XVII OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA WARSZTAT PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI
UstroÅ„, 20 ÷ 23 lutego 2002 r.
Janusz Mierzwa
DOMIESZKI STOSOWANE PRZY WYTWARZANIU BETONU I ICH
WPA
YW NA JEGO WA
AÅšCIWOÅšCI W KONSTRUKCJI
1. Wstęp
Zrealizowana budowla w prawidłowo przebiegającym cyklu wykonania jest rezultatem
harmonijnego współdziałania projektanta i wykonawcy z jednoznacznym podziałem ich
zadań.
Zadanie projektanta w kolejnych stadiach polegające najogólniej na:
A/ ukształtowaniu obiektu stosownie do przyszłych funkcji użytkowych i oczekiwań
estetycznych,
B/ przyjęciu schematów statycznych, obciążeń oraz wyznaczeniu wewnętrznych sił i
przemieszczeń,
C/ wymiarowaniu, konstruowaniu i opracowaniu dokumentacji rysunkowej,
już w początkach definiuje rodzaj podstawowego materiału konstrukcyjnego i określa jego
parametry wprowadzane następnie do obliczeń.
Zadanie wykonawcy polega natomiast na zrealizowaniu założeń konstrukcyjnych
projektu oraz wbudowaniu takiego materiału, który będzie ściśle spełniał konstrukcyjne
wymagania projektowe w zakresie swych cech doraz
nych jak i ich niezmienności w całym
przewidzianym okresie eksploatacji obiektu.
Po stronie materiałowej dopełnione winny być zatem dwa podstawowe warunki, to jest:
warunek 1  zapewnienia bezpieczeństwa i użytkowalności,
warunek 2  zabezpieczenia ustalonej trwałości eksploatowanego obiektu.
O ile warunek pierwszy w przypadku gdy podstawowym materiałem jest beton
utożsamiony z dopełnieniem wymagań w zakresie jego cech doraz
nych dotrzymywany był
w sposób oczywisty o tyle aspekt trwałości i jego znaczenie został doceniony dopiero
niedawno.
Wobec stosunkowo licznych w ostatnich dziesięcioleciach przypadków przedwczesnej
utraty trwałości i wynikających z tego znaczącego ograniczenia walorów użytkowych
obiektów z betonu na zagadnienie trwałości kładziony jest dziś szczególnie duży nacisk.
Znajduje to potwierdzenie w odpowiednich ustaleniach normy konstrukcyjnej PN-B-03264
(pkt.4.5) jak również betonowej normy materiałowo technologicznej Pr PN-EN206-1
(pkt.5). Zalecają one dobór parametrów materiałowych i konstrukcyjnych w procesie
projektowania z uwzględnieniem eksploatacyjnych warunków ekspozycji w 5-ciu klasach i
uszczególnionych 9-ciu podklasach środowiskowych.
Główny ciężar zapewnienia trwałości konstrukcji przypada jednak na stadium realizacji
to jest na wytwórcę i wbudowującego beton.
W przeciwieństwie bowiem do materiałów budowlanych produkowanych fabrycznie
(stal, tworzywa, ceramika) kompozyt betonowy jest projektowany , syntetyzowany i
wytwarzany w warunkach umożliwiających pełną ingerencję w kształtowanie jego
właściwości technicznych.
Szczególnie duże możliwości stwarza w tym zakresie zarówno duża różnorodność
jakościowa dostępnych wysokiej jakości spoiw cementowych, jak tez wyjątkowo liczna i
różnorodna grupa coraz bardziej skutecznych domieszek. Ich nieprawidłowe użycie może
jednak w pewnych przypadkach spowodować negatywne efekty opóz
nione, które mogą
istotnie wpłynąć na obniżenie lub ograniczenie walorów wykonanego obiektu budowlanego.
W związku z tym pojawia się pytanie jak dalece, mając na względzie zagwarantowanie
trwałości winien ingerować w proces produkcji betonu i jego jakość projektant konstrukcji.
Jeśli rezultatem ostatecznym działań budowlanych ma być bezpieczny i trwały obiekt,
konsultatywny współudział projektanta w procesie jego realizacji na pewno winien mieć
miejsce. Winien być jednak rozważny i wnikliwy a zatem oparty o odpowiednio gruntowną
znajomość skutków pozytywnych i zagrożeń wynikających ze stosowania do betonu
dodatków i domieszek.
Powszechny dotąd pogląd, że osiągnięcie projektowanej, średniej wytrzymałości jest
równoznaczne z uzyskaniem właściwej trwałości obiektu, jak potwierdziła praktyka, okazał
się zupełnie nietrafny.
Gwarantem odpowiedniej trwałości betonu po stronie materiałowej zakładając jego
prawidłowe technologiczne wykonanie jest bowiem przede wszystkim odpowiednia jakość i
ilość cementu oraz wielkość współczynnika w/c, warunkujące szczelność struktury. Na
pewno w betonach wyższej wytrzymałości (B40, B45 i więcej) charakteryzujących się
niższym w/c i wyższą jednorodnością korozyjna podatność będzie niższa a zatem
odpowiednio wyższa ich trwałość. Między innymi również dlatego rozwój stosowania w
Polsce domieszek, przyjmujÄ…c coraz bardziej dynamiczne rozmiary zgodnie z
ugruntowanymi od lat tendencjami światowymi będzie następował w sposób ciągły.
O ile lata 40-te i 50-te zaznaczyły się bardzo dynamicznym rozwojem produkcji betonu
w ogóle to w latach 60-tych nastąpił niezwykle gwałtowny rozwój produkcji i stosowania
betonu towarowego na świecie a wraz z nim bardzo wysoki wzrost zapotrzebowania na
domieszki chemiczne.
Ten trend utrzymuje się przez cały czas z różną dynamiką w różnych krajach przy czym
w takich jak: Stany Zjednoczone, Japonia czy Australia ilość betonów wykonywanych z
domieszkami osiÄ…gnęła okoÅ‚o 70÷80%. W Polsce nadrabiajÄ…c wieloletnie opóz
nienia
notujemy w ciągu ostatnich 5-ciu lat gwałtowny wzrost produkcji betonów z domieszkami,
który szacuje się ostatnio na poziomie około 10 do kilkunastu procent. Masowość
wynikająca z opłacalnej skuteczności stosowania betonów modyfikowanych domieszkami
w poszczególnych krajach przedstawia rysunek 1.
Rys. 1. Ilości betonów produkowane w różnych krajach z domieszkami w końcu 2000 r.
2. Rodzaje domieszek i ogólne wymagania normowe
Cement jako znakomite spoiwo mineralne stosowane do różnorodnych kompozytów
betonowych ujawnia w niektórych stadiach wytwarzania i użytkowania betonu też i swoje
słabsze strony.
JednÄ… z metod ograniczenia tego jest stosowanie domieszek.
Efektywność ich stosowania dostrzeżono stosunkowo wcześnie bo jeszcze w latach 30-
tych ubiegłego stulecia. Stopniowy ich rozwój, coraz szybszy zwłaszcza w ostatnim
dziesięcioleciu ściśle związany z coraz wyższą skutecznością oddziaływania na przykładzie
domieszek reologicznych podaje tablica 1 [2].
Tablica 1. Wzrost skuteczności redukcji wody w betonie przez domieszki reologiczne
różnego rodzaju.
Czas
Redukcja ilości wody
wprowadzenia Typ grupy domieszki
zarobowej
domieszki
Lata 30-te Lignosulfoniany 5 ÷ 15 %
Sulfoniany melaminowo i naftaleno-
Lata 60-te 5 ÷ 25 %
formaldehydowe
1993 Akrylany 20 ÷ 30 %
1997 Eter polikarboksylowy 25 ÷ 40 %
Niedawno wprowadzona jako państwowa, obowiązująca od listopada 1999 r europejska
norma PN-EN-934-2  Domieszki do betonu, zapraw i zaczynu. Definicje i wymagania
określa definicję domieszki jako:
 Materiał dodawany podczas wykonywania mieszanki betonowej, w ilości nie większej jak
5% masy cementu w betonie w celu zmodyfikowania właściwości świeżej mieszanki i /lub
stwardniałego betonu .
