XVII OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA WARSZTAT PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI

Ustroń, 20

÷

23 lutego 2002 r.

Lech Czarnecki

*

BETONY POLIMEROWE

1. Wprowadzenie; geneza betonów polimerowych

Zastosowanie betonów polimerowych w działalności budowlanej nie jest

zjawiskiem nowym; materiały budowlane modyfikowano polimerami (rys. 1) już w
odległych czasach (III – II tysiąclecie przed Chr.) [2]. Jednak dopiero współcześnie
kompozyty polimerowe stały się jednym z ważniejszych materiałów w budownictwie.
Według niektórych przewidywań dominacja betonu i dynamiczny rozwój polimerów
stanowią główne wyznaczniki rozwoju materiałów budowlanych [3].

W ubiegłym roku minęło szereg charakterystycznych rocznic dokumentujących

rozwój badań i zastosowań „polimerów w betonie”; między innymi upłynęło 50 lat od
powołania Komitetu Technicznego pod tą nazwą w Amerykańskim Instytucie Betonu (ACI)
oraz 25 lat od rozpoczęcia działalności Komitetu RILEM „Concrete-Polymer Composites”.
W 2001 roku odbył się także po raz dziesiąty Międzynarodowy Kongres „Polimery w
Betonie (ICPIC). Minęło 75 lat od pierwszych przemysłowych zastosowań betonów
polimerowo-cementowych i 50 lat od pierwszych prefabrykatów (płyty okładzinowe) z
betonów żywicznych. Dorobek badawczy dokumentuje ponad siedem tysięcy publikacji i
ponad pięć tysięcy patentów.

Przesłanką rozwoju jest dążenie do uzyskiwania „lepszych betonów” o

odpowiednio zmodyfikowanych właściwościach – dużej użyteczności i trwałości.
Zastosowanie polimerów może znacząco poprawiać zwłaszcza wytrzymałość na rozciąganie
i przyczepność do podłoża betonowego, a często także inne właściwości, na przykłąd
odporność na ścieranie, wodoszczelność i mrozoodporność. Koszt polimerów jest 10 do 100
razy (zależnie od rodzaju) wyższy od kosztu cementu w przeliczeniu na jednostkę masy, a 5
do 25 razy w przeliczeniu na jednostkę objętości. Stanowi to istotne ograniczenie mimo, że
udział polimerów w kompozycie budowlanym z reguły nie przekracza 10% objętościowo.
Należy również zauważyć, że betony polimerowe nie są pozbawione wad i pod niektórymi
względami ustępują betonom cementowym.

2. Podział betonów polimerowych

Ogólna koncepcja betonopodobnych kompozytów polimerowych obejmuje – z

technicznego punktu widzenia – proces, w trakcie którego monomery, oligomery,

prepolimery lub polimery zostają wprowadzone do mieszanki betonowej i, jeśli są
chemicznie aktywne, ulegają polimeryzacji lub polikondensacji, inicjowanej najczęściej
katalitycznie (rys. 2).

*

Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Warszawska

Rys. 1. Chronologia wprowadzania polimer/ów naturalnych i syntetycznych do budowlanych materiałów wiążących

1800

Cement portlandzki

Pierwsze próby modyfikacji:

1900

CaCl

2

, gips

1910

Pierwsze preparaty handlowe

1920

Pierwsze kompozyty polimerowo-

cementowe (modyfikowane lateksem)

1930

Domieszki polimerowe -

lignosulfoniany

1940

Domieszki napowietrzające

1950

Pierwsze domieszki upłynniające

1960

Kompozyty epoksydowo-

i akrylowo-cementowe

1970

Beton towarowy

Superplastyfikatory

1980

Powszechne stosowanie domieszek

Stały rozwój PCC

III tys.

Mezopotamia: modyfikacja

p.Chr.

bitumów gliną, smołą, trzciną

I tys.

Indie: modyfikacja wapna

p.Chr.

mączką roślin strączkowych

III w.

