Domieszki uplastyczniające i superplastyfikatory

Fizykochemiczne podstawy działania

Domieszki uplastyczniające (plastyfikatory) oraz upłynniające (upłynniacze, superplastyfikatory) określane są często jako produkty zwiększające ciekłość mieszanki betonowej czy zaprawy lub jako produkty zmniejszające zawartość wody zarobowej w tych tworzywach. W pierwszym przypadku dodanie domieszki do mieszanki betonowej, przy jednoczesnym zachowaniu założonej wartości w/c czyni ją bardziej ciekłą, co znacznie ułatwia szczelne ułożenie betonu. W drugim przypadku wprowadzenie domieszki umożliwia zmniejszenie ilości wody zarobowej, przy jednoczesnym zachowaniu założonej konsystencji mieszanki betonowej, w wyniku czego zwiększa się wytrzymałość, wodoszczelność i mrozoodporność betonu. Przy niedużym zmniejszeniu ilości wody można uzyskać te obydwa działania. Innym efektem zastosowania domieszki uplastyczniającej lub superplastyfikatora, z jednoczesnym zmniejszeniem ilości wody zarobowej, może być oszczędność cementu dla uzyskania danej klasy betonu, przy zachowaniu konsystencji mieszanki i wytrzymałości betonu.

Zagęszczenie dużych ilości mieszanki betonowej stanowi zawsze poważne, pracochłonne zadanie. Uciążliwość tego zadania zwiększa się, zwłaszcza przy stosowaniu kruszywa łamanego, albo gdy - ze względu na wymaganą jakość betonu - nie można zwiększyć ilości wody. Uzyskanie wymaganej konsystencji i urabialności mieszanki betonowej wymaga użycia większej ilości wody niż potrzeba do hydratacji cementu. Woda nie związana odparowując pozostawia w betonie kapilary i pory, które wywierają niekorzystny wpływ na jego wytrzymałość oraz na inne właściwości. Zmniejszenie ilości wody zarobowej jest więc w technologii betonu podstawowym dążeniem. Zastosowanie domieszek uplastyczniających i upłynniających w znacznym stopniu ułatwia realizację tego zadania.

Domieszki te są wytwarzane z różnych substancji chemicznych, wywierających działanie dyspergujące, smarne, zmniejszających napięcie powierzchniowe wody, powodujących utrzymywanie się w mieszance betonowe początkowo znacznych ilości wody wolnej na skutek opóźnienia tworzenia się etryngitu i (albo) zmniejszenia ilości wody utrzymywanej w otoczkach solwatacyjnych wokół ziaren cementu i pyłów (cząstek wielkości do 0,125 m) .

Powstający z opóźnieniem etryngit wiąże znaczne ilości wody i konsystencja mieszanki betonowej stopniowo zwiększa się (mieszanka gęstnieje).

W wyniku tych działań zwiększa się ciekłość oraz urabialność zapraw lub mieszanki betonowej.

Chcąc uzyskać istotne korzyści ze stosowania domieszek niezbędne jest głębsze zrozumienie podstawowych oddziaływań domieszek na składniki mieszanki betonowej.

Publikacja o dużym znaczeniu, w której omówiono wpływ małych ilości niektórych związków organicznych na zwiększenie urabialności kompozycji cementowych ukazała się już w 1932 r. Opisano w niej -jako skuteczne w tej roli - sole sulfonowych kwasów naftalenoformaldehydowych, jednak informacja ta długo pozostawała niewykorzystana.

W latach trzydziestych i czterdziestych, w praktyce budowlanej rozpowszechniło się stosowanie związków lignosulfonowych, w wielu krajach używanych do dziś. W latach pięćdziesiątych, jako domieszki uplastyczniające wprowadzono sole kwasów hydroksykarboksylowych. Na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych w niektórych krajach wprowadzono domieszki o znacznie większej skuteczności oddziaływania, nazwane superplastyfikatorami. Były to przede wszystkim sole sulfonowych kwasów naftalenoformaldehydowych oraz sulfonowane żywic melaminowo-formaldehydowe. Superplastyfikatory zwiększają ciekłość mieszanki betonowej w znacznie większym stopniu niż zwykłe domieszki uplastyczniające lub - alternatywnie - umożliwiają zdecydowanie większe zmniejszenie ilości wody zarobowej w mieszance, co w konsekwencji powoduje wyraźnie większy wzrost wytrzymałości betonu.