Różnorodność rodzajów domieszek ze względu na skutki działania jest dziś bardzo
duża. Wyżej wymieniona norma podaje aż dziewięć grup a mianowicie domieszki:
A/ redukujÄ…ce wodÄ™ uplastyczniajÄ…ce,
B/ redukujące wodę upłynniające,
C/ zwiększające więz
liwość wody,
D/ napowietrzajÄ…ce,
E/ przyśpieszające wiązanie,
F/ przyspieszajÄ…ce twardnienie,
G/ opóz
niajÄ…ce wiÄ…zanie,
H/ zwiększające wodoodporność,
I/ kompleksowe.
Poprzednio obowiązująca w Polsce norma PN-85/B-23010, która niekiedy jeszcze
może być używana, stosowała nieco odmienny podział [tabl.2] wyszczególniając aż
siedemnaście grup i podgrup działania domieszek [3,4]. Brak zatem w nowej normie w
porównaniu z poprzednią niektórych takich jak np. spieniające, gazyfikujące, zagęszczające
czy też inne drugorzędne. Są to jednak domieszki albo bardzo wąsko specjalistyczne albo
nie znajdujÄ…ce zastosowania w betonach konstrukcyjnych.
Tablica 2. Podział domieszek do betonu wg normy PN-85/B-23010.
Podgrupa
Lp. Grupa działania domieszek
oddziaływania domieszek
1a. Plastyfikatory i
superupłynniacze
Domieszki korygujÄ…ce cechy reologiczne i
1. 1b. Zagęszczające
zawartość powietrza w mieszance betonowej
1c. Zwiększające więżliwość
wody
2a. NapowietrzajÄ…ce
Domieszki modyfikujące zawartość powietrza w
2. 2b. SpieniajÄ…ce
mieszance
2c. PrzeciwpieniÄ…ce
3a. Przyśpieszajace wiązanie
Domieszki korygujÄ…ce proces wiÄ…zania i
3. 3b. Przeciwmrozowe
twardnienia betonu
3c. Opóz
niajace wiÄ…zanie
4. Domieszki ekspansywne
5. Domieszki uszczelniajÄ…ce
6a. Inhibitory korozji
6b. RedukujÄ…ce efekty reakcji
alkalia  kruszywo
Domieszki zwiększające odporność na działanie
6. 6c. Podnoszące odporność na
czynników chemicznych
agresjÄ™ chemicznÄ…
6d. Podnoszące odporność na
agresje biologicznÄ…
7. Domieszki podnoszące przyczepność betonu
8. Domieszki barwiÄ…ce beton
W nowej, obowiązującej już normie zostały uściślone również zakresy wymagań
ogólnych, obowiązujących wszystkie grupy domieszek jak tez wymagania szczegółowe
(pkt.4.2.) dotyczące każdej z 8-miu grup (bez grupy domieszek kompleksowych).
W ramach badań ogólnych (pkt. 4.1.) uściślono wymagania dla każdej domieszki takie
jak:
- jednorodność,
- barwa,
- substancja aktywna,
- gęstość,
- zawartość umowna substancji suchej,
- wartość pH,
- wpływ na wiązanie przy maksymalnym zalecanym dozowaniu,
- chlor całkowity,
- chlorki rozpuszczalne w wodzie,
- zawartość alkaliów jako równoważnik Na2O,
- oddziaływanie korozyjne.
Ujęcie takie dość dobrze ujednolica zatem zarówno podział jak i ogólne oraz
szczegółowe wymagania w odniesieniu do domieszek stosowanych do betonów.
Zagadnieniem oddzielnym jest natomiast metodyka ich badań normowych. Problem ten
został zamknięty w serii norm polskich przyjętych w pełnym brzmieniu wg norm
europejskich, jako normy PN-EN480-1 do 480-12 (bez numerów norm dopiero
przygotowywanych to jest PN-EN480-3,7 i 9).
Wymagania te pozwalają potwierdzić jakość danej domieszki przeznaczonej do
zastosowania lub już stosowanej w porównaniu z cechami zadeklarowanymi.
Dla użytkownika najważniejsze są jednak takie informacje, jak:
" zależność efektów stosowania domieszki od składu i własności składników betonu,
" wpływ warunków zewnętrznych w różnych stadiach dojrzewania na wynikowe
cechy eksploatacyjne betonu zawierajÄ…cego domieszkÄ™,
" przedziały najkorzystniejszych warunków stosowania domieszki.
Oczywistym warunkiem uzyskania oczekiwanego efektu stosowania domieszek w
ogólności jest właściwy skład betonu i dobra technologia jego wykonania.
Ocena struktury jakościowej domieszek zgłoszonych, które uzyskały aprobaty Instytutu
Techniki Budowlanej oraz Instytutu Badawczego Dróg i Mostów z końcem lat 90-tych w
znacznym zakresie potwierdza stopień ich aplikowalności technicznej. Analiza ilościowa
wskazuje na zdecydowanÄ… przewagÄ™ domieszek z grup AB to jest redukujÄ…cych wodÄ™.
Stanowiły one około 60 % wszystkich wydanych aprobat.
W pozostałych 40% mieszczą się w przybliżeniu jednakowe ilości domieszek
napowietrzających, przeciwmrozowych, przyspieszających i opóz
niajÄ…cych procesy
wiązania i twardnienia betonów. W dalszych częściach artykułu omówiono różne aspekty
własności i zastosowań domieszek do betonu.
3. Mechanizmy i efekty działania domieszek
3.1. Domieszki redukujące wodę, plastyfikatory i upłynniacze
Grupa domieszek redukujących ilość wody czyli tzw. domieszki reologiczne
obejmująca uplastyczniające i upłynniające (grupy A, B) stanowią dziś najpowszechniej
stosowane chemiczne modyfikatory betonów. Norma PN-EN934-2 (pkt.3.2.2 i 3.2.3)
definiuje domieszki uplastyczniające, jako:  domieszki, które umożliwiają zmniejszenie
zawartości wody w danej mieszance betonowej bez wpływu na jej konsystencję, lub które
bez zmniejszenia ilości wody powodują zwiększenie opadu/rozpływu stożka lub wywołują
oba efekty jednocześnie. , dla upłynniających natomiast uzupełnia powyższą definicję
słowem znaczne odpowiednio zwiększenie i zmniejszenie.
Domieszki te, aczkolwiek sferą podstawowego działania obejmują najbardziej istotne
dla wytwórcy a zwłaszcza wbudowującego beton stadium mieszanki, wywierają bardzo
istotny pośredni wpływ na cechy doraz
ne i trwałościowe konstrukcji betonowej a to już
bardzo obchodzi projektanta.
Jako zasadnicze efekty stosowania domieszek reologicznych uznać należy:
" możliwość wytwarzania mieszanek betonowych urabialnych bez potrzeby
obniżenia wytrzymałości,
" możliwość produkcji mieszanek samozageszczalnych ,
" zwiększenie jednorodności betonów wbudowywanych i wzrost bezpieczeństwa
eksploatacji obiektów,
" obniżenie dozowania cementów w betonach o tej samej wytrzymałości i
urabialności,
" możliwość produkcji betonów o bardzo obniżonym poziomie w/c, dobrze
urabialnych a przez to o podwyższonej kinetyce wzrostu wytrzymałości,
korzystniejszych właściwościach fizycznych (skurcz, pełzanie) oraz bardziej
trwałych,
" obniżenie kosztu jednostkowego betonu oraz kosztów jego wbudowania (brak
wibracji) i pielęgnacji.
3.1.1. Rodzaje domieszek reologicznych
Przyjęty w normie PN-EN934-2 podział domieszek redukujących ilość wody wyróżnia
grupę uplastyczniających (A) oraz grupę upłynniających (B).
Grupa uplastyczniających (PL) wprowadzonych najwcześniej bo jeszcze w latach 30-
tych, obejmuje takie domieszki, jak:
" sole kwasów lignosulfonowych,
" kwas hydroksykarboksylowy,
" polimery hydroksylowe,
" nonylofenyle oksyetylowe.