Chiny: modyfikacja wapna

p.Chr.

naturalnymi polimerami

II w.

Egipt: krew zwierzęca,

p.Chr.

mleko, jaja

I w.

Rzym: oleje roślinne, wino

p.Chr.

1200

Europa: słód jęczmienny

1700

Wosk pszczeli

L. Cresson,
British Patent 191474 (1923):
Latex-Hydraulic Cement-System

Rys. 2. Schematyczne przedstawienie koncepcji materiałowej betonów polimerowych: PCC – betony polimerowo-cementowe (ang.
Polymer-Cement Concrete), PIC – betony impregnowane polimerami (ang. Polymer Impregnated Concrete), PC – betony żywiczne (ang.
Polymer Concrete)

BETON

Monomery, oligomery,
prepolimery, polimery

Cement portlandzki Kruszywo

amorficzne

amorficzne:
usieciowane

amorficzne:
pseudo-
krystaliczne

PIC

PC

PCC

Do grupy betonów polimerowych zalicza się różne rodzaje kompozytów

ziarnistych zawierających polimery (rys.3 ):

Rys. 3. Ogólny podział betonów zawierających polimery

•

betony żywiczne (PC), bezcementowe, otrzymywane przez zmieszanie syntetycznych

żywic, prepolimerów lub monomerów z odpowiednio dobranym kruszywem i następnie
utwardzenie spoiwa żywicznego; rozróżnić tu można betony żywiczne na spoiwie
utwardzanym według reakcji polikondensacji (np. żywice fenolowo-formaldehydowe) z
wydzieleniem produktu ubocznego (np. wody) lub według reakcji polimeryzacji - bez
wydzielania produktu ubocznego (np. żywice epoksydowe, poliestrowe i akrylowe);
betony żywiczne wykazują bardzo dobrą odporność chemiczną i dużą wytrzymałość
mechaniczną (wytrzymałość na ściskanie powyżej 100 MPa), a ponadto krótki czas do
osiągnięcia sprawności użytkowej i dobrą przyczepność do różnych materiałów
budowlanych,

•

betony polimerowo-cementowe (PCC), otrzymywane przez dodanie polimeru lub

oligomeru, ewentualnie monomeru, do mieszanki betonowej; stanowią różnorodny
zbiór betonów, z reguły o lepszej urabialności mieszanki betonowej i zwiększonej – w
porównaniu z betonem zwykłym – wytrzymałości na rozciąganie, a także o zmienio-
nych wielu innych cechach. Ze względu na chemiczną reaktywność modyfikatora
wyróżnia się:
-

PCC polimeryzujące po zmieszaniu (post-mix), w których do mieszanki betonowej
wprowadzono chemicznie aktywne, chemoutwardzalne żywice syntetyczne (np.
epoksydowe, winyloestrowe lub akrylowe) lub odpowiednie monomery bądź
prepolimery (roztwory polimerów w monomerze lub ciekłe oligomery); ich
polimeryzacja (w przypadku żywic i prepolimerów "dalsza polimeryzacja" -
sieciowanie) przebiega równocześnie z hydratacją cementu,

MATRYCA

-spoiwo-

INKLUZJE

- kruszywo -

Mieszana

organiczno-nieorganiczna

Organiczna

Polimery & cement portlandzki

Polimery

Domieszki
polimerów

Bezcementowe

Dodatki

polimerów

Betony

polimerowo-

cementowe

Betony

impregnowane

polimerami

Betony

żywiczne

-

PCC spolimeryzowane przed zmieszaniem (pre-mix), w których do mieszanki
betonowej wprowadzono zasadniczo niereaktywne chemicznie polimery (elastomery,
np. lateks butadienowo-styrenowy, lub termoplasty, np. poliolefiny); ich
oddziaływanie modyfikujące polega głównie na oddziaływaniu fizycznym
(fizykochemicznym),

