na:

<http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061810005969>

[september 2011]

http://www.barriedirect.info/sites/1558/media/products/fiber_reinforcement-1.jpg

http://www.barriedirect.info/sites/1558/media/products/fiber_reinforcement-1.jpg

http://bpmselect.com/view.html?url=http%3A%2F%2Fwww.forta-ferro.com%2Fproducts%2Fmonofilament-microfibers%2F

http://bpmselect.com/view.html?url=http%3A%2F%2Fwww.forta-ferro.com%2Fproducts%2Fmonofilament-microfibers%2F

http://www.buildsite.com/pdf/wrgrace/STRUX-9040-%09%09Technical-Notes-320927.pdf

http://www.buildsite.com/pdf/wrgrace/STRUX-9040-%09%09Technical-Notes-320927.pdf

http://www.cnci.org.za/

http://concreteathome.blogspot.si/

http://blog.forta-ferro.com/blog/forta-for-concrete

http://www.sciencedirect.com/science/journal/09500618

http://www.sciencedirect.com/science/journal/09500618/25/4

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061810005969


FRAS, S., 2010. Možnost uporabe kontiuniranih ogljikovih vlaken za ojačitev betonskih

konstrukcij, diplomsko delo, Fakulteta za gradbeništvo, Maribor

GREENGAGECORPORATION, 2016. Dostopno na:

<http://www.greengagecorporation.com/products/forta-green-net/>

[maj 2016]

GCPAT, 2016. Dostopno na: <https://gcpat.com/construction/en-us/Documents/STRUX-

5M_STRUX_90_40_11_14_07.pdf> [maj 2016]

HEBSANTONG, 2016. Dostopno na:

<http://hebsantong.com/info/PVA-Cutting-Fiber--synthetic-pva-fibers-for-

concrete-38-1.htm> [maj 2016]

IVANIČ, A., 2011. Novi mehanizmi vpetja vlaken v kompozitnih materialih, doktorska

disertacija, Fakulteta za gradbeništvo, Maribor

JLCONLINE, 2016. Dostopno na: <http://www.jlconline.com/how-to/foundations/trade-

talk-can-you-substitute-synthetic-fibers-for-wire-mesh_o> [maj 2016]

KIM, S.B., YI, N.H., KIM, H.Y., KIM, J.J. in SONG, Y., 2010. Material and structural

performance evaluation of recycled PET Fiber reinforced concrete.

Cementand Concrete Composites, Volume 32, Issue 3, March 2010, Pages

232–240. Dostopno na:


[september 2011].

KORDSAGLOBAL. 2016. Dostopno na: <http://www.kordsaglobal.com/kratos/index-

eng.html> [maj 2016]

LESPATEX, 2016. Dostopno na: <http://www.lespatex.si/gradbenistvo/dodatki-betonom-

in-malte/tlaki/> [maj 2016]

LJUDMILA, 2016. Dostopno na: <http://www.ljudmila.org/matej/statistika/mva.html>

[maj 2016]

http://www.greengagecorporation.com/products/forta-green-net/

https://gcpat.com/construction/en-us/Documents/STRUX-%09%095M_STRUX_90_40_11_14_07.pdf

https://gcpat.com/construction/en-us/Documents/STRUX-%09%095M_STRUX_90_40_11_14_07.pdf

http://www.jlconline.com/how-to/foundations/trade-talk-can-you-substitute-synthetic-fibers-for-wire-mesh_o

http://www.jlconline.com/how-to/foundations/trade-talk-can-you-substitute-synthetic-fibers-for-wire-mesh_o




http://www.lespatex.si/gradbenistvo/dodatki-betonom-in-malte/tlaki/

http://www.lespatex.si/gradbenistvo/dodatki-betonom-in-malte/tlaki/

http://www.ljudmila.org/matej/statistika/mva.html


MAKROFIBER, 2016. Dostopno na: <http://www.makrofiber.com/> [maj 2016]