Skuteczność ich działania ocenianą na podstawie redukcji wody określa się na poziomie
5÷15% [6].
W grupie upłynniaczy (SP) znajdują się domieszki takie, jak:
" sulfonowane kondensaty melaminowo-formaldehydowe,
" sulfonowane kondensaty naftalenowo-formaldehydowe,
" modyfikowane lignosulfoniany,
" estry kwasu sulfonowego i węglowodorów.
Skuteczność ich działania ocenianą na podstawie redukcji wody określa się na poziomie
10÷25% [6].
W latach 90-tych wprowadzone zostały szczególnie efektywne domieszki tzw. III-ciej
generacji (KAE) na bazie:
" polikarboksylanów (akrylany),
" eteru karboksylowego.
Efektywność redukcji wody w mieszance betonowej przez tę grupę upłynniaczy (zwaną
super superplastyfikatorami) okreÅ›la siÄ™ na poziomie 20÷40%[5].
Poziomy ilościowe dozowania domieszek plastyfikujących zmieniają się zwykle w
granicach 0,2 do 0,5 % w stosunku do masy cementu w 1 m3 mieszanki betonowej,
natomiast domieszek upłynniających wynosi około 1 do 3% masy cementu.
3.1.2. Mechanizmy działania domieszek reologicznych
Budowa chemiczna domieszek redukujących wodę pozwala zaliczyć je do
polielektrolitów. W swym głównym działaniu ich celem jest deflokulacja zaczynu
cementowego. Zazwyczaj tworzone są jako syntetyczne, łańcuchowe lub sieciowe polimery
lub kopolimery z grupami aktywnymi [5 i 6].
Budowa superplastyfikatorów różni się od plastyfikatorów wyższym stopniem
polimeryzacji cząstek, innym rozkładem grup funkcyjnych co powoduje w efekcie w
plastyfikatorach większy wpływ powierzchniowych części hydrofobowych.
Wg Taylora [7] jest to jedna z zasadniczych przyczyn głównie ilościowej różnicy w
efektach działania pomiędzy plastyfikatorami (PL) a superplastyfikatorami (SP).
Uboczne skutki napowietrzające lignosulfonianów ograniczają praktyczne ilości ich
dozowania do okoÅ‚o 0,3% co daje redukcjÄ™ wody w mieszance na poziomie 8 ÷12%.
Jeśli użyć superplastyfikatorów w zbliżonej ilości względem masy cementu wówczas
taki sam efekt upłynnienia ujawni podobny poziom redukcji wody co wydaje się
potwierdzać tożsamość mechanizmów działania obu grup [8]. Wyższa efektywność
superplastyfikatorów powodowana będzie też przez polimolekularność odkładu na
cząsteczkach cementu i współtowarzyszący temu  efekt smarny .
Szczególnie efektywne superplastyfikatory tzw. III-ciej generacji różnią się natomiast w
sposób zasadniczy od poprzednich dominującym kierunkiem działania. Wynika on po
stronie budowy chemiczno-strukturalnej z mniejszej ilości grup funkcyjnych oraz bardzo
rozbudowanej sieci łańcuchów bocznych [9].
W rezultacie tego ich mechanizm deflokulacji dzięki długim łańcuchom w
przeciwieństwie do plastyfikatorów i superplastyfikatorów deflokulujacych
elektrostatycznie, tworzy przede wszystkim fizyczne bariery seperacji hydrolizujÄ…cych
cząstek cementu określone mianem tzw. efektu sterycznego.
Przebiegające kontynualnie procesy przemian hydratacyjnych dzięki tak skutecznym
barierom dla sił przyciągania Van der Walsa mogą dopiero po około 100, 120 minutach
rozpocząć w sposób znaczący proces gęstnienia i zmiany stopnia upłynienia zaczynu w
mieszance betonowej.
W przeciwieństwie do superplastyfikatorów nie tylko ilościowy efekt upłynnienia ale
również i czas trwania stabilnej konsystencji niekiedy nawet trzykrotnie dłuższy daje
zdecydowanÄ… przewagÄ™ superplastyfikatorom III-ciej generacji.
Poglądowy schemat mechanizmu działania plastyfikatorów obu generacji podaje rys. 2.
Jakościową ilustrację przyczyn zróżnicowanego poziomu ilościowego upłynnienia
betonu przez różne grupy domieszek redukujące wodę, przedstawiono w tablicy 3 [10].
Tablica 3. Efekty oddziaływań fizycznych domieszek redukujących różnego typu.
Typ domieszki
Plastyfikator Superplastyfikatory Superplastyfikatory
Efekty
(LGS) (SMF) i (SNF) III- generacji
oddziaływania
Sulfonowane polik Polikarbo-
Lignosulfoniany Poliakrylowe
Melam.form. Naftalenform. ksylowe
Efekt odpychania
b. dobry b. dobry b.dobry dobry dobry
elektrostatycznego
Efekt steryczny - - - b.dobry znakomity
Redukcja napięcia
dobra - - dobra b.dobra
powierzchniowego
Opóz
nienie
b.dobre brak dobre dobre dobre
procesu hydratacji
Bardzo istotnym czynnikiem oceny skuteczności domieszki relogicznej z uwagi na
aspekt technologiczny jest długotrwałość powodowanego przez nią efektu upłynnienia.
Ogólną ocenę efektywności działania pod tym względem poszczególnych grup
plastyfikatorów i superplastyfikatorów różnych grup scharakteryzowana została na rys. 3
[10].
Rys. 2. Mechanizm działania domieszek reologicznych redukujących wodę.
Rys. 3. Trwałość działania upłynniającego domieszek różnego typu.
Podana wyżej próba interpretacji efektów fizycznych towarzyszących zachowaniu się
domieszek reologicznych różnego typu ma charakter niezwykle uproszczony. W
rzeczywistości procesy te są szczególnie złożone i w poważnym stopniu nierozpoznane.
Potwierdzają to liczne publikacje i referaty prezentowane zwłaszcza podczas VIII, IX i X
Kongresów Chemii Cementu oraz specjalnych, poświęconych temu konferencji
CANMET/ACJ [5, 12, 13]
3.1.3. Wpływ domieszek reologicznych na własności betonów w konstrukcjach
Najogólniej plastyfikatory i superplastyfikatory nie wywierają bezpośredniego wpływu
na główną cechę betonów konstrukcyjnych, jaką jest wytrzymałość, jeśli ich dodanie
następowało w celu poprawy właściwości płynnych bez zmiany współczynnika w/c.
Znajduje to zresztą potwierdzenie w formułach analitycznych wiążących grupę
parametrów materiałowo technologicznych betonu a jego wytrzymałością.
Bardzo korzystne oddziaływanie domieszek reologicznych na właściwości
konstrukcyjne betonów odbywa jednak głównie w sposób pośredni poprzez odpowiednie
kształtowanie struktury kompozytu betonowego, chociaż nie brak też przykładów
zwłaszcza w obszarze betonów ciekłych wykazujących znaczący wzrost wytrzymałości pod
wpływem domieszek superplastyfikatorów melaminowo-formaldehydowych [11].
Wielofazowa natura betonu z pasywna fazą wypełniającą powoduje, że o jego
właściwościach w największym stopniu decyduje zaczyn cementowy oraz warstwa
kontaktowa: zaczyn kruszywo. Trwałość betonu pojmowana najogólniej jako odporność na
działanie warunków atmosferycznych i czynników korozjogennych jest zatem ściśle
związana z mikrostrukturą zaczynu, jego szczelnością oraz szczelnością warstwy
kontaktowej, jako barierą wnikania czynników uszkadzających.
W odniesieniu do korozji czynnikowej (chemicznej) jej postęp warunkowany jest
możliwością transportu jonów reagujących do wnętrza betonu albo na drodze przepływu
pod ciśnieniem względnie podciągania kapilarnego albo też w rezultacie dyfuzji jonów w
roztworze porowym betonu na skutek gradientów stężeń w różnych miejscach materiału.
Jak potwierdziły to badania (między innymi [15]) rozkład parametrów zaczynów jest
ściśle związany z poziomem współczynnika w/c przy niekorzystnej dla trwałości tendencji
do wzrostu od nano do mikrometrycznej wraz z jego zwiększeniem (rys. 4).