Do betonów polimerowo-cementowych należą betony z domieszkami i dodatkami

polimerowymi; kryterium podziału stanowi ilość dodawanego modyfikatora [7]. Betony z
domieszkami polimerowymi często wyróżnia się pod odrębną nazwą „betony modyfikowane
polimerami” (PMC). Uważa się, że zawartość domieszki polimerowej (

≤

5% masy cementu)

jest z reguły niewystarczająca do utworzenia w twardniejącej mieszance betonowej odrębnej
fazy ciągłej [8], natomiast dodatki polimerowe (> 5% masy cementu) są zdolne do utworzenia
dodatkowej, ciągłej struktury przestrzennej. Z tego względu przyjęto, że domieszki polimerów,
stosowane przede wszystkim jako plastyfikatory i superplastyfikatory, wpływają w zasadzie –
przy zachowaniu stałego współczynnika wodno-cementowego – jedynie na właściwości
mieszanki betonowej; nie ma zatem potrzeby uwzględniania ich w procesie projektowania
betonu. W praktyce jednak, jak wskazują wyniki różnych badań, również domieszki polimerów
mogą modyfikować cechy techniczne betonu stwardniałego.

Do grupy betonów polimerowo-cementowych można także zaliczyć betony

cementowe zbrojone włóknami polimerowymi, np. polipropylenowymi lub rzadziej
polietylenowymi.

•

betony impregnowane polimerem (PIC), otrzymywane przez impregnację stwardniałego

betonu monomerem lub prepolimerem i następnie jego polimeryzację wewnątrz betonu;
kompozyty te odznaczają się bardzo dużą wytrzymałością mechaniczną (wytrzymałość na
ściskanie powyżej 150 MPa) i dobrą odpornością chemiczną.

W grupie betonów impregnowanych polimerem można dodatkowo wyróżnić

kompozyty powstałe na skutek iniekcji preparatem polimerowym rys w podłożu z betonu
cementowego; beton taki wykazuje specyficzną „wtórną niejednorodność” (lokalna
impregnacja).

W ramach działalności RILEM TC-105 C-PC został opracowany przez H. Schorna

kod klasyfikacyjny, w którym zapisy PC, PCC i PIC stanowią nie tylko kombinację
pierwszych liter pełnej nazwy, ale przypisuje się im również znaczenie materiałowo-
strukturalne (rys. 4).

P jest zawsze pierwszą literą, opisująca ogólnie grupę kompozytów polimerowych

(P – polimer). Druga litera wskazuje sposób dodania polimeru do betonu: I – impregnacja
betonu, C – dodanie do mieszanki betonowej. Kombinacja liter PC wskazuje wszystkie
kompozyty polimerowe otrzymane w procesie mieszania, a kombinacja PI otrzymane przez
impregnację. Trzecia litera wskazuje na rodzaj działania wiążącego w betonie:
-

C wskazuje na współdziałanie polimeru z cementem (współmatryca),

-

M wskazuje na modyfikację spoiwa cementowego przez polimer,

-

P wskazuje na działanie samego polimeru (kompozyty bezcementowe).

Następna litera – p z górnym i/lub dolnym indeksem przynosi dodatkową

informację o rodzaju i zawartości porów. Powyższy kod może być uzupełniony o informację
dotycząca rodzaju użytego polimeru.

Rys. 4.Klasyfikacja kompozytów C-PC według H. Schorna (1999)

Zainteresowanie badaczy poszczególnymi, omówionymi wyżej rodzajami betonów

polimerowych, kształtowało się odmiennie w różnych okresach; można tu nawet mówić o
swego rodzaju „konkurtencji” (rys. 5).

