1.

WSTĘP 1

J.Jasiczak, P.Mikołajczak – Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami

Alma Mater

1.

Í

Í

Ï

Ï

Î

Î

WSTĘP

1.1 Wprowadzenie

Beton cementowy jest materiałem budowlanym umożliwiającym od ponad stu lat kształtowanie coraz
śmielszych rozwiązań konstrukcyjnych obiektów. Perspektywa jego wykorzystywania nawet w dalszej
przyszłości nie budzi zastrzeżeń. Prace naukowo

−

badawcze prowadzone w ostatnich latach na świecie

potwierdzają tę tezę.
Według oceny autorów o sukcesie betonu jako tworzywa budowlanego decyduje szereg czynników.
Zaliczyć należy do nich:

−

możliwość wykonywania

−

w sensie konstrukcyjnym

−

różnych klas obiektów,

−

swobodę przestrzennego kształtowania obiektów budowlanych,

−

możliwość uprzemysłowienia robót betonowych,

−

podatność materiału na modyfikacje regulujące jego cechy technologiczne

i mechaniczne.
Traktując rzecz retrospektywnie i biorąc pod uwagę wymienione czynniki wykonano rysunek 1.1 ob-
razujący

−

na przestrzeni stu lat, w skali wzrostu względnego

−

współzależność tych uwarunkowań.

Ogólnie

można powiedzieć, iż w latach 1900

−

1950 beton wykorzystywany był przy realizacji kon-

strukcji masywnych (mosty i budowle podziemne, obiekty przemysłowe i użyteczności publicznej, zapo-
ry i obiekty portowe, fundamenty). Nie modyfikowano w zasadzie właściwości betonu, a uprzemysło-
wienie robót betonowych ograniczało się do doskonalenia betoniarek i węzłów betoniarskich. Swoboda
projektowania architektonicznego była duża, bowiem konstrukcję odwzorowywano za pomocą deskowań
drewnianych, przygotowywanych w zależności od potrzeb w zakładach ciesielskich.
Po roku 1950 i latach następnych sytuacja się zmieniła, wprowadzono bowiem inwentaryzowane
urządzenia formujące. Wprowadzenie urządzeń inwentaryzowanych

−

zarówno dla betonowego budow-

nictwa prefabrykowanego jak i dla monolitycznego

−

wymusiło w pierwszym rzędzie intensyfikację prac

nad uprzemysłowieniem robót betonowych (mechanizacja betonowni, środków transportu betonu) jak
i modyfikowaniem właściwości betonu (stosowanie domieszek przeciwmrozowych, przyspieszających
wiązanie, regulacja procesów wiązania poprzez termoobróbkę itp.). Bezpośrednim powodem tych działań
było dążenie do szybkiej rotacji urządzeń formujących, stanowiących inwentaryzowane wyposażenie
przedsiębiorstwa budowlanego.

Rys. 1.1 Tendencje rozwojowe uwarunkowań technologicznych konstrukcji betonowych

1.

WSTĘP 2

J.Jasiczak, P.Mikołajczak – Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami

Alma Mater

Cechą charakterystyczną dla końca lat sześćdziesiątych i początku lat siedemdziesiątych było wpro-
wadzenie na szeroką skalę urządzeń formujących

−

wg klasyfikacji autora

−

drugiej generacji. Zaliczyć

należy do nich tzw. urządzenia tunelowe i półtunelowe (firma NOE, HÜNNEBECK, OUTINORD itp.),
pozwalające na wykonywanie na placu budowy jednocześnie ścian i stropów budowli. W tym okresie
nastąpił także znaczący rozwój środków do transportu betonu na placu budowy (zwłaszcza pomp na
podwoziu samochodowym z rurociągami przesyłowymi na wysięgniku) oraz sprzętu do naturalnych mo-
dyfikacji cech betonu (np. odwadnianie próżniowe betonu na placu budowy).
W tym także okresie zaznacza się zainteresowanie projektantów wykonywaniem konstrukcji powło-
kowych. Wzrasta fascynacja żelbetem i możliwościami jego przestrzennego kształtowania. Powstają
powłokowe rozwiązania chłodni kominowych, przekrycia obiektów sportowych, mosty o konstrukcji
łupinowej.
Tendencja ta nie utrwaliła się jednakże w dłuższym przedziale czasu i nastąpił powrót

−

po 1975 roku

−

do wykonywania konstrukcji masywnych.

