budownictwo • technologie • architektura

21

W ciàgu ostatnich 10 lat technologia produk-
cji betonu uleg∏a zasadniczej ewolucji, która
przyczyni∏a si´ do faktu, i˝ beton sta∏ si´ produk-
tem powszechnego u˝ytku. Jest to po cz´Êci wyni-
kiem optymalizacji „tradycyjnego” opracowywania
sk∏adu betonów, odpowiedniego doboru wykorzy-
stywanych surowców, co pozwoli∏o na polepszenie
ekonomicznoÊci stosowania betonu oraz wp∏yn´∏o
na jakoÊç materia∏u koƒcowego. Kolejny element
jest wynikiem pojawienia si´ „nowych” beto-
nów (samozag´szczajàcych/samopoziomujàcych,
betonów wysokowartoÊciowych oraz miesza-
nek o wyd∏u˝onym okresie stabilnoÊci), co z ko-
lei doprowadzi∏o do opracowania nowych
rozwiàzaƒ w zakresie technik budowlanych, szyb-
szego i ∏atwiejszego uk∏adania Êwie˝ej mieszan-
ki betonowej, lepszych parametrów eksploatacyj-
nych i zwi´kszonej trwa∏oÊci. Kwestie te pomog∏y
poprawiç ogólny wizerunek betonu i sprawi∏y, ˝e
sta∏ si´ on podstawowym materia∏em stosowanym
dziÊ w budownictwie.
Ewolucja ta by∏a mo˝liwa g∏ównie dzi´ki wi´kszej
wiedzy dostawców betonu, a tak˝e opracowaniu
domieszek.
Domieszki sà oparte na bardzo zró˝nicowanej ga-
mie czàsteczek, a ich dzia∏anie zosta∏o zoptymali-
zowane pod wzgl´dem kosztów i eksploatacji. Po-
prawa jest wynikiem zastosowania technologii syn-
tezy oraz lepszych technik opracowywania recep-
tur. Przedstawiamy wyczerpujàcy przeglàd do-
mieszek, które mo˝na znaleêç obecnie na ryn-
ku, a tak˝e ich podstawowy sposób wzajemnego
oddzia∏ywania z cementem oraz wszelkie skutki
wtórne (korzystne lub niepo˝àdane, w zale˝noÊci
od okolicznoÊci).
ZnajomoÊç wszelkich skutków wtórnych mo˝e
pozwoliç na ich wykorzystywanie w

konkret-

nych zastosowaniach lub na ich korygowa-
nie. W

wi´kszoÊci przypadków uboczne skut-

ki niekorzystne sà korygowane poprzez w∏àczenie
okreÊlonych dodatków do opracowywanego pro-
duktu przez producenta domieszki, co nie oznacza,
˝e nie mogà byç modyfi kowane przez technologa
na w´êle betoniarskim.

PlastycznoÊç/ P∏ynnoÊç
Podstawowym pytaniem, na jakie nale˝y sobie naj-
pierw odpowiedzieç jest: „co powoduje, ˝e dodanie
odrobiny substancji chemicznej mo˝e tak bardzo
zmieniç konsystencj´ betonu?”. Weêmy pod uwag´
mieszanin´ cementu z wodà. Konsystencja tej mie-
szaniny zale˝y w znacznym stopniu od przestrzen-
nego rozk∏adu czàstek. JeÊli czàstki te sà skupione,
mieszanina b´dzie „ciastowata”, jak przedstawio-
no schematycznie na rysunku 1a. Czàsteczki ce-
mentu sà k∏aczkowate i dlatego tworzà du˝e aglo-
meraty. Z drugiej strony, jeÊli czàstki sà rozmiesz-

Domieszki nowej generacji

Domieszki sà oparte na bardzo zró˝nicowanej gamie czàsteczek, a ich dzia∏anie zosta∏o zoptymalizowane
pod wzgl´dem kosztów i eksploatacji. Poprawa jest wynikiem zastosowania technologii syntezy oraz lepszych
technik opracowywania receptur. Niniejszy artyku∏ przedstawia wyczerpujàcy przeglàd domieszek, które mo˝na
znaleêç obecnie na rynku, a tak˝e ich podstawowy sposób wzajemnego oddzia∏ywania z cementem oraz wszelkie
skutki wtórne (korzystne lub niepo˝àdane, w zale˝noÊci od okolicznoÊci).

