8. ← ↑ → domieszki chemiczne do betonu – właściwości i

8. ← ↑ → domieszki chemiczne do betonu – właściwości i

8. Domieszki chemiczne do betonu – właściwości i zastosowanie
1
Í Ï Î
8.
DOMIESZKI CHEMICZNE DO BETONU – WŁAŚCIWOŚCI I
ZASTOSOWANIE *
Współczesna technologia betonu wspomagana jest bardzo często przez produkty chemii budowlanej.
Szczególnym zainteresowaniem cieszą się domieszki chemiczne dodawane do betonów w trakcie jego produkcji umożliwiające modyfikację urabialności i wytrzymałości mieszanki betonowej.
KLASYFIKACJA I WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE DOMIESZEK DO BETONU
Zgodnie z normą PN-85/B-2301 domieszką nazywamy dodatek odpowiedniej substancji w ilości nie przekraczającej 5% zawartości cementu. Wyróżniamy domieszki:
•
•
•
•
modyfikujące właściwości reologiczne i zawartość powietrza w mieszance betonowej oraz wiązanie i twardość betonu,
ekspansywne,
zwiększające odporność betonu na działanie czynników fizycznych i chemicznych,
zwiększające przyczepność betonu i barwiące beton.
Na szczególną uwagę zasługują domieszki uplastyczniające (plastyfikatory PL) i upłynniające (superplastyfikatory SP tradycyjne i nowej generacji) wpływające na cechy reologiczne mieszanki betonowej. Zaletą
stosowania tych domieszek jest między innymi umożliwienie produkcji mieszanek o zwiększonej urabialności bez zmiany wytrzymałości, zmniejszenie użycia cementu przy zachowaniu tej samej urabialności i
wytrzymałości oraz zmniejszenie kosztów układania, zagęszczania i pielęgnacji. Plastyfikatory możemy
podzielić na:
•
•
•
sole kwasów lignosulfonowych LG,
sole kwasów hydroksykarboksylowych HK,
polimery hydroksylowane HP.
Z kolei do superplastyfikatorów zaliczamy:
•
•
•
sulfonowane kondensaty melaminowo-formaldehydowe SMF i naftaleno-formaldehydowe SNF,
modyfikowane sole kwasów lignosulfonowych MLG,
inne np. sulfonowane aminy aromatyczne AS.
Superplastyfikatory nowej generacji są to związki takie jak polikarboksylany PC (akrylany), kopolimery
kwasu akrylowego z estrem akrylowym CAE, sieciowane polimery akrylowe CLAP czy eter polikarboksylowy PAE. Superplastyfikatory te różnią się od tradycyjnych SP sposobem upłynniania mieszanki betonowej. W przypadku tradycyjnych SP upłynnienie mieszanki betonowej następuje w oparciu o tzw. efekt
elektrostatyczny (rys. 1a), polegający na elektrostatycznym odpychaniu zjonizowanych grup –SO3- .
Z kolei superplastyfikatory nowej generacji upłynniają mieszankę betonową na skutek efektu sterycznego
(rys. 8.1b). Zasadniczą rolę odgrywa w tym przypadku ich przestrzenna struktura związana z obecnością
łańcuchów bocznych, które uniemożliwiają zbliżenie się ziaren cementu do siebie.
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
8. Domieszki chemiczne do betonu – właściwości i zastosowanie
2
Rys. 8.1
Mechanizmy upłynniania mieszanki betonowej
WPŁYW DODATKU PLASTYFIKATORA I SUPERPLASTYFIKATORA NA CZAS I ODLEGŁOŚĆ
TRANSPORTOWĄ MIESZANKI BETONOWEJ
Obecna koncepcja produkcji betonu polega na budowie zautomatyzowanych węzłów betoniarskich zlokalizowanych na ogół na obrzeżach miasta i transporcie mieszanki betonowej na rozproszone w terenie place
budowy. Zapewnia to w pełni kontrolę mieszanki betonowej i gwarantuje dobrą jakość betonu, ale stwarza
pewne problemy technologiczne z przekazywaniem mieszanki często na odległość do 40 km. W takich
przypadkach zastosowanie domieszek uplastyczniających i upłynniających mieszankę betonową staje się
koniecznością.
Rys. 8.2
Zmiana konsystencji mieszanki betonowej wraz z upływem czasu
Rysunki 8.2 i 8.3 przedstawiają wyniki badań przeprowadzonych w skali półtechnicznej w celu określenia
zmian ciekłości mieszanki betonowej dla różnych domieszek chemicznych i różnego stopnia upłynnienia.