NEOGROUP, 2016. Dostopno na: <http://neogroup.eu/about-pet> [maj 2016]

NEWSTEELCONSTRUCTION, 2016. Dostopno na:

<http://www.newsteelconstruction.com/wp/wp-content/uploads/2013/01/Fibres2.jpg>

[maj 2016]

NTF UL, 2010. LABORATORIJSKE VAJE IZ FIZIKALNE KEMIJE POLIMEROV ZA

ŠTUDENTE 2. STOPNJE TEKSTILSTVA, interno študijsko gradivo,

Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo - Katedra za fizikalno kemijo,

Ljubljana

OCHI, T., OKUBO, S. in FUKUI, K., 2007. Development of recycled PET fiber and its

application as concrete-reinforcing fiber. Cement and Concrete Composites,

Volume 29, Issue 6, July 2007, Pages 448–455. Dostopno na:


[september 2011].

SALONIT, 2016. Dostopno na:

<http://www.salonit.si/proizvodi_in_storitve/cementi/2011122210551525/>

[maj 2016]

SILVA, D.A., BETIOLI, A.M., GLEIZE, P.J.P., ROMAN H.R., GOMEZ, L.A. in

RIBEIRO, J.L.D., 2005. Degradation of recycled PET fibers in Portland

cement- based materials. Cement and Concrete Research, Volume 35, Issue

9, September 2005,

Pages1741–1746. Dostopno na:


[september 2011].

SWAMY, R.N., 1975. Fibre Reinforcement of Cement and Concrete, Materials and

Structures

http://neogroup.eu/about-pet

http://www.newsteelconstruction.com/wp/wp-content/uploads/2013/01/Fibres2.jpg




http://www.salonit.si/proizvodi_in_storitve/cementi/2011122210551525/









TKK, 2016. Dostopno na:

<http://www.tkk.si/si/files/default/tehnicni_listi/cementol/cementol_zeta_pl

us_slo.pdf> [maj 2016]

TURK, G., 2012. Verjetnosti račun in statistika, učbenik za visoke šole, Fakulteta za

gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana

ŽIGON, M., 2009. UVOD V POLIMERE, zapiski predavanj, Kemijski inštitut, Ljubljana

http://www.tkk.si/si/files/default/tehnicni_listi/cementol/cementol_zeta_plus_slo.pdf

http://www.tkk.si/si/files/default/tehnicni_listi/cementol/cementol_zeta_plus_slo.pdf

http://studentski.net/gradivo/ulj_fkt_ke2_amk_sno_anova_01


8 PRILOGE

8.1 Seznam slik

Slika 2.1: Prikaz možnih razporeditve vlaken v eni, dveh ali treh dimenzijah: dolga vlakna (a, c),

kratka vlakna (b, d). (a) enodimenzionalna razporeditev 1-D; (b, c ) dvodimenzionalna razporeditev

2-D; (d) trodimenzionalna razporeditev 3-D (Bentur, 1990). ............................................................ 7

Slika 2.2: Različne vrste in oblike sintetičnih vlaken: a) (JLCONLINE, maj 2016), g)

(BPMSELECT, maj 2016) najlonska vlakna, b) (MAKROFIBER, maj 2016), c)

(BARRIEDIRECT, maj 2016), d) (FORTA-FERRO, maj 2016), e) (CONCRETEATHOME, maj

2016) polipropilenska vlakna, f) (GREENGAGECORPORATION, maj 2016) polipropilenska

vlakna iz recikliranega materiala, h) (KORDSAGLOBAL, maj 2016) poliamidna vlakna; i)

(HEBSANTONG, maj 2016) vlakna iz polivinil acetata. .................................................................. 9

Slika 2.3: Shema mikrostrukture mejne površine kompozita ojačanega z jeklenimi vlakni (povzeto

po Bentur, 1990). .............................................................................................................................. 14

