Domieszki nowej generacji
Domieszki są oparte na bardzo zróŻnicowanej gamie cząsteczek, 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 wyczerpujący przegląd domieszek, które moŻna
znaleÄ™ç obecnie na rynku, a takÅ»e ich podstawowy sposób wzajemnego oddzia"ywania z cementem oraz wszelkie
skutki wtórne (korzystne lub niepoŻądane, w zaleŻnoĘci od okolicznoĘci).
W ciÄ…gu ostatnich 10 lat technologia produk- nych zastosowaniach lub na ich korygowa-
cji betonu uleg"a zasadniczej ewolucji, która nie. W wi´kszoĘci przypadków uboczne skut-
przyczyni"a si´ do faktu, iÅ» beton sta" si´ produk- ki niekorzystne sÄ… korygowane poprzez w"Ä…czenie
tem powszechnego uÅ»ytku. Jest to po cz´Ä˜ci wyni- okreĘlonych dodatków do opracowywanego pro-
kiem optymalizacji  tradycyjnego opracowywania duktu przez producenta domieszki, co nie oznacza,
sk"adu betonów, odpowiedniego doboru wykorzy- Å»e nie mogÄ… byç modyfi kowane przez technologa
stywanych surowców, co pozwoli"o na polepszenie na w´Ä™le betoniarskim.
ekonomicznoĘci stosowania betonu oraz wp"yn´"o
na jakoĘç materia"u koÅ‚
cowego. Kolejny element PlastycznoĘç/ P"ynnoĘç
jest wynikiem pojawienia si´  nowych beto- Podstawowym pytaniem, na jakie naleÅ»y sobie naj-
nów (samozag´szczajÄ…cych/samopoziomujÄ…cych, pierw odpowiedzieç jest:  co powoduje, Å»e dodanie
betonów wysokowartoĘciowych oraz miesza- odrobiny substancji chemicznej moŻe tak bardzo
nek o wyd"uÅ»onym okresie stabilnoĘci), co z ko- zmieniç konsystencj´ betonu? . WeÄ™my pod uwag´
lei doprowadzi"o do opracowania nowych mieszanin´ cementu z wodÄ…. Konsystencja tej mie-
rozwiązał
w zakresie technik budowlanych, szyb- szaniny zaleŻy w znacznym stopniu od przestrzen-
szego i "atwiejszego uk"adania ĘwieŻej mieszan- nego rozk"adu cząstek. JeĘli cząstki te są skupione,
ki betonowej, lepszych parametrów eksploatacyj- mieszanina b´dzie  ciastowata , jak przedstawio-
nych i zwi´kszonej trwa"oĘci. Kwestie te pomog"y no schematycznie na rysunku 1a. CzÄ…steczki ce-
poprawiç ogólny wizerunek betonu i sprawi"y, Å»e mentu sÄ… k"aczkowate i dlatego tworzÄ… duÅ»e aglo-
sta" si´ on podstawowym materia"em stosowanym meraty. Z drugiej strony, jeĘli czÄ…stki sÄ… rozmiesz-
dziĘ w budownictwie.
Ewolucja ta by"a moÅ»liwa g"ównie dzi´ki wi´kszej
wiedzy dostawców betonu, a takŻe opracowaniu
domieszek.
Domieszki są oparte na bardzo zróŻnicowanej ga-
mie czÄ…steczek, 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 wyczerpujÄ…cy przeglÄ…d do-
mieszek, które moÅ»na znaleÄ™ç obecnie na ryn-
ku, a takŻe ich podstawowy sposób wzajemnego
oddzia"ywania z cementem oraz wszelkie skutki
Rys. 1. Schematyczne odwzorowanie czÄ…stek cementu
wtórne (korzystne lub niepoŻądane, w zaleŻnoĘci
w wodzie. Po lewej stronie (przypadek a) czÄ…stki sÄ… skon-
od okolicznoĘci).