Rys. 4. Wpływ współczynnika w/c na rozkład porowatości zaczynów cementowych po 11-
tu latach dojrzewania.
Ściśle związana z tym przepuszczalność będzie więc odpowiednio wzrastała ze
wzrostem współczynnika w/c a po przekroczeniu poziomu około 0,5 przyjmie już postać
wzrostu bardzo gwałtownego zgodnie z wynikami Powersa [16] jako rezultatu tworzenia
systemów kapilar ciągłych (rys. 5).
Rys. 5. Przepuszczalność zaczynów cementowych o różnym poziomie współczynnika w/c.
W nie mniej istotny sposób oddziaływuje porowatość zaczynu (tym razem całkowita)
na jego wytrzymałość co potwierdzają jednoznacznie zsyntetyzowane przez Kurdowskiego
[17] wyniki badań Balshina, Ryshhegitcha, Schillera, Hasselmana aproksymowane
funkcjami empirycznymi (rys. 6):
fz = 540(1-P)14,5 (1)
fz = 636-17,04.P (2)
fz = 81,5ln 0,31/P (3)
fz = 158 - 601P (4)
Rys. 6. Krzywe zależności wytrzymałości zaczynu cementowego od jamistości wg badaczy
jak na rysunku.
Jak z powyższego wynika wprowadzenie do kompozytu betonowego domieszki
reologicznej stwarza niezwykle korzystną dla póz
niejszych właściwości betonu możliwość
redukcji wartości współczynnika w/c przy utrzymaniu tej samej urabialności co w sposób
bardzo znaczÄ…cy poprawia niemal wszystkie jego cechy techniczne.
Efektywność tych działań okazała się kluczem do uzyskania z końcem lat 70-tych
wytrzymałości znacznie przekraczających technicznie dotąd osiągane w praktyce granice
50÷60 MPa a także umożliwiÅ‚a realizacjÄ™ betonów o wytrzymaÅ‚oÅ›ci powyżej 100 MPa.
Podawany zatem przez Walravena bilans zmian wytrzymałości betonu na przestrzeni
dziesięcioleci wraz z jego dynamicznym wzrostem począwszy od roku 1980 wiąże się
bardzo ściśle z szerokim wprowadzeniem superplastyfikatorów a zwłaszcza ostatnio
superupłynniaczy III generacji [18].
Rys. 7. Dynamika zmian wytrzymałości betonu w technicznych zastosowaniach na
przestrzeni czasu.
3.1.4. Efektywność technicznych zastosowań do betonów domieszek
redukujÄ…cych wodÄ™
W badaniach nad optymalizacją ilościową i jakościową domieszek redukujących wodę
najbardziej ścisłe wyniki dla stadium płynnego uzyskuje się, stosując metody pomiaru
właściwości reologicznych w stadium płynięcia.
Ścisłość oceny rzeczywistych parametrów reologicznych takich jak granica płynięcia
(Äo) czy też lepkość plastyczna (·p) za pomocÄ… reometrów daje niewÄ…tpliwie najbardziej
dokładną ocenę zmiany cech mieszanki w czasie [19, 20].
Niestety, brak rozpowszechnienia metodyki i reometrycznej aparatury pomiarowej
uniemożliwia bezpośrednie przeniesienie jej wyników do praktyki.
Jak podano w rozdziale 3.1.3 wprowadzenie domieszki upłynniającej stwarza
możliwość albo zwiększenia płynności przy w/c = constans czyli ilości wody stałej, albo
obniżenie ilości wody i redukcję współczynnika w/c a tym samym wzrostu wytrzymałości
przy niezmiennej konsystencji.
W obu wariantach działań technologicznych jak potwierdza to wykres (rys. 8)
efektywność wpływu domieszki jest zdecydowana i znacząca [6, 22].
Rys.8. Alternatywny efekt oddziaływania superplastyfikatora w betonie o ilości 350 kg
cementu na 1 m3, jako:
1. wzrost z fc = 25 MPa do 32 MPa przy HR = 43 MPa = constans,
wzrost z HR = 43cm do 57cm przy fc = 25 MPa = constans
Biorąc pod uwagę również i inne cechy betonu stwardniałego takie np. jak skurcz czy
też wzrost odporności na działanie szkodliwych czynników zewnętrznych a zatem wzrost
wytrzymałości, kierunek działań związanych z redukcją współczynnika w/c okazuje się
najbardziej korzystny. Taki kierunek działań sprzyja też znaczącemu zmniejszeniu
rozmiarów skurczu co potwierdza rys. 9 [22].
Rys. 9. Wpływ współczynnika w/c na wielkość skurczu betonu o określonej ilości cementu.
Zastosowanie domieszek upłynniających wpływa bardzo korzystnie na wzrost dynamiki
narastania wytrzymałości w początkowym okresie dojrzewania betonu. Potwierdzają to
liczne badania, natomiast rozmiary ilościowe takiego efektu przykładowo dla cementu
CEM I 52,5R przedstawia rys. 10 [23].
Rys. 10. Wzrost kinetyki narastania wytrzymałości początkowej betonu na cemencie CEM I
52,5 R przy różnej ilości domieszki upłynniającej FM ( ilość cementu - 370 kg/m3, temp.
betonu -200C, konsystencja HR = constans = 40 cm).
Na podkreślenie zasługuje również znaczące zróżnicowanie charakteru i zakresu
ilościowego oddziaływania plastyfikatorów i upłynniaczy różnego rodzaju tak pod
względem redukcji ilości wody, jak i ogólnego wzrostu wytrzymałości.
Przykładową serię mieszanek (wg [23]) podano w tablicy 4.
Jako typowy potwierdza się tutaj niższy dla plastyfikatorów efekt redukcji ilości wody
w porównaniu z superplastyfikatorami, mniejszy efekt upłynnienia mieszanki oraz niższe
zarówno wczesne jak i póz
niejsze przyrosty wytrzymałości na ściskanie. Natomiast
superplastyfikatory z grupy sulfonowych żywic tak melaminowo formaldehydowych
(SMF) jak i naftalenowo-formaldehydowych (SNF) charakteryzują się stosunkowo krótkim
czasem trwania stabilnego upłynnienia przez nie mieszanki. Powoduje to konieczność
stosowania kłopotliwego tzw. redozowania w miejscu wbudowania betonu. Działanie takie
niestety stwarza niebezpieczeństwo przedozowania domieszki czego konsekwencją może
być w skrajnych przypadkach niezwiązanie betonu przez kilkadziesiąt godzin a nawet
drastyczne spadki wytrzymałości 28-mio dniowej.
Wprowadzenie superplastyfikatorów stworzyło praktyczne możliwości wykonywania
betonów o znacznie wyższych wytrzymałościach od dotychczas stosowanych dzięki bardzo
skutecznej redukcji współczynnika w/c.
Kilka przykładów potwierdzających bardzo wysoką efektywność superplastyfikatorów
z grupy SMF i SNF podaje tablica 5.