Bardzo zróżnicowany jest również zakres zastosowań praktycznych. Po okresie

fascynacji bezcementowym betonem żywicznym, obecnie najszerzej są wykorzystywane
betony polimerowo-cementowe. Główna ich przewagą jest to, że prawie nie zmieniając
technologii wytwarzania w stosunku do betonu zwykłego można osiągnąć istotną poprawę
właściwości. Proces technologiczny otrzymywania betonów żywicznych jest również
podobny do procesu dla betonów zwykłych. Impregnacja skrośna betonów odbywa się w
procesie temperaturowo-ciśnieniowym (stosuje się zarówno próżniowanie, jak i
nadciśnienie rzędu kilkudziesięciu atmosfer), wymaga to skomplikowanego
oprzyrządowania i dlatego PIC praktycznie nie są otrzymywane bezpośrednio na
obiekcie*,a tylko rzadko w prefabrykacji. Z tego względu PIC zostały pominięte w dalszej
części wykładu. W pewnym zakresie do tej grupy betonów można zaliczyć betony
impregnowane powierzchniowo, otrzymywane podczas bezciśnieniowego – malarskiego
nakładania polimeru lub jego roztworu (por. „Materiały do ochrony powierzchniowej” w
tym samym tomie).
-----------------------------------
* z natury rzeczy impregnacja betonu dotyczy obiektów istniejących

1

2

3

P

I

C

C

P

beton

impregnowany

mieszanka

betonowa

zaczyn polimerowo-

cementowy –

współmatryca

brak

współmatrycy

(tylko polimer)

dodatkowa informacja o porach, p:

rodzaj:
p

o

– głównie otwarte

p

c

– głównie zamknięte

zawartość:
p

l

– niska porowatość (

≤

2%)

p

m

– średnia porowatość (

≤

5%)

p

h

– wysoka porowatość (> 5%)

Przykłady:
PCC p

o

h

– beton polimerowo-cementowy, o dużej zawartości porów,

głównie otwartych
PC p

c

l

– beton żywiczny, o niskiej zawartości porów, głównie

zamkniętych

1975 1978 1981

1984 1987

1990 1992

1995 1998

2001

PIC

PC

0

10

20

30

40

50

60

70

Rys. 5. Liczba publikacji dotyczących różnych rodzajów kompozytów polimerowych na

kolejnych kongresach ICPIC

3. Ogólna charakterystyka techniczna betonów polimerowych

3.1. Zasady projektowania materiałowego

Właściwości betonów polimerowych zależą przede wszystkim od rodzaju i

zawartości polimeru. Zawartość polimeru dobiera się w zależności od przewidywanego
zagrożenia chemicznego, według skutecznego minimum, stosując zasady optymalizacji
wielokryterialnej [6]. W praktyce zagadnienie to dotyczy przede wszystkim wyrobów
prefabrykowanych z betonów żywicznych. Na placu budowy betony i zaprawy polimerowe,
jeśli są stosowane, dostarczane są zazwyczaj w postaci gotowych zestawów, najczęściej
dwukomponentowych, wymagających jedynie starannego wymieszania. Do betonów
żywicznych stosuje się najczęściej żywice epoksydowe, winyloestrowe i poliestrowe, a
także (zwłaszcza w USA) akrylowe. Żywice poliestrowe z uwagi na brak odporności na
alkaliczne środowisko betonu są w zasadzie stosowane jedynie do wytwarzania wyrobów
prefabrykowanych. Wiązanie i twardnienie następuje w wyniku reakcji żywicy z
utwardzaczem, z tego względu zazwyczaj występują tu układy dwukomponentowe. Do
betonów polimerowo-cementowych stosuje się (rys. 6):
-

żywice akrylowe, metakrylowe lub modyfikowane akrylowe w postaci rozpuszczalnych
proszków lub dyspersji wodnych,

-

polimery, kopolimery i terpolimery winylowe w postaci rozpuszczalnych proszków lub
dyspersji wodnych,

-

kauczuk styrenowo-butadienowy tylko w postaci dyspersji wodnych,

-

naturalne lateksy kauczukowe,

-

żywice epoksydowe.