Rys. 1. Schematyczne odwzorowanie czàstek cementu
w wodzie. Po lewej stronie (przypadek a) czàstki sà skon-
centrowane w pewnych obszarach, a mieszanina jest „cia-
stowata”. Po prawej (przypadek b) czàstki jednolicie
zape∏niajà ca∏à przestrzeƒ: mieszanina jest p∏ynna

technologie

fot. Archiwum

Numer specjalny 2003: Domieszki do betonu

22

czone równomiernie, jest wokó∏ nich wystarczajàco
du˝o wody, aby w

przypadku przemieszczania

ca∏ej mieszaniny ka˝da czàstka mog∏a przetaczaç
si´ w dó∏ po innych. Woda ma za zadanie „sma-
rowanie” czàstek, a mieszanina jest p∏ynna (rysu-
nek 1b) .

W ten w∏aÊnie sposób dzia∏ajà plastyfi katory
i superplastyfi

katory: zapobiegajà sklejaniu si´

czàstek. Powodujà defl okulacj´ uk∏adu, sà elemen-
tem „smarnym”.

Budowa chemiczna superplastyfi katorów nowej
generacji PCP
PolyCarboxylate Polyoxyethylene (PCP) pojawi∏ si´
oko∏o dwanaÊcie lat temu jako rewolucja w bran˝y
domieszek. Struktura rodzajowa owych Superplasty-
fi katorów Nowej Generacji przedstawiona jest na ry-
sunku 2. Zwane równie˝ „polimerami grzebieniowy-
mi”, struktury te sà ca∏kiem odmienne od wczeÊniej

stosowanych SNF i SMF. Oprócz grup karboksylo-
wych (COO-), które sà przydatne zarówno do celów
absorpcji na ziarnie cementu, jak i odpychania elek-
trostatycznego pomi´dzy ziarnami (tak jak w przy-
padku grup SO

3

–

w poprzednich strukturach), istniejà

równie˝ d∏ugie ∏aƒcuchy oboj´tne: polioksyetylen.

Oddzia∏ywanie wzajemne PCP z cementem
oraz efekt up∏ynniajàcy
Gdy PCP zosta∏ ju˝ wch∏oni´ty na ziarnie cemen-

tu, jak to pokazano w postaci schematu na rysun-
ku 3, pojawia si´ pewna podwójna pow∏oka ziar-
na. Poczàtkowo, COO-, które nie biorà udzia∏u
w wiàzaniu ziarna cementu, tworzà wokó∏ niego
∏adunek ujemny. Powoduje to cz´Êciowà defl oku-
lacj´ poprzez odpychanie elektrostatyczne mi´dzy
ziarnami cementu.
Dodatkowo, d∏ugi ∏aƒcuch oboj´tny tworzy pewne-
go rodzaju barier´ materialnà wzd∏u˝ powierzchni
ziarna, która – dzia∏ajàc jak zderzak – zapobiega
sklejaniu si´ ziaren. Ten ostatni efekt równie˝ po-
zwala na defl okulacj´ dzi´ki efektowi przestrzen-
nemu. Obydwa efekty zosta∏y przedstawione sche-
matycznie na rysunku 4.
W zale˝noÊci od pewnych kluczowych parame-
trów strukturalnych, PCP ma silne w∏aÊciwoÊci re-
dukowania wody i bardzo d∏ugie utrzymanie kon-
systencji.

