Beton tradycyjny na cemencie portlandzkim znany i stosowany od 170 lat, nadal jest tworzywem rozwojowym, ustawicznie doskonalonym, wszechstronnie stosowanym, jest nadal materia*em przysz*o*ci. Powodem jego wci** trwaj*cej popularno*ci, jest to *e pozwala na dowolne kszta*towanie bry*y przestrzennej, funkcji i formy u*ytkowej objektu. Cho* sam jest kamieniem sztucznym, to jednak wykonanie jego oparte jest na surowcach mineralnych, a w*a*ciwo*ci jego podobne s* do w*a*ciwo*ci kamienia naturalnego. Najwa*niejsze z nich to: du*a wytrzyma*o** na *ciskanie, znaczna trwa*o** i odporno** na dzia*anie ognia, wysokiej temperatury, wilgoci oraz wp*yw*w atmosferycznych. Po rozkruszeniu betonu mo*e by* ponownie u*yty jako wype*niacz do betonu wt*rnego. Opr*cz tego beton jest materia*em przyjaznym dla *rodowiska.
Budowle z betonu s* obiektami o do** znacznej trwa*o*ci, lecz w trakcie eksploatacji powstaj* w konstrukcji destrukcje i defekty np. rysy skurczowe, miejsca porowate i raki. Powodem tych zniszcze* mog* by* te* : b**dy projektowe, przeci**enie konstrukcji lub agresywne dzia*anie *rodowiska. Dlatego na konstrukcjach takich konieczne jest wykonanie odpowiednich prac nazywanych og*lnie restauracyjnymi. Problem ten nabiera ostatnio pierwszorz*dnego znaczenia i z tego te* powodu zacz*to poszukiwa* nowych metod i sposob*w napraw konstrukcji betonowych. Jedn* z nich by*o wyprodukowanie odpowiedniego cementu, na bazie kt*rego „nowy” beton zachowywa*by si* tak jak beton „stary” u*yty przed awari*.
Og*lnie wiadomo jest, *e betony charakteryzuj* si* niekorzystnymi cechami reologicznymi, a szczeg*lnie skurczem. Jest to zjawisko, kt*re nie zosta*o skutecznie wyeliminowane, powoduje ono przede wszystkim: zmniejszenie wytrzyma*o*ci na rozci*ganie, pogorszenie szczelno*ci, mrozoodporno*ci, wodoszczelno*ci i rysoodporno*ci betonu, a tak*e straty si*y spr**aj*cej w konstrukcji z betonu spr**onego. Mimo to mo*na ograniczy* skutki skurczu w wyniku piel*gnacji betonu, stosowanie odpowiednich dodatk*w mineralnych i domieszek chemicznych, zwi*kszenie zu*ycia stali zbrojeniowej ( zbrojenie przeciwskurczowe), stosowanie dylatacji, itp. Ale te zabiegi nie wystarcz* przy naprawach konstrukcji, gdy* wype*nienia z „nowego” betonu trac* po**czenie w wyniku skurczu z naprawianym elementem. Dlatego te* powsta*y cementy, kt*re zachowuj* si* odmiennie ni* cementy portlandzkie. S* to cementy o skompensowanym skurczu, kt*re p*czniej* w wyniku reakcji fizykochemicznych z wod*, to rozszerzenie betonu kompensuje skurcz.
Jednak istotny dla naszych rozwa*a* jest cement ekspansywny. Cement ten zapewnia zwi*kszenie obj*to*ci betonu niekiedy znacznie przekraczaj*c* wyst*puj*cy skurcz. Cement ekspansywny zaliczamy do cement*w specjalnych, a to oznacza jego specjalne zastosowanie w specjalnych rozwi*zaniach konstrukcyjnych, kt*re powinny spe*nia* wymagania w zakresie wodoszczelno*ci, mrozoodporno*ci, rysoodporno*ci, *cieralno*ci, a tak*e mo*liwo*ci monolityzowania konstrukcji w trakcie napraw i uci*gle* prowadz*cych do racjonalnego rozk*adu napr**e* w elementach no*nych.