Rys. 6. Rodzaje polimerów stosowanych do wykonywania spoiw polimerowo-cementowych (wg [7][8]))

Modyfikatory polimerowe

Dyspersje wodne

Lateksy

Naturalne

Syntetyczne

•

Kauczuk

naturalny

•

Kauczuk

butadienowo-
styrenowy

(SBR)

•

Kauczuk

chloroprenowy

•

Inne

•

Poliakrylany (PAE)

•

Kopolimer octanu

winylu z etylenem (EVA)

•

Karboksylowany octan

winylu

•

Kopolimer styrenowo-

akrylowy

•

Polipropionian winylu

(PVP)

•

Polipropylen (PP)

Dyspersje innych

polimerów ter-

moplastycznych

Emulsje żywic

•

Żywice

epoksydowe
(EP)

•

Kopolimer octanu

winylu z etylenem
(EVA)

•

Karboksylowany

octan winylu

•

Kopolimer

styrenowo-akrylowy

•

Poliakrylany (PAE)

Redyspergowalne

proszki polimerowe

•

Żywice

epoksydowe
(EP)

•

Nienasycone

żywice
poliestrowe
(UP)

Ciekłe żywice

Roztwory wodne

polimerów

•

Pochodne

celulozy (np.
metyloceluloza)

•

Polialkohol

winylowy (PVAl)

•

Poliakryloamid

•

Poliakrylany (np.

wapnia, magnezu)

Dla grupy PCC-premix reprezentatywne są układy akrylowo-cementowe, a dla

grupy PCC-postmix epoksydowo-cementowe. Oba te zestawy znalazły szerokie
zastosowanie w naprawach i ochronie powierzchniowej. Wprowadzenie polimerów
akrylowych w postaci redyspergowalnego proszku pozwala stosować suche mieszanki PCC,
gdzie jedynym składnikiem dodawanym w miejscu zastosowania jest woda. W przypadku
stosowania polimeru w postaci wodnych roztworów lub emulsji należy odpowiednio
skorygować współczynnik wodno-cementowy.

Do wytwarzania betonów i zapraw żywicznych stosuje się trwałe i czyste

kruszywa, zasadniczo takie same jak dla betonów zwykłych – najczęściej kwarcowe.
Kruszywo do betonów żywicznych powinno być wysuszone. Maksymalna wielkość
kruszywa powinna być mniejsza od 1/3 najmniejszego wymiaru przekroju elementu. Duża
wytrzymałość betonów polimerowych skutkuje tym, że na ogół wykorzystuje się betony
drobnoziarniste lub zaprawy.

3.2. Założenia technologiczne wytwarzania mieszanki

W przypadku mieszanki polimerowo-cementowej typu premix, proces wytwarzania

i warunki transportu nie różnią się od postępowania w przypadku betonów zwykłych. Dla
mieszanek typu postmix, zwłaszcza jeśli występują w postaci trójskładnikowej, ważny jest
sposób i kolejność dozowania.

W przypadku betonów żywicznych istotną różnicą jest konieczność zachowania

suchych warunków podczas mieszania (wilgotność względna poniżej 65%) i układania
(zawilgocenie podkładu poniżej 4%) oraz stosowania mieszadła typu „ramy” lub „spirali” z
prędkością ok. 350 obr./min. Z reguły najpierw miesza się żywicę z kruszywem, a
utwardzacz wprowadza się jako ostatni składnik. W prefabrykacji stosuje się automatyczne
mieszarki ślimakowe.

Betony żywiczne nie wymagają specjalnej pielęgnacji i w temperaturze powyżej

15

°

C na ogół po 1 dobie osiągają co najmniej 60%, a po 3 dobach powyżej 80%

wytrzymałości maksymalnej. Betony polimerowo-cementowe w praktyce są tak samo
pielęgnowane jak betony zwykłe. Wydaje się, że jest to przyczyną, iż nie osiągają one
wówczas swojej maksymalnej wytrzymałości, jakkolwiek wytrzymałość na rozciąganie jest
zawsze większa niż dla takiego samego zestawu materiałowego bez polimeru. Stwierdzono,
ze w przypadku betonów akrylowo-cementowych [9] maksimum właściwości fizycznych
osiąga się odmiennie niż dla betonu zwykłego w warunkach powietrzno-suchych.