Wielkość tych głównych efektów oddziaływania stanowi kryterium, na podstawie którego daną domieszkę zalicza się do plastyfikatorów lub do upłynniaczy. Krajowe wymagania w tym zakresie, są podane w PN-90/B-06243 Domieszki do betonu. Domieszki uplastyczniające i upłynniające. Wymagania i badania efektów oddziaływania na beton.

Domieszkami uplastyczniającymi są przede wszystkim: sole kwasów lignosulfonowych (lignosulfoniany Ca, K, Na) i kwasów hydroksykarboksylowych, polimery hydroksylowe (np. otrzymywane ze skrobi), związki karbaminowe oraz nonylofenyle oksyetylowane. Superplastyfikatorami są: sole polikomdensatów formaldehydowych kwasu beta-naftalenosulfonowego (tzw. SNF), sulfonowane żywice melaminowoformaldehydowe (tzw. SMF), modyfikowane sole kwasów lignosulfonowych, a także inne związki.

Mechanizm oddziaływania plastyfikatorów i upłynniaczy (superplastyfikatorów) na właściwości świeżej zaprawy oraz mieszanki betonowej polega na adsorpcji cząsteczek tych domieszek na powierzchni ziaren cementu i cząstek pyłów. Zaadsorbowane cząsteczki o charakterze anionowym nadają powierzchniom ładunek ujemny. Na pograniczu faz, tj. wokół ziaren cementu i cząstek pyłów, tworzy się podwójna warstwa elektryczna, tzw. warstwa Helm-holza-Stema i potencjał elektryczny dzeta.

W wyniku powstania znacznych sił odpychających następuje rozpad aglomeratów cząstek cementu na drobniejsze fragmenty. Powietrze i woda, zamknięte w tych aglomeratach zostają uwolnione, a stopień dyspersji cementu w wodzie zwiększa się, co powoduje znaczny wzrost ciekłości mieszanki betonowej lub zaprawy i poprawę jej urabialności.

Działanie dyspergujące można ilościowo określić mierżąc sedymentację rzadkich zaczynów cementowych (np. o składzie masowym: l cz. cementu i 2 cz. wody), nie zawierających domieszki i z jej dodatkiem.

Działanie dyspergujące można także określić przez pomiar potencjału elektrokintrycznego dzeta, mierzą szybkość elektroforezy, czyli ruchu cząstek w polu elektrycznym. Zjawisko to jest uwarunkowane spadkiem potencjału w warstwie dyfuzyjnej, tzw. warstwie Gouya-Chapman

Uplastycznienie mieszanki jest także spowodowane działaniem smarnym warstewek domieszki zadsorbowanej na ziarnach cementu i kruszywa. Wytwarzający się poślizg między cząstkami, powoduje zmniejszenie tarcia wewnętrznego w mieszana.

Inną przyczyną efektu uplastycznianego może być działanie hydrofilowych związków powierzchniowo czynnych, zmniejszających w różnym stopniu napięcie powierzchniowe wody. Jest to związane z dipolową budową cząsteczek substancji powierzchniowo czynnych. Większość z nich jest wydłużona, asymetryczna: ma bieguny dodatni i ujemny (na przeciwległych końcach) i - wskutek tego - stały moment dipolowy. Jedną część cząsteczki stanowi zwykle naładowana dodatnio hydrofobowa grupa węglowodorowa, drugą;- naładowana ujemnie grupa hydrofilowa, np.: -SO₃Na, -COONa, -ONa, -NH₂ , -OSO₃.

Związki powierzchniowo czynne, które w środowisku wodnym przyłączają koordynacyjne cząsteczki wody nazywa się hydrofilowymi, te, które cząsteczki wody odpychają - hydrofobowymi.