Tablica 4. Wpływ plastyfikatorów i upłynniaczy na właściwości przykładowego betonu.
w/c stałe Konsystencja stała
(w/c = 0,59 = const.) (opad Ho = 8,5cm = constans
Ilość
Wytrzymałość
Rodzaj domieszki Redukcja w/c
Zmiana konsystencji na ściskanie
domieszki i ilości wody
[MPa]
[%m.c]
"w Po 1 Po 28
H [cm] H [cm] w/c
[%] dniu dniach
Beton porównywalny 42 8,5 0,59 0 22,5 41,0
LGSa/ 0,55 49 14,5 0,52 11 25,0 47,0
LGSb/
+
0,20 48 14,2 0,54 8 23,8 46,7
opóz
niacz
(SP)c/ 1,50 55 18,0 0,50 15 27,7 44,0
SMF 3,00 70 " 0,42 28 38,2 50,0
(SP)d/ 0,90 55 18,0 0,50 15 28,0 45,0
SMNT 2,00 58 ok.20 0,45 23 36,0 50,0
a/ lignosulfonian, b/ lignosulfonian z opóz
niaczem, c/ sulfonowa żywica melaminowo-
formaldehydowa d/ sulfonowa żywica melaminowo-naftalenowo-formaldehydowa,
e/ skład betonu porównawczego:
Cement CP35 - 300 kg/m3; piasek 0/2 - 643kg/m3; żwir 8/16 - 416 kg/m3; żwir 16/32 -
642 kg/m3; woda - 177 dm3/m3
Tablica 5. Składy i wytrzymałości na ściskanie w różnych terminach betonów wyższej
wytrzymałości
Oznaczenie betonu
Cecha Beton 1 Beton 2 Beton 3
Wytrzymałość na ściskanie [MPa]
Po 1 dniu 17,8 36,2 -
Po 7 dniach 60,6 68,3 57,7
Po 28 dniach 74,0 75,9 67,2
Po 90 dniach 82,5 81,5 -
Parametry technologiczne mieszanek
Współczynnik w/c 0,35 0,38 0,38
Konsystencja - Ho[cm] 18 ÷ 25 11 ÷ 19 20 ÷ 21
Składy betonów [kg,dm3/m3]
Cement 425 425 425
Woda 150 160 16
Superplastyfikator 6,4 8,5 12,8
Opóz
niacz 1,7 1,7 1,7
Piasek 0,5 - 765 0,1/2,5 - 738 0/2,5 - 934
Żwir 5/12,5 - 267 6/14 - 765 2,5/6,3 - 217
Żwir 12,5/20 - 825 10/20 - 698 5/16 - 955
Nowe jeszcze korzystniejsze możliwości w zakresie redukcji ilości wody i jeszcze
większego obniżenia współczynnika w/c w betonach stwarza zwłaszcza nowa grupa
superplastyfikatorów tzw. III-ciej generacji.
Charakteryzują się one zdolnością do bardzo wysokiej redukcji ilości wody zarobowej
oraz wydłużonego niekiedy aż do 120 minut czasu prawie stabilnej konsystencji . Ich
uniwersalność polega również na możliwości efektywnego stosowania do betonów zarówno
niskich jak i bardzo wysokich wytrzymałości (małe i duże ilości cementu). Kilka
przykładów składów i właściwości różnych betonów z zastosowaniem SP III podaje tablica
6 [24].
Tablica 6. Przykłady efektywności zastosowań superplastyfikatorów III-ciej generacji FM
37 i FM38 do betonów różnych klas.
Składniki i B25 B25 B45 B45 B85
właściwości CEM I CEM I CEM I CEM I CEM I
betonu 32,5 R 32,5 R 42,5R 42,5 R 42,5 R
Składniki:
( kg; dm3/m3)
Cement 300 300 360 360 450
Woda (dm3/m3) 171 171 162 162 144
Kruszywo 0/32 1980 1980 - - -
Kruszywo 0/16 - - 1859 1859 1790
Pył krzem. 68 68
FM 37[%] 0,38 - 0,39 - 1,08 - 1,01 - 2,30 -
FM 38[%] - 0,47 - 0,43 - 1,74 - 1,12 - 2,60
Wartość w/c 0,57 0,57 0,45 0,45 0,32
10 56 56 56 57 55 58 58 57 57 57
Rozpływ 20 53 52 52 56 45 53 54 56 51 52
HR 40 50 50 46 52 42 50 52 54 48 49
po [min] 60 50 50 45 50 39 48 47 52 47 48
90 46 47 45 48 - - - - - -
Wytrz.
na 1 dzień 13 15 6,1 9,9 33 32 34 34 51 65
ściskanie 28 dni 41 44 41 40 68 76 73 75 95 97
[MPa]
Jak wykazano wprowadzenie domieszek chemicznych typu redukcyjnego do produkcji
betonów wytworzyło możliwość radykalnej poprawy ich właściwości konstrukcyjnych
takich jak wytrzymałość, odkształcalność i trwałość.
Możliwość wytwarzania betonów o zdecydowanie wyższej jednorodności i wyższych
cechach użytkowych sprawia że współcześnie nie wykonuje się już nowoczesnych
konstrukcji betonowych bez udziału domieszek.
Efektywne ich stosowanie wymaga jednak dotrzymania warunku kompatybilności
domieszki względem cementu na który składa się dobór optymalny zawartości C3A,
powierzchni właściwej oraz rodzaju zastosowanego siarczanu wapnia w cemencie
względem fizyko-chemicznych predyspozycji domieszki.
Stosowanie domieszek reologicznych nie zwalnia producenta betonu od dbałości o jego
właściwy pod względem technologicznym skład oraz o prawidłowość wykonywanych
zabiegów technicznych przy układaniu, zagęszczaniu i pielęgnacji. Dla projektanta
konstrukcji wprowadzenie domieszek reologicznych otwiera nowe możliwości
wprowadzania do projektowania znacznie wyższych klas betonu zapewniających wyższe
nośności przy mniejszych przekrojach.
Niezwykle ważnym okazuje się tu jednak dla fazy realizacji proces prowadzenia
bardziej ścisłej kontroli jakości. W tym zakresie niezależnie od inspekcji nadzoru projektant
musi być specjalnie wyczulony na prowadzenie bardzo starannej niezależnej kontroli
jakości betonu na budowie oraz jej prawidłowe wyniki w stosunku do przyjętych przez
niego założeń.
3.2. Domieszki napowietrzajÄ…ce
W grupie czynników obniżających trwałość betonu najpowszechniejszym i
najważniejszym jest zamarzanie wody w porach kapilarnych. Pory żelu, za względu na małe
rozmiary oraz możliwość transformacji zawartej w nich wody w lód dopiero poniżej  78
0C, praktycznie nie biorą udziału w zmienno temperaturowej degradacji betonu.
Szereg czynników fizycznych wpływa na niszczenie betonu w rezultacie przemarzania,
ale pierwszym, o najwyższym stopniu destrukcji, jest towarzyszący przejściu wody w lód
wzrost jej objętości o 9%. Wywołana tym ekspansja jest w przybliżeniu proporcjonalna do
nasycenia betonu wodą [6, 25]. Zwiększający objętość lód w kapilarach wywiera na
wewnętrzną strukturę betonu olbrzymie ciśnienie, przekraczające jego wytrzymałość na
rozciąganie. Działanie to inspiruje tworzenie sieci mikrospękań będących w kolejnych
cyklach znakozmiennych temperatur z
ródłem nasączania  wzrostu ciśnienia i rozwoju
drobnych uszkodzeń. Proces uszkodzeń konstrukcji, przejawiających się powierzchniowymi
złuszczeniami, postępuje cyklicznie w głąb aż do wywołania korozyjnej degradacji
zbrojenia, utożsamianej już z zagrożeniem eksploatacji elementu konstrukcji.
Wprowadzenie napowietrzenia betonu pod postaciÄ… banieczek o wymiarach od 20 do
250µm równomiernie rozmieszczonych i przecinajÄ…cych pory kapilarne, tworzy
przestrzenną sieć kompensatorów wzrostu ciśnienia spowodowanego przez transformację
lodową. Warunkiem skuteczności tego zabiegu jest jednak równomierność ich rozkładu w
odlegÅ‚oÅ›ciach nie przekraczajÄ…cych Å›rednio 150 do 200 µm. ZasadÄ™ skutecznoÅ›ci
napowietrzenia tłumaczy poglądowy rysunek 11.
Rys. 11. Schematyczny rysunek idei działania domieszki napowietrzającej
do betonu jako zabezpieczenia przed uszkodzeniami mrozowymi.
Przyjęty przez Powersa [25] wskaz
nik a stanowiący miarę połowy średniego odstępu
między banieczkami powietrza, jako  zbiorniczkami dekompresującymi , można
wyznaczyć z zależności:
ëÅ‚ öÅ‚
ìÅ‚1.4 Vp
3
a = 0.5 Å" D Å" Å" + 1 -1÷Å‚ ,(5)
ìÅ‚ ÷Å‚
L
íÅ‚ Å‚Å‚
w której poszczególne wielkości oznaczają: D  średni wymiar  banieczki napowietrzenia,
L  ogólna ilość powietrza w mieszance,
Vp  objętość zaczynu cementowego w
betonie.