centrowane w pewnych obszarach, a mieszanina jest  cia-
ZnajomoĘç wszelkich skutków wtórnych moÅ»e
stowata . Po prawej (przypadek b) czÄ…stki jednolicie
zape"niają ca"ą przestrzeł
: mieszanina jest p"ynna
pozwoliç na ich wykorzystywanie w konkret-
21
budownictwo " technologie " architektura
t
e
c
h
n
o
l
o
g
i
e
fot. Archiwum
tu, jak to pokazano w postaci schematu na rysun-
budowa chemiczna: schemat:
ku 3, pojawia si´ pewna podwójna pow"oka ziar-
na. Początkowo, COO-, które nie biorą udzia"u
w wiązaniu ziarna cementu, tworzą wokó" niego
"adunek ujemny. Powoduje to cz´Ä˜ciowÄ… defloku-
lacj´ poprzez odpychanie elektrostatyczne mi´dzy
ziarnami cementu.
Rys. 2. Budowa chemiczna
czone równomiernie, jest wokó" nich wystarczająco Dodatkowo, d"ugi "ał
cuch oboj´tny tworzy pewne-
i schemat PCP
duÅ»o wody, aby w przypadku przemieszczania go rodzaju barier´ materialnÄ… wzd"uÅ» powierzchni
ca"ej mieszaniny kaÅ»da czÄ…stka mog"a przetaczaç ziarna, która  dzia"ajÄ…c jak zderzak  zapobiega
si´ w dó" po innych. Woda ma za zadanie  sma- sklejaniu si´ ziaren. Ten ostatni efekt równieÅ» po-
rowanie czÄ…stek, a mieszanina jest p"ynna (rysu- zwala na defl okulacj´ dzi´ki efektowi przestrzen-
nek 1b) . nemu. Obydwa efekty zosta"y przedstawione sche-
matycznie na rysunku 4.
W zaleŻnoĘci od pewnych kluczowych parame-
trów strukturalnych, PCP ma silne w"aĘciwoĘci re-
dukowania wody i bardzo d"ugie utrzymanie kon-
systencji.
Utrata p"ynnoĘci:
elektrostatyczna przeciwko przestrzennej
Rys. 3. Absorpcja PCP na
W ten w"aĘnie sposób dzia"ajÄ… plastyfi katory Ponownie, w miar´ jak nast´puje uwodnienie ce-
ziarnie cementu oraz odpy-
i superplastyfikatory: zapobiegajÄ… sklejaniu si´ mentu, niektóre substancje chemiczne ulegajÄ…
chanie elektrostatyczne +
przestrzenne mi´dzy dwo- czÄ…stek. PowodujÄ… deflokulacj´ uk"adu, sÄ… elemen- rozpuszczaniu w wodzie. Mi´dzy innymi, katio-
ma ziarnami
tem  smarnym . ny  takie jak Al3+ i Ca2+  przemieszczajÄ… si´
w sÄ…siedztwo powierzchni ziaren cementu. Powo-
Budowa chemiczna superplastyfikatorów nowej duje to os"abienie "adunku ujemnego wokó" ziaren,
generacji PCP a tym samym odpychania elektrostatycznego. Jed-
PolyCarboxylate Polyoxyethylene (PCP) pojawi" si´ nak nie wp"ywa to na efekt przestrzenny.
oko"o dwanaĘcie lat temu jako rewolucja w branÅ»y JednoczeĘnie nast´puje wzrost kryszta"ów hy-
domieszek. Struktura rodzajowa owych Superplasty- dratów wokó" ziarna cementu. Im bardziej rosną
fi katorów Nowej Generacji przedstawiona jest na ry- kryszta"y, tym bardziej struktury chemiczne
sunku 2. Zwane równieÅ»  polimerami grzebieniowy- wch"oni´te na powierzchni ziarna ulegajÄ… pew-
mi , struktury te sÄ… ca"kiem odmienne od wczeĘniej nego rodzaju uwi´zieniu i tym mniej istotny staje
si´ efekt odpychania mi´dzy ziarnami. Z uwagi na
geometri´ d"ugiego "aÅ‚
cucha, na efekt przestrzen-
Rys. 4. Dwa rodzaje odpy-
chania mi´dzy ziarnami ce-
ny ma póęniej wp"yw efekt interkalacji.