W roztworze wodnym cząsteczki te ustawiają się na granicy faz woda-powietrze, prostopadłe do powierzchni granicznej, orientując się częścią hydrofilową do wody, a częścią hydrofobową, odpychaną przez wodę, na zewnątrz - tj. w kierunku powietrza. W konsekwencji na powierzchni wody tworzy się warstwa adsorpcyjna (często jednocząsteczkowa). Jest ona mniej lub bardziej szczelna, zależnie od stężenia zwiąż ku powierzchniowo czynnego w wodzie. Tworzenie się zorientowanych warstw adsorpcyjnych stanowi warunek zmniejszenia napięcia powierzchniowego na granicy faz w wyniku działania sił międzycząsteczkowych (tzw. sif Van der Waalsa). Wynikiem tego jest właśnie poprawa ciekłości zaprawy lub mieszanki betonowej, uzyskiwana przez zmniejszenie siły oddziaływania między cząsteczkami wody w warstwie granicznej stykającej się z powierzchni stałych cząstek (cement, pyły), na których został zaadsorbowany związek powierzchniowo czynny domieszki.

Zależnie od zdolności do dysjocjacji elekrolitycznej w roztworach wodnych, substancje powierzchniowo czynne dzieli się na jonowe i niejonowe. Jeśli w wyniku dysjocjacji czsteczki hydrofobowy łańcuch stanowi anion (reszta węglowodorowa) - substancja jest czynna anionowe, jeśli zaś kation - jest czynna kationowe.

Istnieje wyraźna zależność między właściwościami poszczególnych związków powierzchniowo czynnych, a ich oddziaływaniem na cechy mieszanki betonowej oraz betonu. Związki te odznaczają się w różnym stopniu zdolnością zmniejszania napięcia powierzchniowego wody i poprawy jej zdolności zwilżających oraz działania dyspergującego, co powoduje w konsekwencji zróżnicowany wzrost ciekłości mieszanki betonowej.

Wielkość i charakter adsorpcji domieszek uplastyczniających, zwłaszcza lignosulfonianów oraz superplastyfikatorów naftalenowych i melaminowych, wyraźnie różnią się między sobą. Plastyfikatory powodują zmniejszenie napięcia powierzchniowego na granicy faz ciecz-powietrze, czego jednym z efektów jest umiarkowane napowietrzenie mieszanki betonowej. Superplastyfikatory prawie nie zmniejszają napięcia powierzchniowego, natomiast znacznie zmniejszają energię międzyfazową na granicy ciało stałe-ciecz i - w wyniku -praktycznie biorąc, będzie brak jakiegokolwiek napowietrzenia mieszanki betonowej, przy jednocześnie intensywnym działaniu dyspergującym tych domieszek. Zwiększenie zaś liczby cząstek cementu przyspiesza hydratację cementu.

Należy jeszcze zwrócić uwagę, że niektóre związki powierzchniowo czynne charakteryzują się właściwościami pieniącymi, z czym związana jest zdolność do napowietrzania mieszanki. Są to hydrofobowe związki powierzchniowo czynne odznaczające się zdolnością wytwarzania drobnodyspersyjnej trwałej piany.

Pęcherzyki powietrza wytwarzane przez hydrofilowe związki powierzchniowo czynne nie przywierają do cząstek cementu i kruszywa, wskutek czego nie są regularnie rozproszone w mieszance betonowej. Ponadto te pęcherzyki są nieco większe niż pęcherzyki wytwarzane przez domieszki napowietrzające i ich zawieszenie w mieszance betonowej jest mniej trwałe. Nie zwiększają one mrozoodporności betonu w tym stopniu, jak domieszki napowietrzające.

Różnice w działaniu między domieszkami zmniejszającymi ilość wody i napowietrzającymi wynikają ze zjawiska adsorpcji hydrofilowej lub hydrofobowej cząsteczek tych związków na cząstkach cementu i kruszywa.

W grupie domieszek uplastyczniających i superplastyfikatorów występują także związki organiczne odznaczające się tylko działaniem dyspergującym i nie będące związkami powierzchniowo czynnymi. Takie domieszki zwiększają ciekłość mieszanki betonowej, natomiast nie wywierają działania napowietrzającego i zwilżającego. Są to np.: sole kwasów hydroksykarboksylo-wych, sulfonowane żywice melaminowoformaldehydowe, sole polikondensatów formaldehydowych kwasu beta-naftalenosulfonowego. Superplastyfikatory - są dodawane w ilości kilkakrotnie większej niż plastyfikatory odpowiednio od około 0,5% - 3% oraz od około 0,3%-0,9% w stosunku do masy cementu.