Utrata p∏ynnoÊci:
elektrostatyczna przeciwko przestrzennej
Ponownie, w miar´ jak nast´puje uwodnienie ce-
mentu, niektóre substancje chemiczne ulegajà
rozpuszczaniu w wodzie. Mi´dzy innymi, katio-
ny – takie jak Al

3+

i Ca

2+

– przemieszczajà si´

w sàsiedztwo powierzchni ziaren cementu. Powo-
duje to os∏abienie ∏adunku ujemnego wokó∏ ziaren,
a tym samym odpychania elektrostatycznego. Jed-
nak nie wp∏ywa to na efekt przestrzenny.
JednoczeÊnie nast´puje wzrost kryszta∏ów hy-
dratów wokó∏ ziarna cementu. Im bardziej rosnà
kryszta∏y, tym bardziej struktury chemiczne
wch∏oni´te na powierzchni ziarna ulegajà pew-
nego rodzaju uwi´zieniu i tym mniej istotny staje
si´ efekt odpychania mi´dzy ziarnami. Z uwagi na
geometri´ d∏ugiego ∏aƒcucha, na efekt przestrzen-
ny ma póêniej wp∏yw efekt interkalacji.
Dzi´ki temu efektowi przestrzennemu, który prze-
ciwstawia si´ uwadnianiu przez d∏u˝szy czas, PCP
pozwala na utrzymanie konsystencji w znacznie
d∏u˝szym czasie ni˝ w przypadku domieszek typu
SNF i SMF.
Efekty uboczne
Z punktu widzenia efektów ubocznych, charak-
ter budowy PCP mo˝e powodowaç dodatkowe na-
powietrzanie. A COO- pewien stopieƒ opóênienia
wiàzania.

Superplastyfi kator nowej generacji APP
Budowa chemiczna APP
Budowa Amino Phosphonate Polyoxyethylene
(APP) zosta∏a przedstawiona na rysunku 5. Ponow-
nie, jest struktura o szczególnych w∏asnoÊciach.
Jest to w pewnym sensie ostateczny krok w pro-
jektowaniu superplastyfi katorów, poniewa˝ dzi´ki
chemii modu∏owej ka˝da cz´Êç struktury zosta∏a
niezale˝nie zoptymalizowana. Cz´Êç dwufosfonia-
nowa (Di-phosphonate) (N-[CH2-PO3H2]2) s∏u˝y
absorpcji na powierzchni ziarna cementu, podczas
gdy ∏aƒcuch polioksyetylenowy s∏u˝y defl okulacji
poprzez odpychanie przestrzenne.

W∏aÊciwoÊci APP
Istniejà dwie w∏aÊciwoÊci, które sprawiajà, ˝e tak
wytworzony superplastyfi

kator jest wyjàtkowy.

Pierwszà z nich jest to, ˝e wybrany rodzaj od-
pychania jest czysto przestrzenny. Drugà ró˝nicà

budowa chemiczna:

schemat:

budowa chemiczna:

schemat:

Rys. 2. Budowa chemiczna
i schemat PCP

Rys. 3. Absorpcja PCP na
ziarnie cementu oraz odpy-
chanie elektrostatyczne +
przestrzenne mi´dzy dwo-
ma ziarnami

Rys. 4. Dwa rodzaje odpy-
chania mi´dzy ziarnami ce-
mentu zosta∏y przedstawio-
ne po lewej stronie. Ka˝dy
z nich prowadzi do defl o-
kulacji i zwi´ksza p∏ynnoÊç
masy

Rys. 5. Budowa chemiczna
i schemat APP

budownictwo • technologie • architektura

23

odpowiedzialnoÊç i dba∏oÊç o Êrodowisko natural-
ne, dlatego te˝ obecnie wykorzystuje si´ i promu-
je oleje biodegradalne, biologicznie odnawialne,
w minimalny sposób obcià˝ajàce Êrodowisko.

Martin Mosquet, dyrektor ds. badaƒ i rozwoju

Christophe Canevet, kierownik laboratorium

Liam Guise, kierownik ds. pomocy technicznej

CHRYSO Research Center, Sermaises – FRANCJA

w porównaniu do innych struktur jest to, ˝e tylko
niewielki u∏amek czàsteczek jest absorbowany na
ziarnie cementu w fazie poczàtkowej. Po∏àczenie
tych dwóch cech powoduje, ˝e jest to najlepszy su-
perplastyfi kator pod wzgl´dem utrzymania konsy-
stencji. Aby porównaç domieszki „starej” z „nowà”
generacjà mo˝emy pos∏u˝yç si´ powy˝szà tabelà”

Wnioski
Przedstawiona gama superplastyfi katorów pozwa-
la na produkowanie du˝ej liczby betonów, od tra-
dycyjnego B25 do zaawansowanego technicznie
B100, wylewek samopoziomujàcych a˝ po beto-
ny samozag´szczajàce (SCC). Jednak mo˝liwoÊci
PCP nadal nie zosta∏y w

pe∏ni wykorzystane.