W pierwszym etapie badań przyjęto standardową mieszankę betonową (cement 32,5 – 350 kg, kruszywo –
1850 kg, woda – 175 l, wskaźnik wodno – cementowy w/c = 0,5, konsystencja plastyczna). Wykonano zarób kontrolny i w okresie co piętnaście minut przy ciągłym mieszaniu betonu określano konsystencję poprzez pomiar opadu stożka. Betony o opadzie stożka poniżej 2 cm klasyfikuje się jako trudnourabialne. W
praktyce beton o takiej konsystencji może być transportowany jedynie w obrębie budowy tj. w granicach
do 500 m. W drugim etapie badań do tak samo przygotowanej mieszanki betonowej dodano 0,4% w stosunku do masy cementu roztworu wodnego plastyfikatora VZ produkowanego na bazie lignosulfonianów i
sacharozy redukując ilość wody zarobowej o zawartość wody w domieszce (o około 1l). Początkowe
upłynnienie mieszanki betonowej mierzone opadem stożka wynosiło 8 cm, natomiast po czterech godziJózef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
8. Domieszki chemiczne do betonu – właściwości i zastosowanie
3
nach 3 cm. Porównując krzywe na rys. 2 otrzymane dla mieszanki betonowej bez dodatku i z dodatkiem
plastyfikatora można zauważyć, że stopień upłynnienia równy 3 cm uzyskano dla mieszanki bez PL po
piętnastu minutach podczas, gdy dla mieszanki z dodatkiem PL dopiero po czterech godzinach. W tym
przypadku odległość transportu betonu znacznie się wydłuża i umożliwia przekazywanie mieszanki na odległość do 50 km.
Rys. 8.3
Zmiana konsystencji mieszanki betonowej wraz z upływem czasu
Właściwa konsystencja mieszanki betonowej decyduje także o sposobach układania betonu na budowie.
Jeśli betony podawane są pojemnikiem albo przenośnikiem taśmowym to konsystencja mieszanki betonowej może być gęstoplastyczna, plastyczna lub półciekła. Podawanie mieszanki betonowej hydrauliczną
pompą do betonu wymaga konsystencji ciekłych mieszanki. Zalecane upłynnienie mierzone opadem stożka
nie powinno być niższe od 14 cm. W takich przypadkach do upłynniania mieszanek betonowych używa się
superplastyfikatorów. W celu oznaczenia trwałości upłynnienia mieszanek betonowych o opadzie stożka
powyżej 14 cm użyto superplastyfikatora FM będącego wodnym roztworem mieszaniny sulfonowanych
żywic melaminowo – formaldehydowych. Dodano 1,5% w stosunku do masy cementu superplastyfikatora
redukując ilość wody zarobowej o około 4l. Początkowe upłynnienie mieszanki betonowej do 0,5 h stabilizowało się na poziomie 18 – 17 cm (rys. 8.3). W czasie następnej godziny obserwowano zmianę konsystencji, ale mimo to konsystencja mierzona opadem stożka po 1,5 h była większa od 14 cm. Czas ten uznano za technologicznie właściwy okres urabialności mieszanki betonowej podawanej pompą hydrauliczną.
Zasięg transportu ze względu na możliwość segregacji mieszanki betonowej określono na 30 km. Wszystkie pomiary wykonano w temperaturze otoczenia + 18 °C.
BETONY SCC
W latach 80-tych konieczność dozowania domieszek wynikała z zachowywania niskich w/c przy na ogół
ciekłej mieszance betonowej. W okresie późniejszym, głównie w Japonii zaczęto wdrażać nowe typy domieszek upłynniających eliminujących szkodliwe dla zdrowia człowieka czynniki środowiskowe takie jak
hałas czy wibracje. Nowe generacje domieszek opartych na polikarboksylanach umożliwiły wytwarzanie
betonów samorozlewnych i samozagęszczalnych określanych mianem SCC (self compactive concrete).
Wyeliminowano w ten sposób mechaniczne zagęszczanie mieszanki betonowej wibratorami. Skład betonu
SCC zasadniczo nie odbiega od betonu zwykłego. Stosuje się podobną ilość cementu, odpowiednie superplastyfikatory, kruszywo mineralne oraz specjalne dodatki zawierające frakcje drobne poniżej 0,125 mm.
Dodatkami tymi mogą być popiół lotny, mielony żużel wielkopiecowy, mączka kwarcowa lub wapienna.
Betony SCC mają wielokierunkowe zastosowania, poczynając od konstrukcji mostowych, prefabrykatów
wielkowymiarowych po betony elewacyjne. Powszechnie znanym na świecie zastosowaniem betonów
SCC jest konstrukcja budynku Toyoty niedaleko Epsom w Angli. W Polsce bardzo udane prefabrykaty
elewacyjne z barwioną fakturą wykonała firma PEKABEX z Poznania dla budynku Roma Office Center w
Warszawie (fotografię udostępnioną przez przedsiębiorstwo ADDIMENT pokazano na rysunku 8.4).
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
8. Domieszki chemiczne do betonu – właściwości i zastosowanie
4
Rys. 8.4
Elewacja północna budynku biurowego ROC w Warszawie z prefabrykowanych betonowych
paneli elewacyjnych
LITERATURA:
1. J. Jasiczak, P. Mikołajczyk, Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 1997
2. L. Kucharska, Tradycyjne i współczesne domieszki do betonu zmniejszające ilość wody zarobowej.
Cement Wapno Beton, 2/2000
3. L. Kucharska, Domieszki upłynniające w betonie, przykłady zastosowań. Konferencja „Beton na Progu
Nowego Milenium”, Kraków, 2000
4. A. Cylejewski, Beton samozagęszczalny. Polski Cement, 4/2000
Concrete Futures. Supplement to New Civil Engineer, London, 1999
* Opracowała:
mgr inż. Agnieszka Ślosarczyk; Politechnika Poznańska, Instytut Konstrukcji Budowlanych
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater