Strona 4

Naivicrzchnic drogowe : betonu cementowego

Niektóre z wymienionych właściwości cementu mogą być przeciwstawne. Przy-kładowo cementy wysokich klas wytrzymałościowych wydzielają większe ilości ciepła przy twardnieniu, ą zaprawy z nich wykonane mają większe skurcze, np. cement portlandzki klasy wytrzymałościowej 52,5. Cement tej klasy wytrzymałościowej (52,5N; 52,5R) stosowany jest do napraw nawierzchni w przypadkach potrzeby szybkiego oddania drogi do ruchu.

Na wymienione powyżej cechy cementu istotny wpływ ma jego skład chemiczny, mineralny oraz miałkość (stopień rozdrobnienia cementu oznaczony powierzchnią właściwą). Skład chemiczny cementu wyrażony jest przez zawartość podstawowych tlenków: CaO, SiÓ₂, ĄlJDy oraz Fe₂0₃. W niewielkich ilościach obecne są w cemencie związki alkaliczne podawane w postaci tlenku sodowego Na_zO i potasowego KjO. W przypadku stosowania kruszyw zawierających w swoim składzie reaktywne formy krzemionki, zachodzi reakcja pomiędzy alkaliami z cementu (i nie tylko) i aktywną krzemionką. Powstały w ten sposób związek alkaliczno-krzemionkowy w czasie adsorpcji wody pęcznieje w sposób nieograniczony. Objawem korozji alkaliczno-krzemionkowej może być siatka rys powstająca na powierzchni betonu. Skały podatne na agresję alkaliczną to: łupki krzemianowe i ilaste, piaskowce z domieszką opału, wapienie i dolomity gliniaste. Słabiej podatne są lupki gliniaste i wapienie krzemowe. Skały niepodatne to: granit, bazalt, czyste wapienie i dolomity oraz skały metamorficzne typu gnejs, łupek krystaliczny. Jedną z metod zapobiegania negatywnym skutkom reakcji alkalicznej jest stosowanie cementów o małej zawartości tlenków alkalicznych NA [10.9,10.16]. Jednakże najlepszym sposobem zabezpieczenia betonu drogowego i mostowego jest używanie do ich wykonania kruszyw o zerowej reaktywności alkalicznej.

Obecność w cemencie zbyt dużej zawartości CaO i MgO w postaci niezwiąza-nej może powodować pęcznienie betonu. W wyniku spiekania dokładnie zestawionej mieszaniny surowcowej otrzymujemy główny składnik cementu, którym jest klinkier portlandzki. Głównymi minerałami w składzie klinkieru (cementu) są:

-    krzemian trójwapniowy CjS (alit); reaguje szybko z wodą z wydzieleniem znacznych ilości ciepła; wpływa w znaczący sposób na wytrzymałość cementu; w wyniku hydratacji alitu powstaje żel uwodnionych krzemianów wapniowych (CSH) oraz znaczna ilość krystalicznego wodorotlenku wapniowego,

-    krzemian dwuwapniowy C3 (belit); reaguje z wodą bardzo wolno w pierwszych 7 dniach twardnienia, po tym okresie hydratacja tego minerału zostaje znacznie przyspieszona; ma wpływ na późniejszą wytrzymałość betonu; produkty hydratacji są takie same jak w przypadku alitu, tj. fazy CSH i Ca(OH)₂,

-    glinian trójwapniowy C₃A; reaguje gwałtownie z wodą, wydzielając najwięcej ciepła w porównaniu z innymi minerałami; minerał podatny na korozję siarczanową,

-    żelazoglinian cztero wapniowy C₄ AF; reaguje z wodą wolniej w porównaniu z glinianem trójwapniowym, wydzielając mniejsze ilości ciepła, szybkość hydratacji fazy fenylowej zwiększa się ze wzrostem stosunku A/F.

Jeśli chodzi o miałkość cementu, to z doświadczenia wynika, że stopień zmielenia, oznaczony powierzchnią właściwą, nie może być zbyt wysoki. Drobny przemiał zapewnia uzyskanie większej wytrzymałości na ściskanie i zginanie, zwłaszcza w okresie początkowym twardnienia. Jednakże zbyt wysoka powierzchnia właściwa cementu powoduje zwiększenie jego wodożądności, natomiast zbyt gruby przemiał może utrudniać utrzymanie wody przez mieszankę betonową. W przypadku cementu portlandzkiego CEM I powierzchnia właściwa oznaczona metodą Blaine'a nie powinna być wyższa niż 350,0 m²/kg [10.8,10.181-

Reasumując należy stwierdzić, że właściwy dobór cementu powinien pozwolić na uzyskanie betonu o pożądanych cechach jakościowych (klasa ekspozycji XF4 wg [10.171), tj. odpowiedniej klasy wytrzymałości na ściskanie, odpowiedniej wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu, dobrej szczelności (malej porowatości), nasiąkliwości i mrozoodporności (odporności na środki odladzające).

W przypadku stosowania kruszyw reaktywnych alkalicznie powinno stosować się cementy niskoalkaliczne NA, zgodne z wymaganiami normy [10.9] (generalnie w budownictwie drogowym i mostowym powinny być stosowane kruszywa niereaktywne). Według [10.7] maksymalną zawartość alkaliów w betonie przeliczoną na Na₂O_c określa się na 3 kg/m³.

Do wykonywania betonu narażonego na agresywne oddziaływanie gruntów naturalnych i wody gruntowej (klasa ekspozycji XA2 i XA3 wg [10.17]) należy stosować cementy siarczanoodpome HSR, spełniające wymagania normy PN-B-19707 [10.9]. W krajowych dokumentach [105,10-8) zaleca się stosowanie różnych rodzajów cementu, które zestawiono w tabeli 10.1. Wymagania dodatkowe zostały wprowadzone dla cementów portlandzkich:

-    dla dróg kategorii ruchu KR4, KR5 i KR6 powinny być stosowane cementy portlandzkie CEM 1325N, CEM 1325R. CEM 142j5N i CEM 1425R;

-    dla dróg o niższej kategorii ruchu nie wprowadza się ograniczeń co do rodzaju stosowanego cementu (CEM 1 - CEM IV).

W przepisach niemieckich [10.24] zaleca się używanie cementu CEM I 325 R. Cement ten powinien spełniać następujące wymagania:

-    wodożądność S 28%,

-    wytrzymałość po 2 dniach £ 29 MPa,

-    powierzchnia właściwa £ 3500 cm²/g,

-    zawartość alkaliów wyrażona równoważną zawartością Na,O_c < 1%,

-    maksymalna zawartość cementu 350 kg/m³.

W przepisach francuskich [10.2] zaleca się stosowanie cementu CEM 1325-Cement ten powinien spełniać dodatkowo następujące warunki:

-    zawartość glinianu trójwapniowego C₃A przy kruszywie krzemionkowym < 6%,

-    zawartość glinianu trójwapniowego Cy\ przy kruszywie wapiennym < 12%.