Przy stosowaniu plastyfikatorów należy zwracać szczególną uwagę na dozowanie dokładnie w ilości zalecanej przez producenta. Ich nadmiar (co przy wprowadzaniu w małych ilościach niekiedy się zdarza) jest niekorzystny, gdyż może znacznie opóźnić wiązanie i twardnienie betonu.

Skuteczność działania superplastyfikatorów wyraźnie zwiększa się wraz ze wzrostem ilości cementu w betonie, negatywnie natomiast na ich efektywność wpływa duża zawartość alkalii w cemencie.

Oddziaływanie superplastyfikatorów na świeży beton lub zaprawę ma - w porównaniu z domieszkami uplastyczniającymi - poważną niedogodność trwa bowiem zdecydowanie krócej. Po upływie około 30 min od chwili dodania upłynniacza mieszanka zaczyna stopniowo tracić dużą ciekłość i po około 60-90 min może wrócić do konsystencji wyjściowej, jak przed wprowadzeniem superplastyfikatora. W betonie z domieszkami uplastyczniającym zwiększona ciekłość mieszanki utrzymuje się znacznie dłużej. Plastyfikatory mają ponadto, w odróżnieniu od superplastyfikatorów, podobną skuteczność oddziaływania na beton niezależnie od ilości cementu.

Wydłużenie czasu utrzymywania się znacznej ciekłości mieszanki i większe działanie uplastyczniające superplastyfikatora można uzyskać przez dodawanie go po 1-2 min, po wstępnym wymieszaniu suchych składników betonu z wodą.

Na podstawie badań stwierdzono, że w przypadku dodania superplastyfikatora wraz z całą ilością wody zarobowej będzie się on adsorbował przede wszystkim na powierzchni nieuwodnionego C₃A. W fazie ciekłej betonu zmniejszy się zatem ilość domieszki potrzebnej do adsorpcji na składnikach krzemianowych. Jeśli zaś cement zetknie się wstępnie z wodą, część zawartego w nim gipsu i C₃A przereaguje i ulegnie hydratacji, a powstały etryngit pokryje warstewką powierzchnię glinianu trójwapniowego. Na etryngicie upłynniacze adsorbują się znacznie słabiej niż na C₃A. Przez zmniejszenie się ilości nieuwodnionego glinianu trójwapniowego oraz gipsu więcej superplastyfikatora będzie wykorzystane na upłynnienie mieszanki betonowej.

Czas utrzymywania się uzyskanej ciekłości można także wydłużyć dozując superplastyfikator porcjami. Wielkość porcji i przerwy między ich wprowadzeniem do mieszanki zależą od składu mineralogicznego cementu, a także od składu betonu oraz wartości w/c. Liczba porcji nie powinna być zbyt duża, gdyż wielokrotne dozowanie może wywołać skutki negatywne, pogorszyć strukturę porowatości i zmniejszyć jego wytrzymałość.

Niektórzy producenci zalecając porcjowane dozowanie, używają określeń: dozowanie pierwotne i dozowanie wtórne, czyli dodanie upłynniacza do mokrej mieszanki betonowej już w węźle betoniarskim (dozowanie' pierwotne) oraz do betoniarki samochodowej, bezpośrednio przed ułożeniem i zagęszczeniem betonu w konstrukcji (dozowanie wtórne). Producenci przewidują niejednokrotnie możliwość wprowadzenia podczas dozowanie pierwotnego domieszki uplastyczniającej, a przy dozowaniu wtórnym - upłynniacza.

Umożliwia to zmniejszenie kosztów (plastyfikatory są znacznie tańsze niż superplastyfikatory) bez pogorszenia uzyskiwanego skutku działania. Łączenie takie może być wykonywane tylko wówczas, gdy zezwala na to producent domieszek obu rodzajów (są to zazwyczaj jego własne produkty, których działanie zostało sprawdzone). Stosowanie w jednej mieszance betonowej domieszek produkcji różnych firm zawsze wymaga uprzedniego przeprowadzenia badań sprawdzających.