Niezależnie od wymienionych po 1975 roku zjawisk, zaznaczyły się wyraźnie w późniejszym okresie
dwie tendencje. W początku lat osiemdziesiątych nastąpił odwrót od przestrzennych, tunelowych urzą-
dzeń formujących. Uznano wówczas, iż urządzenia te spełniają wprawdzie kryterium szybkiego uformo-
wania konstrukcji, ale charakteryzują się niskim stopniem uniwersalności. Rozpoczęte w tym okresie pra-
ce, sfinalizowane po 1985 roku, doprowadziły do skonstruowania urządzeń trzeciej generacji, tj. urządzeń
w dużym stopniu uniwersalnych, oddzielnych dla ścian i stropów, o szerokim zakresie wykorzystania.
Opracowane systemy urządzeń formujących (firm PERI, DOKA, ale także PASCHAL i HÜNNEBECK)
pozwalają na zaformowanie praktycznie każdej konstrukcji mostowej, drogowej, obiektu użyteczności
publicznej itp. Swoboda projektowania architektonicznego została jednakże w dużym stopniu ograniczo-
na i wyznaczona przez system urządzeń formujących.
Lata

siedemdziesiąte, a zwłaszcza pierwsza połowa lat osiemdziesiątych, zaowocowały także wpro-

wadzeniem domieszek modyfikujących właściwości mieszanki betonowej. Powszechne stały się działania
zmierzające do upłynniania mieszanki i uzyskiwania przez nią cech pompowalności nie poprzez przed-
ozowywanie wody, ale przez dodawanie domieszek uplastyczniających. W okresie tym zaczęto zwracać
uwagę nie tylko na wytrzymałość betonu, ale i na jego trwałość i zależność tej trwałości od rzeczywistego
stosunku W/C.
W ostatnich trzech, czterech latach nie obserwuje się znacznych działań zmierzających do poprawy,
bądź zmiany stopnia uprzemysłowienia robót betonowych. Prowadzone są natomiast intensywne prace
nad poprawą trwałości betonu poprzez zmianę jego mikrostruktury. Dąży się w tych działaniach do zwią-
zania wodorotlenku wapnia, występującego w stwardniałym zaczynie cementowym oraz do lepszego
upakowania i uszczelnienia mikrostruktury poprzez wprowadzoną dodatkowo do mieszanki mikrokrze-
mionkę. Drugi kierunek działań dotyczy także i zmiany cech mechanicznych betonu w wyniku wprowa-
dzenia tzw. zbrojenia rozproszonego, występującego w postaci włokien (najczęściej stalowych, ale także i
z innych materiałów).
Wymienione dwa kierunki działań, będące aktualnie obiektem zainteresowania wielu placówek na-
ukowo

−

badawczych, zostaną w niniejszym opracowaniu szerzej przedstawione.

1.2 Przesłanki warunkujące powstanie opracowania

Potrzebę wykonania opracowania o zakresie zaproponowanym przez autorów uzasadnia wiele prze-
słanek.
Pierwsza z nich dotyczy konieczności uaktualnienia wiedzy podstawowej z dziedziny technologii be-
tonu. Mimo wyrażanego czasem przekonania, iż technologia betonu doskonalona przez ponad 150 lat
wyczerpała już możliwości zmian, to faktycznie dokonuje się skokowa zmiana jej jakości. Możliwość ta
wynika z wprowadzenia do betonu jako dodatku mikrokrzemionki. Prace nad stosowaniem dodatków o
właściwościach pucolanowych prowadzono od dawna, lecz zintensyfikowano je pod koniec lat osiem-
dziesiątych. Jednym z powodów intensyfikacji tych prac była z pewnością negatywna ocena trwałości
betonów, w tym tzw. betonów pompowalnych, wykonywanych w ostatnich 20.

−

30. latach. Prace badaw-

cze nad właściwościami betonów z mikrokrzemionką są intensywnie prowadzone, choć ukazały się już
opracowania monograficzne na ten temat [36]. Podobnie odnieść się należy do betonów modyfikowanych
fibrą. Odnośnie betonów z fibrą, zauważyć należy, iż wiele wcześniejszych prac (m.in.[58]) dotyczyło
zagadnień mechaniki betonu ze zbrojeniem rozproszonym. Ostatnio jednakże zainteresowania badaczy

1.

WSTĘP 3

J.Jasiczak, P.Mikołajczak – Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami

Alma Mater

przenoszą się z zagadnień teoretycznych na zastosowania praktyczne fibrobetonów [62]. Uznając pod-
wyższoną trwałość tych betonów, większą odkształcalność, odporność na ścieranie i uderzenia, wskazuje
się na nowe kierunki zastosowań materiału (m.in. posadzki bezdylatacyjne, pale fundamentowe, elementy
konstrukcji szkieletowych, elementy dróg i mostów).
Drugą przesłanką, skłaniającą do podjęcia prac nad modyfikowaniem betonów, jest coraz szersze sto-
sowanie przy produkcji mieszanek domieszek upłynniających mieszankę w fazie jej produkcji. Obecnie
na polskim rynku znajduje się kilkadziesiąt rodzajów domieszek, w większości importowanych z krajów
Europy zachodniej. Za rzecz niezbędną uznaje się dokonanie przeglądu i klasyfikacji właściwości tych
domieszek pod kątem efektywności ich zastosowań w bezpośredniej produkcji. Już obecnie inwestorzy
stawiają wysokie wymagania producentom mieszanek betonowych odnośnie wytrzymałości betonu i jego
trwałości, a w najbliższym czasie tendencja ta pogłębi się. Ocenia się, iż obecnie za granicą około
70÷90% betonów produkowanych dla potrzeb prefabrykacji oraz używanych na placu budowy modyfiku-
je się także i w Polsce. Zakres możliwości modyfikacji przedstawiono w punkcie 1.3 opracowania.