Slika 3.1: Rast količine zbranih in recikliranih PET plastenk v Evropi, med leti 2000 in 2011

(povzeto po NEOGROUP, maj 2016). ............................................................................................. 17

Slika 3.2: Natezni preizkus vlaken narezanih iz PET plastenk (Foti, 2011). ................................... 24

Slika 4.1: Sejalne krivulje uporabljenega agregata. ......................................................................... 30

Slika 4.2: Makro vlakna STRUX 90/40 (NEWSTEELCONSTRUCTION, maj 2016). .................. 32

Slika 4.3: Zbiranje odpadnih PET plastenk iz zabojnikov za odpadno plastiko (Meke, 2011). ....... 34

Slika 4.4: Izbrane plastenke primerne za nadaljnjo ročno obdelavo (Meke, 2011). ........................ 34

Slika 4.5: Izbrana vzorčna plastenka z označenim vlaknom, ki smo ga izrezali pravokotno na daljšo

os plastenke (Meke, 2011). .............................................................................................................. 34

Slika 4.6: Osnovni razrez izbrane vzorčne plastenke (Meke, 2011). ............................................... 34

Slika 4.7: Uporabni deli izbranih plastenk po pranju v pralnem stroju (Meke, 2011). .................... 35

Slika 4.8: Uporabni deli izbranih plastenk narezani na trakove široke približno 60 mm (Meke,

2011). ............................................................................................................................................... 35

Slika 4.9: Ročno rezanje vlaken iz PET plastenk, na sliki je označeno vlakno iz vzorčne plastenke

(Meke, 2011). ................................................................................................................................... 35

Slika 4.10: Vsi deli vzorčne plastenke po opravljenem razrezu (Meke, 2011). ............................... 35


Slika 4.11: Narezana PET vlakna, vidna je ukrivljenost vlaken (Meke, 2011). ............................... 36

Slika 4.12: PET vlakna pripravljena za uporabo v sveži betonski mešanici (Meke, 2011) ............. 36

Slika 4.13: Meritev poseda betona s stožcem (povzeto po SIST EN 12350-2:2009, 2009). ........... 38

Slika 4.14: Oblika poseda betona (povzeto po SIST EN 12350-2:2009, 2009). .............................. 38

Slika 4.15: Hidravlična stiskalnica na inštitutu IGMAT d.d. (Meke, 2016). ................................... 39

Slika 4.16: Postavitev aluminijastih kotnikov na prizmo in postavitev tipal senzorja vertikalne

deformacije: a) naleganje tipal na aluminijaste kotnike, b) postavitev senzorja vertikalne

deformacije za strojem (Meke, 2011). ............................................................................................. 40

Slika 4.17: Postavitev DD1 senzorja deformacije na prizmo, z DD1 senzorjem smo merili širino

razpoke: a) pogled na DD1 senzor od spodaj, b) pogled na preizkušanec z DD1 senzorjem v stroju

(Meke, 2011). ................................................................................................................................... 41

Slika 4.18: Postavitev tritočkovnega upogibnega preizkusa na univerzalnem preizkusnem stroju

ZWICK Z400E na inštitutu IGMAT d.d. (Meke, 2011). ................................................................. 42

Slika 4.19: Prikaz meritev ob izvedbi tritočkovnega upogibnega preizkusa s pomočjo programske

opreme (Meke, 2011). ...................................................................................................................... 43

Slika 4.20: Shema postavitve tritočkovnega upogibnega preizkusa (povzeto po SIST EN 12390-

5:2009, 2009). .................................................................................................................................. 44

Slika 4.21: Univerzalni preizkusni stroj ZWICK Z400E WN:151777 (Meke, 2011). ..................... 44

Slika 4.22: Laboratorijski mešalec za beton (Meke, 2016). ............................................................. 49

Slika 4.23: Izdelani in označeni vzorci (Meke, 2011). ..................................................................... 49