Kontrolę prawidłowości napowietrzenia w betonie stwardniałym prowadzi się metodą
mikroskopową przy pomocy komputerowego pomiaru rozkładu porowatości na zgładach
próbek napowietrzonych. Substancjami napowietrzającymi są wprowadzone do betonu,
razem z wodÄ… zarobowÄ…, powierzchniowo - czynne zwiÄ…zki hydrofobowe np.: abietyniany,
alkiloarylo-sulfoniany i inne. Domieszki te dodane w niewielkich ilościach napowietrzając
nie powodują znaczących spadków wytrzymałości betonu.
Skuteczne w pełnym zakresie zabezpieczanie betonu przed mrozem wymaga jednak
wprowadzenia napowietrzenia na poziomie rzÄ™du 4÷6 % (np. betony nawierzchni
drogowych) i wówczas pewną redukcję wytrzymałości należy odpowiednio uwzględniać w
projektowaniu.
Istotny jest przy tym również zoptymalizowany skład kruszywa a zwłaszcza ilości
frakcji pyłowo-piaskowych 0.125/0.50 i 0.5/1.0. Zastosowanie napowietrzenia dla betonów
tych części konstrukcji, które są narażone na stały dostęp wody i równocześnie
oddziaływanie znakozmiennych temperatur (np. nawierzchnie betonowe, płytowe place
postojowo - parkingowe, betony hydrotechniczne itp.), jest najpewniejszÄ… metodÄ…
zabezpieczenia ich trwałości.
Umożliwiają to dziś od strony materiałowej dostępne na rynku bardzo dobre domieszki
oferowane w dużej, jakościowo zróżnicowanej gamie wyrobów przez liczne firmy krajowe i
zagraniczne. Spełnienie założeń projektanta ze względu na pewne technologiczne trudności
utrzymania żądanej struktury porowatości po zakończeniu wszystkich procesów wymaga
odpowiedniej kontroli. Przy mniej odpowiedzialnych obiektach poprzestajemy na
pomiarach ogólnej objętości pór w mieszance betonowej metodą ciśnieniową, natomiast w
obiektach bardziej odpowie-dzialnych (np.: betonowe nawierzchnie autostrad i lotnisk)
konieczny jest dowód osiągnięcia odpowiedniej struktury napowietrzenia na podstawie
próbek pobranych z betonów wbudowanych za pomocą metody mikroskopowo 
komputerowego pomiaru wskaz
nika dyspersji porowatości [26].
3.3 Domieszki regulujÄ…ce wiÄ…zanie i twardnienie betonu
Grupa domieszek regulujÄ…cych wiÄ…zanie i twardnienie betonu obejmuje domieszki:
" przyspieszajÄ…ce wiÄ…zanie,
" przyspieszajÄ…ce twardnienie i przeciwmrozowe,
" opóz
niajÄ…ce wiÄ…zanie.
Ich celem jest regulacja procesów wzrostu początkowych reakcji w betonach w
dostosowaniu, albo do warunków technologicznych realizacji, albo do warunków
pogodowych.
Domieszki przyspieszajÄ…ce wiÄ…zanie to przede wszystkim zwiÄ…zki mineralne, dobrze
rozpuszczalne w wodzie produkty mocnych kwasów i zasad lub ich sole. Należą do nich
domieszki chlorkowe (wapnia, glinu, magnezu, żelaza) oraz domieszki bezchlorkowe
(wodorotlenki sodu, potasu, węglany, gliniany lub krzemiany sodu, potasu, amonu).
Niestety preparaty te należy stosować z dużą ostrożnością, gdyż: chlorkowe zagrażają
rozwojem korozji stali, natomiast pozostałe mogą przyspieszając oddziaływać równocześnie
negatywnie na wiele innych cech betonu (wytrzymałość, skurcz, wykwity itp.). Z tego
względu stosowanie ich ma charakter bardzo ograniczony, a w niektórych krajach są wręcz
zakazane.
Preparaty przyspieszające twardnienie mają za zadanie skrócić czas narastania
wytrzymałości początkowej bez zmiany wytrzymałości końcowej. Ich działanie polega na
inicjowaniu przyspieszenia hydratacji cementu poprzez stymulację reakcji pomiędzy wodą i
składnikami cementu. Grupę tą tworzą związki nieorganiczne, głównie siarczany (sodowy,
potasowy, wapniowy, glinowy), azotyny (sodowe, wapniowe) oraz trójetanoloamina i
mrówczan wapniowy. Stosowanie tych preparatów wymaga dużej ostrożności, przy braku
której mogą wystąpić skutki dokładnie odwrotne od zamierzonych.
Bliską grupy preparatów przyspieszających twardnienie jest grupa domieszek
przeciwmrozowych, zapewniajÄ…cych bezdestrukcyjne betonowanie nawet w temperaturze
do  10OC. Działają one poprzez: obniżenie temperatury zamarzania wody, przyspieszania
hydratacji oraz redukcji ilości wody zarobowej, a tym samym obniżania w/c. Pod względem
chemicznym domieszki te tworzy: grupa związków nieorganicznych, wśród których
najskuteczniejszym jest rodanek sodowy oraz grupa związków organicznych (mocznik,
tiomocznik, gliceryna).
Ze względów technologicznych niekiedy okazuje się koniecznym opóz
nienie
początków wiązania betonu (betonowanie w dni upalne, odległy transport itp.). Preparaty
chemiczne stosowane do tego celu działają na zasadzie zmniejszania szybkości
rozpuszczania cementu. Zastosowanie znajdują tu głównie związki nieorganiczne.
Szczególnie skutecznymi okazują się związki fosforanowe, które przy odpowiednim stopniu
czystości nie wykazują szkodliwych skutków ubocznych i są tolerancyjne na wahania
temperatury i odchylenia ilościowe w trakcie ich dozowania. Stosowanie domieszek z tej
grupy wymaga znacznej ostrożności, zwłaszcza w przypadkach konieczności zespolonego
działania, na przykład domieszek reologicznych z domieszkami regulującymi wiązanie.
Problem wzajemnej kompatybilności aplikowanych związków względem właściwości
fazowych cementu i ewentualnych stosowanych dodatków mineralnych wymaga nie tylko
dużego doświadczenia producenta betonu, ale i poprzedzenia produkcji ciągłej odpowiednią
serią próbną.
3.4 Domieszki uszczelniajÄ…ce
Celem działania domieszek uszczelniających jest obniżenie przesiąkliwości betonu pod
działaniem ciśnieniowego naporu wody i innych cieczy, obniżenie nasiąkliwości oraz
zmniejszenie podciÄ…gania kapilarnego.
Mechanizm działania domieszek uszczelniających jest bardzo różnorodny i może
polegać na wypełnieniu mikrokawern, pustek, kanalików lub zmniejszeniu przekrojów
kanalików kapilarnych drogą kolmatacji krystalicznej, osadzania i wiązania w sposób
nierozpuszczalny reagentów ze związkami nieorganicznymi w cemencie, wprowadzania
cząstek tworzących z wodą pęczniejących żeli wgłębnej hydrofobizacji itp.
Oferowane preparaty patentowe najczęściej nie ujawniają drogi działania i w większości
są to preparaty mineralne o bardzo wysokim stopniu rozdrobnienia. Częstym rezultatem
działania jest równoczesny wzrost kilku cech np. mrozoodporności, nasiąkliwości czy
wytrzymałości. Skuteczność niektórych preparatów jest tak wysoka, że mogą powodować
nie tylko kilkakrotny wzrost wodoszczelności, ale równie znacząco poprawić wytrzymałość
(np. wzrost wodoszczelności betonu z W8 do W30 przy równoczesnym wzroście
wytrzymałości o około 15 do 22 % [27]).
Zastosowanie preparatów uszczelniających nie zwalnia jednak od projektowania i
wykonywania betonów o strukturze szczelnej. Ich głównym zadaniem jest doszczelnienie
mikroporowatej struktury betonu, która to cecha jest immanentnym jego atrybutem
tworzÄ…cym siÄ™ in statu nascendi.