Podczas wytwarzania betonów polimerowo-cementowych, a zwłaszcza żywicznych

należy zachować szczególną ostrożność i przestrzegać właściwych zaleceń bhp.

3.3. Właściwości użytkowe

Na skali wytrzymałości na ściskanie (rys. 7) betony polimerowe lokują się w

zakresie górnych wartości betonów zwykłych i wyżej, przy wyższych wartościach
wytrzymałości na rozciąganie i zginanie. Szybkość narastania wytrzymałości betonów
polimerowo-cementowych jest zbliżona do betonów zwykłych, a betonów żywicznych
istotnie większa (rys. 8). Krzywe

σ

-

ε

mogą się istotnie różnić od krzywej dla betonu

zwykłego (rys. 9). Znaczące jest przy tym zróżnicowanie odporności chemicznej, która jest
zawsze korzystniejsza niż betonu zwykłego. Podatność na pełzanie jest w przypadku
betonów żywicznych większa niż betonów zwykłych, a w odniesieniu do betonów
polimerowo-cementowych trudno o uogólnienie – w niektórych przypadkach obserwuje się
mniejsze pełzanie niż betonów zwykłych (rys. 10).

Rys. 7. Lokalizacja betonów polimerowych na skali wytrzymałości

dobra

PIC

PC

PCC

f

c

, MPa

60

120

Beton z

w

yk

ly

B

e

ton w

ysokiej

uz

yt

ecznosci,

HP

C

Beton bardzo

w

ysokiej

uz

yt

ecznosci,

ale

f

t

(f

f

), MPa

Trwałość

(chemoodporność)

25 (50)

15 (30)

10 (20)

ale

αααα

t

, pełzanie

doskonała

lepsza niż BZ

Rys. 8. Względny wzrost wytrzymałości na ściskanie betonów żywicznych i betonów

polimerowo-cementowych w zależności od czasu

Rys. 9. Krzywa

σ

-

ε

: 1 – beton zwykły wg CEB, 2 – beton poliestrowy, 3 – beton

epoksydowy, 4 – beton impregnowany PMMA

czas, dni

f

c

/ f

28

, %

0 5 10 15 20 25 30

20

40

60

80

100

PC

PCC

ε

, ‰

0 1,0 2,0 3,0 4,0

σ

/f

c

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1

2

3

4

Rys. 10. Przykładowe krzywe pełzania

Zestawienie cech technicznych podano w tablicy 1. Między innymi zwraca uwagę

korzystnie wysoka adhezja betonów polimerowych do stali, betonu i ceramiki budowlanej.
Zdecydowanie niekorzystny jest wpływ polimeru na odporność ogniową i zachowanie
elementów zawierających polimer w warunkach oddziaływania nadzwyczajnego, jakim jest
pożar. Zgodnie z przepisami, w przypadku zawartości polimeru powyżej 1% konieczne jest
uzyskanie klasyfikacji ogniowej. W zakresie zawartości polimeru do 5% (PMC) można
oczekiwać, ze nie nastąpi istotne pogorszenie odporności ogniowej i jest możliwe uzyskanie
klasyfikacji „niepalne”. Bezcementowe betony żywiczne klasyfikowane są z reguły jako
„łatwozapalne”. W temperaturze ok. 200

°

C ujawniają się pierwsze oznaki rozkładu żywicy;

przy ok. 400

°

C występuje dymienie. Obniżenie stopnia palności i zaliczenie do klasy

„trudnozapalne” można uzyskać wprowadzając specjalne domieszki [10].