Slika 5.1: Rezultati statistične obdelave izmerjenih dimenzij PET vlaken z intervalom zaupanja za

dolžino, širino in debelino PET vlaken: a) interval zaupanja pričakovane vrednosti dolžine vlaken,

b) interval zaupanja pričakovane vrednosti širine vlaken, c) interval zaupanja pričakovane vrednosti

debeline vlaken. ................................................................................................................................ 53

Slika 5.2: Vizualni izgled mokre mešanice brez vlaken (Meke, 2011). ........................................... 54

Slika 5.3: Vizualni izgled suhe mešanice z dodanimi STRUX vlakni (Meke, 2011). ..................... 55

Slika 5.4: Vizualni izgled suhe in mokre mešanice z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5

%: a) in b) pomik PET vlaken na obod mešalca v suhi mešanici, c) zemeljsko vlažen in razbit –

nehomogen izgled mokre mešanice pred dodajanjem dodatne vode, d) homogenejši izgled mokre


mešanice po dodajanju dodatne vode, e) izgled PET vlaken, ki so bila enakomerno prevlečena s

cementno pasto (Meke, 2011). ......................................................................................................... 56


zemeljsko vlažen in razbit – nehomogen izgled mokre mešanice pred dodajanjem dodatne vode b)

homogenejši izgled mokre mešanice po dodajanju dodatne vode, c) izgled PET vlaken v

razgrnjenem betonu, ki so bila enakomerno prevlečena s cementno pasto, d) PET vlakna niso

preveč izstopala iz betona (Meke, 2011). ......................................................................................... 58


izgled mokre mešanice po dodajanju dodatne vode, mešanica je bila še vedno kepasta in

nehomogena b) PET vlakna so izstopala iz betona (Meke, 2011). .................................................. 59

Slika 5.7: Določanje konsistence svežih betonskih mešanic skladno s standardom SIST EN 12350-

2:2009: a) mešanica BOR_04 0.5 % STRUX, posed 40 mm, b) mešanica BOR_05 0.5 % PET

posed 50 mm, c) mešanica BOR_06 1.0 % PET posed 50 mm, d) mešanica BOR_07 1.5 % PET

posed 10 mm (Meke, 2011).............................................................................................................. 62

Slika 5.8: Stolpični diagram z rezultati tlačne trdnosti otrdelega betona brez in z dodanimi vlakni.

.......................................................................................................................................................... 64

Slika 5.9: Stolpični diagram z rezultati gostote otrdelega betona brez in z dodanimi vlakni. ......... 65

Slika 5.10: Diagram upogibne sile v odvisnosti od vertikalne deformacije za preizkušance betona

brez vlaken. ...................................................................................................................................... 68


dodanimi STRUX vlakni v volumskem deležu 0.5 %. .................................................................... 70


dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 %. .......................................................................... 72





Slika 5.15: Diagram upogibne sile v odvisnosti od vertikalne deformacije za preizkušanec 3 do

vrednosti vertikalne deformacije 1.0 mm. ........................................................................................ 78

Slika 5.16: Diagram širina razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije za preizkušanec 3 do

vrednosti vertikalne deformacije 1.0 mm. ........................................................................................ 79


Slika 5.17: Diagram širina razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije v točki krhkega loma pri

vertikalni deformaciji 0.052 mm, prehod iz plastične deformacije v duktilno deformacijo

preizkušanca. .................................................................................................................................... 80

Slika 5.18: Diagram širina razpoke v odvisnosti od vertikalne deformacije v točki začetka

premoščanja razpoke s strani PET vlaken pri vertikalni deformaciji 0.154 mm. ............................. 81

Slika 5.19: Stolpični diagram z rezultati upogibne sile Fmax otrdelega betona brez in z dodanimi

vlakni. ............................................................................................................................................... 83

Slika 5.20: Stolpični diagram z rezultati upogibne sile Fkon pri vertikalni deformaciji 0.50 mm

otrdelega betona brez in z dodanimi vlakni...................................................................................... 85