Najnowszym kierunkiem jest stosowanie superplastyfikatora z pyłem krzemionkowym; otrzymuje się wówczas betony wysokiej wytrzymałości.

Przykłady oddziaływania i stosowania

Korzyści uzyskiwane przez stosowanie domieszek uplastyczniających i upłynniających (superplastyfikatorów) omówiono na przykładzie dwóch krajowych produktów tego typu: domieszki uplastyczniającej Klutan P oraz superplastyfikatora Betoplast l.

Przy stosowaniu plastyfikatorów należy zwrócić szczególną uwagę na dozowanie dokładnie ilości zalecanej przez producenta. Ich nadmiar (co przy wprowadzeniu w małych ilościach tego typu: domieszki uplastyczniającej Klutan P oraz superplastyfikatora Betoplast l.

Domieszka uplastyczniająca Klutan P

Klutan P otrzymuje się z odcukrzonego wywaru posiarczynowego stanowiącego produkt uboczny przemysłu celulozowego. Jest on wyregulowany do stężenia aktywnych substancji stałych 33 ±1%. Lignosulfoniany stanowią mieszaninę substancji wielkocząsteczkowych o masach cząsteczkowych w granicach 1000-50000. W powierzchniowo czynnym anionie ligno-sulfonianiu wapniowo-potasowego częścią hydrofilową jest głownie grupa sulfonowa -S03H, ale występują także grupy wodorotlenowe -OH oraz karboksylowe -COOH. Część hydrofobową stanowi grupa węglowodorowa naładowana dodatnio.

W roztworze wodnym cząsteczki lignosulfonianów ulegają jonizacji tylko w 20-30%. Są one anionoczynne (naładowane ujemnie) i w mieszance betonowej orientują się częścią hydrofobową do powierzchni cząstek cementu oraz pyłów, a częścią hydrofilową do wody. Po rozpuszczeniu lignosulfonianu w wodzie, wokół części hydrofilowej powstaje otoczka solwatacyjna.

W mieszance betonowej cząsteczki lignosulfonianów ulegają adsorpcji na ziarnach cementu oraz cząstkach pyłów i nadają im ładunek ujemny.

Mimo pojawienia się w ostatnich dwudziestu latach superplastyfikatorów naftalenowych i melaminowych, lignosulfoniany zachowały duże znaczenie jako domieszki uplastyczniające do betonu, a lignosulfoniany modyfikowane zaliczane są do grupy superplastyfikatorów.

Badania skutków oddziaływania Klutanu P na właściwości świeżego i stwardniałego betonu prowadzono z uwzględnieniem podstawowych celów stosowania tej domieszki: poprawy ciekłości mieszanki betonowej lub zwiększenia wytrzymałości betonu, zgodnie z PN-90/B-06240.

Stosowano beton kontrolny o składzie:

• cement portlandzki Chełm 35 -300 kg/m3

• piasek o uziarnieniu do 2 mm - 676 kg/m3

• żwir frakcji 4-10 mm - 504 kg/m3

• żwir frakcji 10-20 mm - 750 kg/m3

• woda -160 l/m3

Próbki betonu z domieszką wykonywano z mieszanek o jednakowej wartości w/c (bez zmniejszania ilości wody zarobowej) oraz o jednakowej konsystencji (ze zmniejszoną ilością wody zarobowej) w porównaniu z mieszanką kontrolną. Domieszkę wprowadzono - po wstępnym wymieszaniu z wodą zarobową - w ilości 0,5%, 0,7% oraz 0,9% w stosunku do masy cementu. Beton mieszano w betoniarce mieszadłowej przez 3 minuty. Próbki (kostki o krawędzi 10 cm) dojrzewały w warunkach naturalnych.

Zastosowanie Klutanu P bez zmniejszenia ilości wody zarobowej powoduje silne uplastycznienie mieszanki - o jeden, a nawet o dwa stopnie konsystencji; efekt uplastyczniający zwiększa się wraz ze wzrostem ilości domieszki (w określonych granicach).