4. Kierunki zastosowań

Betony polimerowe (PCC i PC) są szeroko i z powodzeniem stosowane w

naprawach konstrukcji żelbetowych i w ich ochronie powierzchniowej, a odpowiednie
zaprawy polimerowe są wykorzystywane do wykonywania posadzek przemysłowych.
Główne zalety, które są tu wykorzystywane, to doskonała przyczepność do różnych
materiałów, szczelność i mrozoodporność, a w przypadku betonów żywicznych także krótki
czas do osiągnięcia sprawności montażowej i użytkowej. Ograniczeniem natomiast może
być stosunkowo duży skurcz utwardzania, a także niektóre różnice pomiędzy cechami
betonu naprawianego i naprawczego – w szczególności duża rozszerzalność cieplna,
podatność na pełzanie, a w niektórych przypadkach także ograniczona odporność cieplna i
podatność na starzenie betonów polimerowych. W tej sytuacji ważny jest dobór betonów
polimerowych do napraw i ochrony według reguły kompatybilności – istnieją odpowiednie
programy komputerowe, które pozwalają wyznaczyć warunki dostateczne powodzenia w
tym zakresie [11].

beton polimerowo-
cementowy (lateks
styrenowo-butadienowy)

beton zwykły

beton epoksydowy

czas, dni

0 50 100 150 200

pe

lza

nie

, x

1

0

-6

4

1

8

16

12

16

16

Tablica 1. Porównanie właściwości betonów polimerowo-cementowych, impregnowanych

polimerem, żywicznych i zwykłych

Właściwość

Beton

cementowy

PCC

PIC

PC

Gęstość, kg/m

3

2200-2400

1800-2200

2300-2400

1850-2400

Liniowy skurcz utwardzania, %

0,2 – 2,0

0,2 – 2,4

–

0,03 – 3,0

Wytrzymałość na ściskanie, MPa

15 – 60

20 – 75

100 – 200

40 – 150

Wytrzymałość na zginanie, MPa

1,1 - 7,2

2,5 – 20

7,5 – 35

4 – 55

Wytrzymałość na rozciąganie, MPa

0,6 – 3,0

4 – 9

4 – 17

4 – 20

Moduł sprężystości, GPa

15 – 30

10 – 25

35 – 50

7 – 45

Wydłużenie przy zerwaniu, %

2,0 – 3,5

3,5 – 6,0

3,5 – 5,0

≤

12

Współczynnik Poisson’a

0,11 – 0,21

0,23 – 0,33

0,20 – 0,25

0,16 – 0,33

Zakres proporcjonalności krzywej

σ

-

ε

przy ściskaniu

0,3 – 0,4

0,35

0,75 – 0,90

0,6 – 0,8

Ścieralność na tarczy Boehme’go, cm

2 – 8

–

–

0,10 – 0,35

Współczynnik pełzania

1,0 – 4,0

1,7 – 6,2

–

0,65 – 4,2

Przyczepność do stali, MPa

1,4 – 1,6

4,0 – 4,9

4

3 – 12

Współczynnik liniowej rozszerzalności
cieplnej, 10

-16

⋅

K

-1

10 – 12

11 – 15

10 – 17

10 – 35

Maksymalna temperatura
użytkowania,

°

C

250

50 – 80

125 – 150

60 – 150

Nasiąkliwość wodą, %

4 – 10

1 – 15

0,25 – 1,1

0,03 – 3,0

Odporność korozyjna

słaba lub

średnia

słaba,

średnia lub

dobra

dobra lub

bardzo

dobra

dobra lub

znakomita

Zawartość polimeru, %

–

< 30

3 – 8

6 – 20

Stosunek użyteczności do kosztu wg
Steinberga

1

1,5

4

3

Betony żywiczne (poliestrowe i winyloestrowe) znalazły [12] szerokie

zastosowanie w produkcji prefabrykatów, zwłaszcza przewidzianych do użytkowania w
środowisku agresywnym chemicznie, między innymi do wyrobu zbiorników, studzienek, rur
i kratek ściekowych, a także elementów obudowy tuneli i kanałów.