Slika 5.21: Stolpični diagram z rezultati opravljenega dela Wkon do vertikalne deformacije 0.50 mm

otrdelega betona brez in z dodanimi vlakni...................................................................................... 87


8.2 Seznam preglednic

Preglednica 2.1: Fizikalne lastnosti cementne matrice, sintetičnih in jeklenih vlaken (Bentur, 1990;

Cement & Concrete Institute, 2001). ............................................................................................... 11

Preglednica 2.2: Fizikalne in mehanske lastnosti polipropilena (Žigon, 2009). .............................. 12

Preglednica 3.1: Fizikalne in mehanske lastnosti polietilen tereftalata (Žigon, 2009). .................... 15

Preglednica 4.1: Kemijska sestava pranega peska B-125/13 (POMGRAD, 2016). ......................... 29

Preglednica 4.2: Presevki in ostanki na sitih za prani pesek 0-4 mm, frakcijo 4-8 mm in frakcijo

8-16 mm (POMGRAD, 2016). ......................................................................................................... 29

Preglednica 4.3: Fizikalno-kemijske in mehanske lastnost cementa (SALONIT, 2016). ................ 31

Preglednica 4.4: Vsebnosti osnovnih materialov za 1 m3 betonske mešanice po posameznih

mešanicah. ........................................................................................................................................ 48

Preglednica 4.5: Časi faz strojnega mešanja betona po posameznih mešanicah. ............................. 48

Preglednica 5.1: Rezultati meritev dimenzij vzorca 100 vlaken pridobljenih iz odpadne PET

embalaže. .......................................................................................................................................... 51

Preglednica 5.2: Rezultati statistične analize dimenzij vzorca PET vlaken. .................................... 52

Preglednica 5.3: Opažanja med izdelavo svežih betonskih mešanic in med njihovo vgradnjo. ...... 60

Preglednica 5.4: Rezultati meritev meritev konsistence svežih betonskih mešanic. ........................ 61

Preglednica 5.5: Rezultati preizkusov tlačne trdnosti in gostote strjenega betona. Rezultati

prikazani skupaj za vse vzorce. ........................................................................................................ 63

Preglednica 5.6: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na tlačno trdnost

strjenega betona; primerjava med etalonsko mešanico brez vlaken in med mešanicami z vlakni. .. 64

Preglednica 5.7: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na gostoto strjenega

betona; primerjava med etalonsko mešanico brez vlaken in med mešanicami z vlakni. ................. 66


betona brez vlaken. ........................................................................................................................... 69


betona z dodanimi STRUX vlakni v volumskem deležu 0.5 %. ...................................................... 71


betona z dodanimi PET vlakni v volumskem deležu 0.5 %. ............................................................ 73






Preglednica 5.13: Rezultati meritev tritočkovnih preizkusov za vse mešanice. ............................... 82

Preglednica 5.14: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na upogibno silo Fmax

strjenega betona, primerjava med etalonsko mešanico brez vlaken in med mešanicami z vlakni. .. 84

Preglednica 5.15: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na upogibno silo Fkon

pri vertikalni deformaciji 0.50 mm strjenega betona, primerjava med etalonsko mešanico brez

vlaken in med mešanicami z vlakni. ................................................................................................ 86

Preglednica 5.16: Rezultati analize variance za vpliv PET in STRUX vlaken na opravljeno delo

Wkon do vertikalne deformacije 0.50 mm strjenega betona, primerjava med etalonsko mešanico brez

vlaken in med mešanicami z vlakni. ................................................................................................ 88


8.3 Naslov študenta

Borut Meke

Ul. heroja Lacka 77

2230 Lenart

e-mail: [email protected]

8.4 Kratek življenjepis

Rojen: 01. 08. 1974, Maribor

Šolanje: 1981–1989 Osnovna šola Lenart

1989–1993 II. gimnazija Maribor