mentu zosta"y przedstawio-
Dzi´ki temu efektowi przestrzennemu, który prze-
ne po lewej stronie. KaŻdy
ciwstawia si´ uwadnianiu przez d"uÅ»szy czas, PCP
z nich prowadzi do deflo-
kulacji i zwi´ksza p"ynnoĘç pozwala na utrzymanie konsystencji w znacznie
masy
d"uŻszym czasie niŻ w przypadku domieszek typu
SNF i SMF.
Efekty uboczne
Z punktu widzenia efektów ubocznych, charak-
ter budowy PCP moÅ»e powodowaç dodatkowe na-
powietrzanie. A COO- pewien stopieł
opóęnienia
wiÄ…zania.
stosowanych SNF i SMF. Oprócz grup karboksylo-
wych (COO-), które są przydatne zarówno do celów
Superplastyfi kator nowej generacji APP
absorpcji na ziarnie cementu, jak i odpychania elek- Budowa chemiczna APP
trostatycznego pomi´dzy ziarnami (tak jak w przy- Budowa Amino Phosphonate Polyoxyethylene
padku grup SO3 w poprzednich strukturach), istniejÄ…
(APP) zosta"a przedstawiona na rysunku 5. Ponow-
równieŻ d"ugie "ał
cuchy oboj´tne: polioksyetylen.
nie, jest struktura o szczególnych w"asnoĘciach.
Jest to w pewnym sensie ostateczny krok w pro-
Oddzia"ywanie wzajemne PCP z cementem
jektowaniu superplastyfikatorów, poniewaÅ» dzi´ki
oraz efekt up"ynniajÄ…cy
chemii modu"owej kaÅ»da cz´Ä˜ç struktury zosta"a
Rys. 5. Budowa chemiczna
Gdy PCP zosta" juÅ» wch"oni´ty na ziarnie cemen- niezaleÅ»nie zoptymalizowana. Cz´Ä˜ç dwufosfonia-
i schemat APP
nowa (Di-phosphonate) (N-[CH2-PO3H2]2) s"uŻy
absorpcji na powierzchni ziarna cementu, podczas
gdy "ał
cuch polioksyetylenowy s"uŻy deflokulacji
budowa chemiczna:
poprzez odpychanie przestrzenne.
W"aĘciwoĘci APP
Istnieją dwie w"aĘciwoĘci, które sprawiają, Że tak
wytworzony superplastyfikator jest wyjÄ…tkowy.
Pierwszą z nich jest to, Że wybrany rodzaj od-
schemat:
pychania jest czysto przestrzenny. Drugą róŻnicą
22
Numer specjalny 2003: Domieszki do betonu
Superplastyfikatory  silne reduktory wody
Pochodzenie Produkt uboczny przy ZwiÄ…zki syntetyczne ZwiÄ…zki syntetyczne nowej generacji
produkcji papieru
Baza chemiczna Lignosulfonian Sulfonian Sulfonian Politlenek Politlenek
naftalenowo- melaminowo- polikarboksylanu fosfonianowy
formaldehydowy formaldehydowy
PE COO
N
SO3 PE
C
N
SO3 PE COO
COO
N
PE
Forma moleku"
SO3 COO
SO3
PE
SO3
SO3
SO3 SO3 COO
PO3 PO3
Zasada dzia"ania Odpychanie Odpychanie Odpychanie Odpychanie Odpychanie
elektrostatyczne elektrostatyczne elektrostatyczne steryczne steryczne
Lista skrótów:
(i steryczne) (i steryczne) (i steryczne) (i elektrostatyczne)
APP: Amino Phosphonate
Efekty: Polyoxyethylene
NGS: New Generation Su-
 redukcja wody + ++ ++ +++ ++
perplasticizer (superplasty-
 zatrzymanie opadu
fikator nowej generacji)
PCP: PolyCarboxylate
stoŻka + + + ++ +++
Polyoxyethylene
 napowietrzenie ++ + 0 ++ ++
SMF: Sulfonated Melamine
 opóęnienie ++ + 0 + ++
Formaldehyde Condensate
SNF: Sulfonated Naphta-
 adsorpcja ++ +++ +++ ++ +
lene Formaldehyde Con-
 wytrÄ…cenie ++ +++ +++ + +
densate
w porównaniu do innych struktur jest to, Å»e tylko odpowiedzialnoĘç i dba"oĘç o Ęrodowisko natural-
niewielki u"amek czÄ…steczek jest absorbowany na ne, dlatego teÅ» obecnie wykorzystuje si´ i promu-
ziarnie cementu w fazie poczÄ…tkowej. Po"Ä…czenie je oleje biodegradalne, biologicznie odnawialne,
tych dwóch cech powoduje, Że jest to najlepszy su- w minimalny sposób obciąŻające Ęrodowisko.