Wpływ Klutanu P na właściwości mieszanki betonowej

Iość domieszki [%]	W/c	Zmniejszenie ilości wody zarobowej [%]	Konsystencja mieszanki		Zawartość powietrza w mieszance [%]
							Ve-Be [S]	opad stożka [cm]
beton kontrolny	0,533	0	5,0	1,5	3,2
0,50 0,70 0,90	0,533 0,533 0,533	0 0 0	1,4 1,2 1,0	5,5 6,0 8,5	4,6 4,4 5,0
0,50 0,70 0,90	0,480 0,467 0,453	10,0 12,0 15,0	5,2 5,0 5,0	2,0 2,0 2,5	4,6 3,8 4,4

Wpływ Klutanu P na wytrzymałość betonu

Ilość Domieszki [%]	w/c	Wytrzymałość na ściskanie, po
				l dniu		7 dniach		28 dniach		90 dniach
				[MPa]	[%]	[MPa]	(%]	[MPa]	[%]	[MPa]	[%]
0	0,533	10,7	100	32,0	100	35,9	100	39,3	100
0,50	0,533	10,4	97,1	30,6	95,6	35,5	98,9	39,4	100,2
0,70	0,533	12,3	115,0	33,8	105,6	37,6	104,7	40,5	103,2
0,90	0,533	10,2	95,3	31,5	98,4	35,1	97,8	39,2	99,7
0,50	0,480	14,2	132,7	37,0	115,6	40,3	112,3	45,5	115,8
0,70	0,467	17,9	167,3	39,2	122,5	45,2	125,9	^47,5	120,8
0,90	0,453	16,3	152,3	39,8	124,4	45,4	126,4	' 46,9	119,3

Wytrzymałość betonu, wykonanego z mieszanek o zwiększonej ciekłości praktycznie nie zmniejsza się w porównaniu z betonem kontrolnym: spadek Rzg nie przekracza 5%, czyli jest mniejszy niż wartość dopuszczalna w normie PN-90/B-06243. Dodanie Klutanu P umożliwia uzyskanie mieszanki betonowej o założonej konsystencji przy zmniejszonej ilości wody zarobowej o 10-15% (w porównaniu z mieszanką kontrolną). Konsekwencją tego jest wyraźny wzrost wytrzymałości - zwłaszcza początkowej - betonu, odpowiednio: o około 30-65% po l dniu oraz o około 12-26% po 28 dniach twardnienia: większy przyrost R_s uzyskuje się przy większej zawartości domieszki (w określonych granicach).

Przez zastosowanie Klutanu P można zaoszczędzić około 10% cementu bez pogorszenia urabialności (ciekłości) mieszanki betonowej i zmniejszenia wytrzymałości betonu.

Domieszkę stosowano w ilości 0,7% w stosunku do masy cementu, próbki do badań były wykonane z mieszanki betonowej o jednakowej konsystencji w porównaniu z mieszanką kontrolną (zawartość wody zarobowej była mniejsza o 10%). Badania wykazały, że dodatek Klutanu P zmniejsza nieco nasiąkliwość betonu i zwiększa jego mrozoodpomość, nie wpływa natomiast na skurcz.

Stwierdzono także, że stosowanie domieszki powoduje w zaczynie o nie zmniejszonej ilości wody zarobowej opóźnienie procesu wiązania cementu - o około l h, natomiast w zaczynie o jednakowej konsystencji w porównaniu z zaczynem kontrolnym (ze zmniejszoną ilością wody), proces

Wpływ Klutanu P na nasiąkliwość i mrozoodporność betonu.

Ilość domieszki [%]	Zmniejszenie ilości wody zarobowej o [%]	Nasiąkliwość masowa [%]	Zmniejszenie wytrzymałości [%] po [cyklach]
						25	50	100
(beton kontrolny)	0	5,4	7,5	8,3	5,5
0,70	12	4,7	1,5	6,8	3,5

Wpływ Klutanu P na czas wiązania cementu.

Zaczyn	Ilość wody zarobowej [%]	Czas wiązania
				początek [h: min]	koniec [h: min]
Kontrolny (bez domieszki)	26,6	2:15	3:45
z domieszką (jednakowy w/c w porównaniu z zaczynem kontrolnym)	26,6	3:30	4:50
z domieszką (jednakowa konsystencja w porównaniu z zaczynem kontrolnym)	23,9	1:20	4:20

wiązania ulega przyspieszeniu - o około l h. Oznacza to, że przy wykonywaniu betonu należy liczyć się z niewielkim opóźnieniem procesu wiązania cementu, jeśli Klutan P stosuje się w celu zwiększenia ciekłości mieszanki betonowej. Jeśli zastosowanie tej domieszki ma umożliwić wykonanie betonu o zwiększonej wytrzymałości przy zachowaniu założonej konsystencji mieszanki może nastąpić przyspieszenie wiązania cementu.