4. Betony samozagęszczalne
Szerokie wprowadzenie domieszek reologicznych zwłaszcza III ciej generacji
umożliwiło rozpoczęcie produkcji i stosowania na szerszą skalę betonów
charakteryzujących się doskonałą urabialnością o stopniu płynności umożliwiającym
samoistne formowanie. Tę grupę betonów nazwano samozagęszczylnymi (SCC- Self-
Compacting Concrete).
Skład takiego betonu został opracowany w Japonii z końcem lat 80-tych i zastosowany
po raz pierwszy przez OkamurÄ™ w roku 1986.
Beton ten charakteryzuje się pod względem technologicznym zdolnością do
samoczynnego szczelnego wypełnienia formy, samoczynnego odpowietrzenia i
zagęszczenia pod własnym ciężarem oraz ułożenia się w sposób jednorodny bez segregacji
składników i bez wydzielania wody[28].
Zasadniczymi zaletami betonów SCC jest:
" eliminacja wibracji i hałasu w procesie formowania prefabrykatów,
" łatwość transportu pompowego bez segregacji nawet na bardzo duże odległości,
" istotne zwiększenie szybkości wykonywania konstrukcji z betonu,
" możliwość uzyskania bardzo gładkich i równych powierzchni bez raków i pęcherzy
na fakturze przy mniejszej liczbie szwów roboczych,
" bardzo dokładne i szczelne otulenie również bardzo gęstego zbrojenia bez
konieczności zagęszczenia,
" dokładne wypełnienie nawet bardzo skomplikowanych geometrycznie deskowań.
" bardzo wysoka jednorodność betonu,
" bardzo wysoka szczelność betonu,
" łatwość uzyskania betonów wysokiej wytrzymałości o doskonałej urabialności,
" zwiększona odporność na działanie chlorków, dwutlenku węgla i innych
agresywnych substancji.
Te specyficzne i bardzo korzystne cechy wymagają jednak odmiennego podejścia do
pomiaru cech mieszanki w stadium płynnym oraz innych od betonów zwykłych zasad
projektowania składu.
Ze względu na użytkowe kryterium płynności wynikające z założenia
samozagęszczalności konieczne jest stosowanie takich metod pomiaru konsystencji jak: L-
box z alternatywnymi wkładkami prętów zbrojenia, odwrócony stożek opadowy z pomiarem
rozpływu, U-box czy też japoński lejek V-funnel.
Niewątpliwie najtrudniejszym etapem wstępnym jest stadium projektowania składu
prowadzone wg kilku metod analityczno-doświadczalnych opartych np. o kryteria:
minimalizacji ilości zaczynu , zaprawy czy też punktu piaskowego, dla założonych
warunków konstrukcyjnych betonu.
Pod względem materiałowym betony te odróżniają się od betonów zwykłych:
" nieco wyższą zawartością cementu (chociaż nie w każdym przypadku),
" dodatkiem znacznej ilości wypełniaczy mineralnych (popiół lotny, żużel mielony,
mÄ…czka kwarcowa lub wapienna),
" obniżoną ilością kruszywa,
" wydłużonym czasem zachowania płynności.
Kilka przykładowych składów betonów SCC podaje tablica 7. Betony te były
stosowane do [29]:
" beton A - prefabrykaty pokryw płytowych komór żelbetowych,
" beton B - prefabrykowanych brzegów schodowych,
" beton C - koryto drogi w technologii  białej wanny ,
" beton D - wzmocnienie stropu w budynku przemysłowym.
Tablica 7. Składy i właściwości przykładowych betonów samozagęszczalnych (SCC).
Składy ilościowe Betony SCC
i cechy betonów
AB C D
SCC
Składy betonów
[kg/m3]
Rodzaj cementu CEM I 42,5 R CEM I 52,5 R CEM IIA/L 32,5 R CEMII/A-S 42,5R
Ilość cementu 350 350 240 350
Woda 185 185 161 180
Rodzaj mączka popiół popiół lotny popiół lotny
wypełniacza wapienna lotny
Ilość wypełn. 250 210 120 200
Kruszywo 0/16 1610 1580 (0/32)1878 1600
Domieszka FM38-2,3% FM38-2,0% FM37-1,50% FM34-0,9%
Cechy
mieszanki: 80 80 po 10 min-55 po 5 min-76
Opad stożka po 90 min  47 po 60 min-75
[cm] po 120 min-73
- 1,7% 1,0% 2,1%
Zawartość - 2,33 2,40 2,32
powietrza
Gęstość[kg/dm3]
Wytrz. na
ściskanie [MPa]
po 24 godz. 22,0 28,0 23,0 22,0
po 7 dniach - 57,0 - -
po 28 dniach 51,0 73,0 47,0 79,0
Jak potwierdzają to przytoczone przykłady oprócz wyżej podanych zalet betony te
charakteryzują się jeszcze dodatkowo bardzo wysokimi przyrostami wytrzymałości
początkowych co daje możliwości szybkiej rotacji form w produkcji prefabrykatów oraz
wysokiego tempa realizacji w betonach monolitycznych.
W ogólnym bilansie pomimo nieco wyższego kosztu materiałowego realizacje z
betonów samozagęszczalnych okazują się tak korzystne, że zaobserwowane trendy
potwierdzają bardzo dynamiczny ich rozwój w budownictwie światowym.
Z betonów SCC były realizowane dotąd takie spektakularne inwestycje jak:
" betonowe konstrukcje mostu  Akashi  Kaikyo w Japonii
" konstrukcja wieżowca Millenium Tower w Wiedniu,
natomiast pod względem kierunkowym przykładowo stosowany był do:
" gęstozbrojonych konstrukcji z betonu o zwykłych parametrach
wytrzymałościowych,
" wypełnienia stalowych kolumn o wysokości 40m,
" fundamentów betonowanych pod wodą ,
" zbiorników żelbetowych na gaz,
" fundamentów i filarów mostowych oraz całych konstrukcji małych mostów,
" prefabrykatów tubingów tunelowych,
" ścian monolitycznych obudowy tunelu kolejowego,
" płyt mostów podwieszonych (beton lekki),
" płyt drogowych z drutobetonu.
Szybko wzrastające zainteresowanie betonem SCC na świecie , wobec jego istotnych
zalet, wydaje się wskazywać na to, że będzie to kompozyt liczący się w przyszłym rozwoju
budownictwa XXI wieku.
5. Uwagi ogólne odnośnie stosowania domieszek do betonów
Jak wykazał przegląd, różnorodność i ilość domieszek chemicznych do betonu jest
olbrzymia, a możliwości skutecznego ich działania bardzo szerokie. Analiza zachodzących
zmian wskazuje na to, że zakres i skuteczność tych preparatów będzie nadal dynamicznie
się rozszerzała. Naturalnym skutkiem tego będzie więc tendencja do dalszego zwiększania
powszechności ich stosowania.
Niezaprzeczalną korzyścią, wynikającą ze stosowania domieszek, jest często tak
radykalna poprawa danej cechy betonu, iż nie byłaby ona w ogóle osiągalna bez jej udziału.
Ma to miejsce w szczególności w odniesieniu do grupy domieszek reologicznych. Niestety
nie wszystkie efekty wtórne współdziałania w układzie: domieszka-spoiwo-ewentualny
dodatek są już dostatecznie dobrze rozpoznane. Dlatego też przy stosowaniu domieszek,
zwłaszcza z grupy regulatorów kinetyki wiązania i twardnienia, koniecznym jest
zachowanie dużej ostrożności.
Niekiedy bowiem brak kompatybilności w ich współdziałaniu może wywołać skutki
wręcz odwrotne do zamierzonych. Dużą pomocą przy uniknięciu tego rodzaju niepowodzeń
jest zawsze długoletnie doświadczenie producenta betonu w stosowaniu określonego
cementu oraz ostrożna metoda wstępnych prób.
W każdym przypadku oczywistym warunkiem wprowadzenia domieszki do stosowania
jest posiadanie przez niÄ… odpowiedniej aprobaty.