perplastyfi kator pod wzgl´dem utrzymania konsy-
stencji. Aby porównaç domieszki  starej z  nowÄ…
generacjÄ… moÅ»emy pos"uÅ»yç si´ powyÅ»szÄ… tabelÄ… Martin Mosquet, dyrektor ds. badaÅ‚
i rozwoju
Christophe Canevet, kierownik laboratorium
Wnioski Liam Guise, kierownik ds. pomocy technicznej
Badanie ciek"oĘci betonów
Przedstawiona gama superplastyfikatorów pozwa- CHRYSO Research Center, Sermaises  FRANCJA samozag´szczajÄ…cych si´
la na produkowanie duŻej liczby betonów, od tra-
dycyjnego B25 do zaawansowanego technicznie
B100, wylewek samopoziomujÄ…cych aÅ» po beto-
ny samozag´szczajÄ…ce (SCC). Jednak moÅ»liwoĘci
PCP nadal nie zosta"y w pe"ni wykorzystane.
PojawiajÄ…ce si´ na rynku liczne nowe superplasty-
fi katory nowej generacji (NGS) pokazujÄ…, jak kon-
kurencyjna jest ta dziedzina badał
.
W dzisiejszych czasach moÅ»na osiÄ…gnÄ…ç doskona"e
wyniki pod wzgl´dem redukcji wody i minimal-
nej utraty wytrzyma"oĘci. Minimalne opóęnienie
wiÄ…zania, napowietrzanie i segregacj´ moÅ»na by
by"o jeszcze udoskonaliç. ZgodnoĘç z wszystki-
mi rodzajami cementu oraz innymi domieszka-
mi jest równieŻ niezwykle istotnym celem. Dlate-
go teÅ» obecnie fi rmy zaawansowane technologicz-
nie prowadzÄ… intensywne badania nad rozwojem
domieszek  nowej generacji , tzn. nie tylko super-
plastyfi katorów, ale teŻ plastyfikatorów, domieszek
napowietrzających i olejów do form. Nowe plasty-
fikatory, które pojawiÄ… si´ na rynku pod koniec tego
roku charakteryzujÄ… si´ zdolnoĘciÄ… do utrzymywa-
nia konsystencji w czasie i wp"ywajÄ… na popraw´
podatnoĘci mieszanki do zag´szczania. Nato-
miast domieszki napowietrzajÄ…ce majÄ… rozwiÄ…zaç
wyst´pujÄ…cy problem moÅ»liwoĘci "Ä…czenia super-
plastyfi katora na bazie PCP i APP z napowietrza-
czem i uzyskania za"oÅ»onej iloĘci p´cherzyków po-
wietrza o Ęrednicy nie przekraczajÄ…cej 250 µm,
które równomiernie roz"oŻone w mieszance beto-
nowej przerywajÄ… ciÄ…g"oĘç kapilar w stwardnia"ym
betonie. Rozwój fi rm i technologii pociąga za sobą
23
budownictwo " technologie " architektura
fot. Micha" Braszczył
ski