Technologie produkcji cementu ekspansywnego s* znane, lecz zastosowanie jego poza pojedynczymi przyk*adami jest znikoma. Brak szerszego zainteresowania tym*e cementem w Polsce, sprawi*o *e krajowy przemys* cementowy nie jest w stanie produkowa* go w niewielkich ilo*ciach. Dlatego te* tego zadania podj**a si* Politechnika Lubelska we wsp**pracy z Politechnik* Brzesk*. Politechnika Lubelska produkuje cement na skal* p**techniczn*, opieraj*c si* na w*asnej recepturze. W recepturze tej uwzgl*dniono cement portlandzki, cement „G*rkal” i gips. To daje mo*liwo** stosowania betonu ekspansywnego w kraju do cel*w restauracyjnych konstrukcji betonowych, a powszechnie znane metody to:
iniekcja rys i p*kni**, uszczelnianie obszar*w porowatych betonu;
reprofilowanie ubytk*w betonu, w wyniku czego nast*puje przywr*cenie wymaganego przekroju konstrukcji;
obetonowanie element*w konstrukcyjnych, gdy zachodzi potrzeba zwi*kszenia przekroju no*nego
Materia*, kt*ry chcemy wykorzysta* do restauracji konstrukcji betonowej powinien posiada* wszystkie wymagane cechy u*ytkowania podstawowej konstrukcji przez wiele lat. Najwa*niejszymi cechami materia*u naprawczego s*: kompatybilno** jego w*a*ciwo*ci z tworzywem naprawczym, czyli zgodno** lub podobie*stwo ich w*a*ciwo*ci mechanicznych, fizycznych, reologicznych i chemicznych, oraz adhezja zapewniaj*ca trwa*e zespolenie na wypadek rys ruchomych. Kompadybilno** materia*u naprawczego z tworzywem restaurowanym powinna obejmowa*:
-wytrzyma*o** na *ciskanie;
-wytrzyma*o** na przyczepno** w p*aszczy*nie zespolenia;
-odkszta*calno** mechaniczn*;
-odkszta*calno** termiczn*;
-w*a*ciwo*ci fizyczne takie jak: wodoszczelno**, gazoszczelno**, mrozoodporno**, nasi*kliwo**, *cieralno**;
-w*a*ciwo*ci chemiczne takie jak: reaktywno**, przewodno**, potencja*y elektrochemiczne;
-w*a*ciwo*ci reologiczne: skurcz i pe*zanie;
-ognioodporno**;
-trwa*o** w czasie itp.
Jednak nie zawsze udaje si* spe*ni* te wszystkie wymagania, dlatego wykorzystuje si* ten materia*, kt*ry spe*nia najwa*niejsze wymagania w danych warunkach. Materia*em o wysokiej adhezji do betonu, najcz**ciej wykorzystywany do rekonstrukcji to *ywice i ich kompozycje. Natomiast najwj*cej cech kompatybilnych z betonem maj* materia*y naprawcze na bazie cement*w. Ale zar*wno kompatybilno** cech jak sp*jno** betonu mo*na uzyska* przy wykorzystaniu kompozycji *ywiczno-mineralnych i impregnacji betonu polimerami, ale przede wszystkim dzi*ki cementom ekspansywnym.
Restauracja konstrukcji mo*e by* tak r**norodna, jak r**norodne s* defekty konstrukcji. Najprostrzy podzia* restauracji, ze wzgl*du na istot* dzia*a*, to: restauracje architektoniczna, dotyczy ona dzia*a* na elementach nieno*nych (*ciany dzia*owe, tynki, izolacje) lub elementach no*nych, ale bez ingerencji w ich prac* statyczn*. Natomiast dzia*ania obejmuj*ce elementy no*ne i ingerencj* w ich prac* statyczn* to restauracja konstrukcyjna.