1.3 Możliwości modyfikacji właściwości betonu

Pojęcie „modyfikacja właściwości betonu” jest zagadnieniem bardzo szerokim. Zgodnie ze schematem
przedstawionym na rys. 1.2 oraz 1.3, modyfikacja może mieć charakter naturalny, związany z oddziały-
waniem czynników zewnętrznych na beton zwykły, lub ingerujący w strukturę betonu od wewnątrz, po-
przez stosowanie domieszek i dodatków aktywnych chemicznie. Modyfikacje określone mianem „natu-
ralne” doczekały się w minionych 30

−

40 latach licznych opracowań teoretycznych i wdrożeń. Stosunko-

wo dużo uwagi poświęcano wówczas obróbce termicznej betonu parą niskoprężną. Zagadnienie sprowa-
dzało się do określenia cyklu obróbki termicznej betonu i intensywności nagrzewu, przy z góry określo-
nych czasach obróbki i wytrzymałościach betonu, niezbędnych do rozformowania konstrukcji.
Obecnie

zauważa się wyraźną tendencję spadkową metody obróbki termicznej betonu i zastępowanie

jej innymi działaniami.
W minionych latach, a także obecnie, poszukuje się możliwości modyfikacji betonu poprzez usuwanie
nadmiaru wody dozowanej do mieszanki z tytułu na przykład utrzymania żądanej urabialności. Dużą po-
pularnością cieszy się metoda odwadniania próżniowego rozpowszechniona w Polsce poprzez szwedzką
technologię TREMIX.

Rys. 1.2 Możliwości modyfikacji cech mieszanek i betonów

Efektem

próżniowania jest znaczny wzrost wytrzymałości betonu w pierwszych dniach dojrze-

wania (o 40÷80%) oraz wyraźny w okresach późniejszych (20%).

1.

WSTĘP 4

J.Jasiczak, P.Mikołajczak – Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami

Alma Mater

Rys. 1.3 Rodzaje betonów określanych mianem „o podwyższonych właściwościach”

Poprawę stosunku W/C można także uzyskać albo poprzez sygnalizowane już dozowanie domieszek
chemicznych, albo poprzez mechaniczne wymuszenie zbliżenia cząstek mieszanki w procesie formowa-
nia i wyprowadzenia poza układ części fazy płynnej (woda i powietrze). Istnieje szereg bezpośrednich
zastosowań metody mechanicznej: produkcja żerdzi energetycznych metodą wirowania, technologia
Pras

−

Bet (produkcja prefabrykatów wielkowymiarowych), itp. Zagęszczaniem „suchych mieszanek” za-

interesowanych jest obecnie wielu wytwórców w związku z importem linii technologicznych do produk-
cji drobnych elementów budowlanych (kostka brukowa, pustaki wielootworowe, itp.).
Odrębnym zagadnieniem są modyfikacje cech mieszanek układanych w ekstremalnych warunkach
klimatycznych. Zostały one szczegółowo omówione w pracach jednego z autorów [19,20].

1.4 Zakres pracy

Dokonany

szkicowy

przegląd sposobów zmian właściwości betonu wskazuje na bardzo szerokie i

zróżnicowane metody działań. W związku z tym nie jest możliwe przedstawienie w jednym opracowaniu
całokształtu zagadnienia współczesnej technologii betonu. Rzutuje to zatem na zakres prezentowanej czy-
telnikowi problematyki ograniczającej się do omówienia pewnych właściwości betonu zwykłego oraz
pokazania na jego tle kierunków zmian cech fizycznych i mechanicznych betonu poprzez dozowanie pla-
styfikatorów i superplastyfikatorów, dodatku pyłów krzemionkowych oraz włókien rozproszonych w ma-
trycy cementowej.
W opracowaniu autorzy starali się zebrać i uporządkować wiedzę dostępną w aktualnych publikacjach
krajowych i zagranicznych. Starano się przedstawiać materiał w formie przeglądowej i popularyzującej
najnowsze badania z technologii betonu, by zainspirować czytelników do dalszych działań w tej dziedzi-
nie wiedzy.