Pojawiajàce si´ na rynku liczne nowe superplasty-
fi katory nowej generacji (NGS) pokazujà, jak kon-
kurencyjna jest ta dziedzina badaƒ.
W dzisiejszych czasach mo˝na osiàgnàç doskona∏e
wyniki pod wzgl´dem redukcji wody i minimal-
nej utraty wytrzyma∏oÊci. Minimalne opóênienie
wiàzania, napowietrzanie i segregacj´ mo˝na by
by∏o jeszcze udoskonaliç. ZgodnoÊç z wszystki-
mi rodzajami cementu oraz innymi domieszka-
mi jest równie˝ niezwykle istotnym celem. Dlate-
go te˝ obecnie fi rmy zaawansowane technologicz-
nie prowadzà intensywne badania nad rozwojem
domieszek „nowej generacji”, tzn. nie tylko super-
plastyfi katorów, ale te˝ plastyfi katorów, domieszek
napowietrzajàcych i olejów do form. Nowe plasty-
fi katory, które pojawià si´ na rynku pod koniec tego
roku charakteryzujà si´ zdolnoÊcià do utrzymywa-
nia konsystencji w czasie i wp∏ywajà na popraw´
podatnoÊci mieszanki do zag´szczania. Nato-
miast domieszki napowietrzajàce majà rozwiàzaç
wyst´pujàcy problem mo˝liwoÊci ∏àczenia super-
plastyfi katora na bazie PCP i APP z napowietrza-
czem i uzyskania za∏o˝onej iloÊci p´cherzyków po-
wietrza o Êrednicy nie przekraczajàcej 250 µm,
które równomiernie roz∏o˝one w mieszance beto-
nowej przerywajà ciàg∏oÊç kapilar w stwardnia∏ym
betonie. Rozwój fi rm i technologii pociàga za sobà

Superplastyfi katory – silne reduktory wody

Pochodzenie

Produkt uboczny przy

produkcji papieru

Zwiàzki syntetyczne

Zwiàzki syntetyczne nowej generacji

Baza chemiczna

Lignosulfonian

Sulfonian

naftalenowo-

formaldehydowy

Sulfonian

melaminowo-

formaldehydowy

Politlenek

polikarboksylanu

Politlenek

fosfonianowy

Forma moleku∏

Zasada dzia∏ania

Odpychanie

elektrostatyczne

(i steryczne)

Odpychanie

elektrostatyczne

(i steryczne)

Odpychanie

elektrostatyczne

(i steryczne)

Odpychanie

steryczne

(i elektrostatyczne)

Odpychanie

steryczne

Efekty:

– redukcja wody

– zatrzymanie opadu

sto˝ka

– napowietrzenie

– opóênienie

– adsorpcja

– wytràcenie

+

+

++

++

++

++

++

+

+

+

+++

+++

++

+

0

0

+++

+++

+++

++

++

+

++

+

++

+++

++

++

+

+

SO

3

–

SO

3

–

SO

3

–

SO

3

–

SO

3

–

SO

3

–

SO

3

–

SO

3

–

N

N

N

C

PE

COO–

COO–

COO–

COO–

COO–

PE

PE

PE

PO

3

–

PO

3

–

PE

fot. Micha∏ Braszczyƒski

Lista skrótów:
APP: Amino Phosphonate
Polyoxyethylene
NGS: New Generation Su-
perplasticizer (superplasty-
fi kator nowej generacji)
PCP: PolyCarboxylate
Polyoxyethylene
SMF: Sulfonated Melamine
Formaldehyde Condensate
SNF: Sulfonated Naphta-
lene Formaldehyde Con-
densate

Badanie ciek∏oÊci betonów
samozag´szczajàcych si´