Przy drugim podziale ze wzgl*du na cel dzia*a* restauracyjnych, nale*y rozwa*y* stan konstrukcji przed restauracj* oraz redystrybucj* si* wewn*trznych po wykonaniu restauracji. Do tych dzia*a* zalicza si*:
napraw* czyli przywr*cenie uszkodzonych fragment*w konstrukcji do stanu, w kt*rym uk*ad si* wewn*trznych powr*ci do stanu pierwotnego, spe*nione b*d* stany graniczne no*no*ci i u*ytkowania, a konstrukcja spe*nia* b*dzie wymogi u*ytkowe;
odbudow*, gdzie powt*rnie wykonuje si* ca*kowicie zniszczone elementy konstrukcji, kt*re w wyniku tego przesta*y pe*ni* rol* konstrukcyjn*;
wzmocnienie, oznacza przystosowanie elementu konstrukcyjnego do przeniesienia wi*kszych obci**e* ni* przed restauracj*, poprzez: zwi*kszenie przekroju, dodanie zbrojenia, spr**enia itp.;
przebudowa, dotyczy zmiany schematu statycznego konstrukcji, wi**e si* to z redystrybucj* si* wewn*trznych;
Ze wzgl*du na metodyk* prac i ich oddzia*ywanie na konstrukcj* mo*na przeprowadzi* jeszcze jedn* klasyfikacj* dzia*a* restauracyjnych. Wyr**niamy tu restauracj* biern* i restauracj* aktywn*. Restauracj* biern* przeprowadza si* za pomoc*: beton*w zwyk*ych, zapraw i zaczyn*w cementowych oraz ich modyfikacji. Nie wp*ywa ona na uk*ad si* wewn*trznych w konstrukcji wype*nia jedynie przewidziane przestrzenie i wsp**pracuj* z konstrukcj* pierwotn* w przenoszeniu obci**e*, dopiero gdy wyst*pi oddzia*ywanie zewn*trzne, nie wyst*pi tu monolityzowanie betonu „starego” z betonem „nowym”. Natomiast restauracja aktywna sta*a si* nowym kierunkiem dzia*a*, wp*ywa ona na zmian* pola napr**e* w stosunku do pierwotnego rozk*adu si* wewn*trznych. Przy rekonstrukcji aktywnej, przeciwnie ni* w biernej, stosuje si* materia* naprawczy, kt*ry nie tylko wype*nia, ale r*wnie* czynnie oddzia*uje na konstrukcj*. W tym wypadku stosuje si* na przyk*ad betony lub zaczyny na cemenci ekspansywnym.
Betony i zaczyny ekspansywne wykorzystane w restauracji aktywnej, r**ni* si* od beton*w zwyk*ych tym, jak ju* wspomnia*am wcze*niej, *e nie wyst*puj* w nich niekorzystne zjawiska skurczu, lecz narastanie obj*to*ci. Wobec tego w restauracji takiej nie nast*pi odspojenie materia*u naprawczego od naprawianego spowodowane tym*e skurczem. Narastanie obi*to*ci powoduje dodatkow* korzy** dla strefy zespolenia tych dw*ch beton*w. Podczas wi*zania zaczynu ekspansywnego w warunkach ograniczonej swobody odkszta*ce* powstaj* w nim samonapr**enia. Powoduj* one docisk na granicy zespolenia i popraw* przyczepno*ci do naprawianego betonu. Powsta*e samonapr**enia poprzez stref* styku oddzia*ywuj* ponadto na naprawion* konstrukcj*, powoduj*c w niej zmian* pierwotnego uk*adu si* wewn*trznych. Wielko** tego efektu regulowa* mo*na dobieraj*c cement ekspansywny o odpowiednich parametrach.
Opr*cz tak doskona*ej wsp**pracy obydwu materia**w przy rekonstrukcji, wyst*puje jeszcze jeden pozytywny efekt stosowania cementu ekspansywnego, a mianowicie aktywna ochrona stali przed korozj* chlorkow*. Jony chlorkowe przechodz*c ze *rodowiska do warstwy przypowierzchniowej betonu, wchodz* w reakcj* chemiczn* ze sk*adnikami betonu ekspansywnego. Wytworzony zostaje „ekran” hamuj*cy dalsze wnikanie chlork*w w g**b betonu, w pobli*e stali zbrojeniowej.
Cement ekspansywny jako materia* naprawczy jest nie tylko materia*em wype*niaj*cym ale r*wnie* generatorem nowego uk*adu si* wewn*trznych w konstrukcji, aktywnie chroni zbrojenie przed korozj*, a tak*e posiada cechy kompatybilno*ci i adhezji z materia*em naprawczym. W wyniku tego restauracje aktywne wykorzystuj*ce cementy ekspansywne s* nowatorskimi i przysz*o*ciowymi sposobami oddzia*ywania na zdegradowane konstrukcje betonowe i nabieraj* obecnie pierwszorz*dnego znaczenia.
Zosta* tu przedstawiony tylko jeden ze sposob*w wykorzystania cementu ekspansywnego, zastosowanie jego w rzeczywisto*ci jest znacznie szersze.
INNE PRZYK*ADY ZASTOSOWANIA BETON*W EKSPANSYWNYCH