Specjalna odmiana zapraw żywicznych, znana jako „marmur żywiczny”, o często

pięknych efektach kolorystycznych, wykorzystywana jest do wyrobu elementów
wykończeniowych, np. podokienników, płytek okładzinowych, zestawów łazienkowych, a
także płyt nagrobkowych.

Należy zwrócić uwagę, że wyodrębnienie betonów PCC, a zwłaszcza PMC stało

się ostatnimi czasy nieostre. Praktycznie coraz rzadziej wytwarzane są betony bez
domieszek i coraz częściej tymi domieszkami są polimery. Ponadto, betony wysokiej
użyteczności, HPC (High Performance Concrete) zawierają często wśród innych składników
również polimery, ale nie są kojarzone z betonami polimerowymi.

5. Podsumowanie

Betony polimerowe stanowią zróżnicowany zbiór kompozytów budowlanych.

Zwłaszcza dwie grupy tych materiałów znalazły szerokie zastosowanie w budownictwie:
betony polimerowo-cementowe i betony żywiczne. Są one dzięki swym cechom
technicznym stosowane zwłaszcza do napraw, ochrony powierzchniowej i wykonywania
posadzek przemysłowych. Zapewnienie niezawodności i trwałości w tych zastosowaniach
wymaga spełnienia warunków kompatybilności przy doborze odpowiedniego kompozytu
[11].

Z betonów żywicznych wytwarza się również szereg chemoodpornych

prefabrykatów, przewidzianych zwłaszcza dla budownictwa przemysłowego i
komunikacyjnego. Specjalna odmianę stanowi „marmur żywiczny”, z którego wykonuje się
ozdobne elementy wykończeniowe.

Polimery naturalne „od zawsze” były stosowane do modyfikacji materiałów

wiążących; można oczekiwać, że polimery syntetyczne „na zawsze” związane są z
technologią betonu.

Piśmiennictwo

[1]

Chandra S.: Historical background of polymers used in concrete, VIII International
Congress on Polymers in Concrete, Ostenda, 1995, 3-11

[2]

Ajrapietow D.P.: Materiały i architektura, Arkady, Warszawa, 1985

[3]

PN-85/B-23010: Domieszki do betonu. Klasyfikacja i określenia

[4]

Czarnecki L.: Influence of polymer admixture on the durability of concrete,
International Seminar “Durability of concrete. Aspects of admixtures and
industrial by-products”, Göteborg, 1986, 191-222

[5]

Czarnecki L.: Polymers in concrete on the edge of the millennium. 10

th

Int.

Congress on Polymers in Concrete, 2001, Hawaii

[6]

Czarnecki L., Łukowski P.: Optimization of polymer-cement concretes, in:
Optimization methods for material design of cement-based composites (red.
A.M.Brandt). Modern Concrete Technology 7, E & FN Spon, London and New York,
1998, 231-250

[7]

Ohama Y.: Recent progress in concrete-polymer composites in Japan. 3

rd

Southern

African Conference on Polymers in Concrete, Johannesburg, 1997, 207-227

[8]

Łukowski P.: Spoiwa polimerowo-cementowe. Seria: „Monografie”, Politechnika
Warszawska (w przygotowaniu)

[9]

ACI 548.3 R: State of the art report on polymer modified concrete. American
Concrete Institute Manual of Concrete Practice, Part 5, 1995

[10]

Wiąckowska A.: Trudnozapalne zaprawy i betony żywiczne. Rozprawa doktorska,
Politechnika Warszawska, Warszawa, 1991

[11]

Czarnecki L.: Dobór materiałów do napraw konstrukcji żelbetowych – kryterium
kompatybilności. XX Konferencja Naukowo-Techniczna „Awarie Budowlane”,
Szczecin-Międzyzdroje, 2001, 145-169

[12]

Czarnecki L.: Betony żywiczne. Arkady, Warszawa, 1982

Podziękowania:

Autor składa podziękowanie P. dr inż. Pawłowi Łukowskiemu za okazaną pomoc
przy przygotowaniu publikacji