Dla projektanta gwarantem osiągnięcia w procesie budowy projektowanych cech
betonu musi zawsze być wnikliwa i systematycznie realizowana niezależna kontrola jakości
wbudowanego betonu. W tych działaniach jego stanowisko musi być bezwzględne i
nieustępliwe.
Tylko bowiem pozytywny wynik rzetelnej kontroli może być gwarantem
bezpieczeństwa i trwałości przekazywanego do eksploatacji obiektu.
W przedstawionym wyżej przeglądzie głównych domieszek i efektów ich stosowania ze
względu na ograniczone rozmiary opracowania nie zaprezentowano całego szeregu innych
typów domieszek, takich np. jak:
" domieszki inhibitujÄ…ce korozjÄ™ stali,
" zwiększające odporność chemiczną betonu,
" ekspansywne,
" stabilizujące do betonów podwodnych,
" gazyfikujÄ…ce i spieniajÄ…ce,
" regulujące granicę płynięcia,
" uodparniajÄ…ce na korozjÄ™ biologicznÄ…,
" zwiększające przyczepność,
" barwiÄ…ce i inne.
W większości przypadków są to domieszki o bardzo zawężonym i specjalistycznym
przedziale użyteczności, przy czym niektóre nawet nie są przeznaczone do betonów.
W przypadku konieczności ich zastosowania podstawą do wprowadzania do stosowania
winny być pozytywne wyniki badań, nade wszystko jednak udokumentowane odpowiednio
licznymi przykładami pozytywnych zastosowań praktycznych.
6. Wnioski
6.1. Stan ilościowy i jakościowy domieszek do betonów obecnie produkowanych
spowodował, że praktycznie żadnej poważnej budowli betonowej na świecie nie
realizuje już się bez ich użycia. Uzyskiwanie dzięki nim korzyści w postaci znaczącej
poprawy cech betonu oraz zwiększenia dogodności technologicznej w realizacjach
procesów budowlanych w pełni uzasadniają ich dalszy rozwój i wzrost
rozpowszechnienia.
6.2. Spośród wszystkich grup domieszek najbardziej powszechną w zastosowaniach
praktycznych jest grupa domieszek modyfikujących właściwości betonów w stadium
mieszanki. Szczególnie skuteczne oddziaływania tej grupy a zwłaszcza
superupłynniaczy III-ciej generacji w zakresie redukcji wody i efektów upłynniających
dało podstawę do wytworzenia nowej generacji betonów tzw. wysokowartościowych
oraz ostatnio szczególnie dynamicznie rozwijających się betonów samozagęszczalnych
(SCC). Znakomite właściwości konstrukcyjne tych ostatnich stwarzają nowe
możliwości w zakresie projektowania konstrukcji bardziej odpowiedzialnych pod
względem nośności, oszczędniejszych pod względem materiałowym o wyższym
poziomie trwałości.
6.3. Wyjątkowo złożone procesy fizykochemiczne towarzyszące współdziałaniu składników
betonu w układzie: domieszka-spoiwo-wypełniacz powodują, że zastosowane
domieszki winny być kompatybilne z odpowiednimi właściwościami spoiw
cementowych. Szczególną ostrożność należy zachować zwłaszcza przy zespolonym
dozowaniu dwóch domieszek pochodzących z różnych grup, a w przypadku
wątpliwości, praktyczne ich zastosowanie winno być poprzedzone pozytywnie
zweryfikowanymi próbami. Zastosowane domieszki powinny posiadać aktualne
aprobaty oraz stosowne dokumenty technologiczne ściśle określające warunki ich
użycia.
Literatura
[1] Czarnecki L., A
ukowski P.: Domieszki do betonów. Mat. Bud. Nr 2/98 , s. 27.
[2] Damtoft J.S., Herfort D., Yde E.: Concrete binders, mineral additionns and chemical
admixtures, Proc. Innt. Seminar Extending Performance of Concrete Structures
Dundee. Sept. 1999, s.153.
[3] MÅ‚odecki J., Stebnicka J.: Domieszki do betonu. COIB. W-wa 1996.
[4] Kon E., Józ
wiak H.: Klasyfikacje i wymagania dla domieszek do betonu, zaprawy i
zaczynu. Cem-Wap-Bet. Nr 1/2000, s.23.
[5] Kucharska L. Tradycyjne i współczesne domieszki do betonu zmniejszające ilość
wody zarobowej. Cem-Wap-Bet. Nr 2/ 2000, s.46.
[6] Neville A.M.: Właściwości betonu. Kraków, 2000. Wydawnictwo Polski Cement.
[7] Taylor H.F.: Cement Chemistry. Academic Press. 1998
[8] Kucharska L.: Domieszki upłynniajace w betonie, przykłady zastosowań.  Beton na
progu millenium. Kraków 9/11 listopad 2000, s.54.
[9] Uchikowa H., Hanechara S., Sawaki D.: The role of steric repulsive force in the
dispersion of cement particles with organic admixtures. Cem. Concrete Res. 27/1997,
s.37.
[10] Materiały  Addiment FliBmittel der Neumerem Generation 2000 . Heidelberger
Addiment.
[11] Rixon R., Mailwaganam N.: Chemical Admixtures for concrete. Ed. E&FN Spon Ltd
1999.
[12] Grabiec A.M.: Zagadnienia dotyczÄ…ce domieszek chemicznych do betonu na X
Międzynarodowym Kongresie Chemii Cementu. Cement Wapno-Beton, 1998, s.126.
[13] Grabiec A.M.: Zagadnienie badawcze dotyczące domieszek upłynniających
przedstawione na VI Międzynarodowej Konferencji na temat superplastyfikatorów i
innych domieszek chemicznych do betonu, Cement- Wapno-Beton, nr 5/2001,s.200.
[14] Kurdowski W., Małolepszy J.: Betony odporne na ekstremalne oddziaływanie
środowiska. Mat. Koferencyjne  Materiały budowlane nowe kierunki w chemii
technicznej , Kraków,VI/1999, s.129.
[15] Verbeck G., Helmuth R.A.: V Międzynarodowy Kongres Chemii Cementu., Tokio
1968, t.III, s.1.
[16] Powers T.C., Copeland L.E., Hayes J.C, Mann H.M.: Permeability of Portland
Cement Paste. ACJ, vol.51 /1954, s.285.
[17] Kurdowski W.: Chemia cementu. PWN 1991.
[18] Mierzwa J.: Influence of ingredient properties on strength of HSC. III Int. Scintfic
Conference Levoca 2001. Mat. Konf. pp. 355.
[19] Szwabowski J., Gołaszewski J.: O ocenie efektywności działania domieszek
uplastyczniających i upłynniających do betonu w świetle norm europejskich. Cement-
Wapno-Beton, nr4/1999, s.124.
[20] Szwabowski J., Gołaszewski J., Suchoń S.: Problemy pomiaru efektywności
superplastyfikato-ra. XVI Konferencja Naukowo-Techniczna, Jadwisin 1998, s.352.
[21] Meyer A.: Experiences in the use of superplasticizers in Germany. Superplasticizers
in Concrete. ACJ SP-62.
[22] Jasiczak J., Mikołajczyk P.: Technologia betonu modyfikowanego domieszkami,
Poznań, 1997
[23] Pogan K.: Zastosowanie wybranych domieszek ADDIMENT do produkcji betonów.
Sympozjum Naukowo-Techniczne  Cement z dodatkami mineralnymi. , Poznań
Chorula, 1999, s. 115.
[24] Heidelberger Addiment  Flie mittel auf neuer Rohstoftbasis. Materiały Informacyjne.
[25] Fagerlund G.: Trwałość konstrukcji betonowych. Arkady 1997.
[26] Mierzwa J., Gruszczyński M.; Kształtowanie struktury napowietrzenia betonów przy
pomocy domieszki i pyłów krzemionkowych. Materiały Konferencyjne. Jadwisin
2002 (w druku).
[27] Materiały firmowe i wyniki badań PENETRON ADMIX.
[28] Okamura H., Ouchi M.: SCC Development, present use and future. Int. Symp.
RILEM Stockholm. Sept. 1999, p.3.
[29] Materiały Informacyjne Addiment Polska Heidelberger Bauchemie.