Nie stwierdzono natomiast wpływu Klutanu P na stałość objętości spoiwa cementowego.

Produkt ten stosują na szeroką skalę firmy zajmujące się budownictwem hydrotechnicznym, drogowym, mostowym, a także budownictwem kubaturowym, m.in. przy budowie zbiorników wodnych Czorsztyn-Nidzica i -Sromowce oraz Klimkowa i Swinna Poręba.

Superplastyfikator Betoplast l

Betoplast l wpływa silnie dyspergująco, zmniejsza napięcie powierzchniowe wody i poprawia jej zdolności zwilżające, a także powoduje niewielkie napowietrzenie zaprawy lub mieszanki betonowej.

Efektywność oddziaływania superplastyfikatora Betoplast l zależy od wielu czynników. Do najbardziej istotnych należą: zawartość domieszki i skład betonu.

Zależność ilości Betoplastu l i skuteczności jego oddziaływania badano stosując beton kontrolny wykonany z cementu portlandzkiego marki 35 oraz kruszywa naturalnego (piasek, żwir) o uziarnieniu do 20 mm, przy zawartości cementu 300 kg/m3, w/c = 0,53 i konsystencji mieszanki kontrolnej (wg metody Ve-Be) - 4 s.

Zastosowanie Betoplastu l bez zmian podstawowego składu betonu powoduje silne uplastycznienie mieszanki: przy zawartości 1,0% domieszki opad stożka betonowego wynosi 7 cm (konsystencja półciekła), przy zawartości 1,5% - 12 cm (konsystencja ciekła), przy zawartości 3% - opad wyniósł 25 cm i nastąpił całkowity rozpływ mieszanki (mieszanka płynna) ( W normie PN-88/B-06250 ustalono dla mieszanek o ciekłej konsystencji wielkość opadu j stożka 12-15 cm; w tej publikacji dla mieszanek o opadzie większym niż 15 cm przyjęto określenie - płynna mieszanka.)

Jest również wyraźna zależność ilości Betoplastu l i możliwości zmniejszenia zawartości wody zarobowej w mieszance, przy zachowaniu takiej samej konsystencji w porównaniu z mieszanką kontrolną. Dodanie 1% Betoplastu l umożliwiło zmniejszenie ilości wody zarobowej o około 12%, 1,5% domieszki - o około 17%, a przy 2,5% - aż o 25%.

Optymalne wyniki uzyskuje się przy zawartości domieszki w granicach 1,5-2,5%. Zależność efektywności oddziaływania Betoplastu l i składu betonu badano stosując mieszanki kontrolne o recepturach podanych w tablicy 2.5.

tablica 2.5 Skład i charakterystyka betonów kontrolnych stosowanych przy badaniu skuteczności działania Betoplastu 1

Skład i charakterystyka		Beton
betonów		l	2	3	4	5	6
Cement portlandzki	[kg]	500	450	400	350	300	250
Piasek do 2 mm	[kg]	575	590	600	675	700	725
Żwir 2-10 mm	[kg]	474	487	495	510	530	550
Żwir 10-20 mm	[kg]	644	660	672	640	670	690
Woda	[l]	175	180	180	175	165	150
Punkt piaskowy	[%]	34	34	34	37	37	37
Ilość zaprawy	[l/m3]	553	548	535	543	524	502
w/c
Mieszanka betonowa		0,35	0,40	0,45	0,50	0,55	0,60

Badaniami objęto betony kontrolne i z domieszką, wykonane z mieszanek jednakowej wartości w/c lub o jednakowej konsystencji. Domieszkę w ilości 1,5% dodawano bezpośrednio do już przygotowanej mieszanki betonowej; i ponownie mieszano przez 3 min.

Wyniki badań (tabl. 2.6 i 2.7) świadczą o tym, że upłynniające oddziaływanie domieszki wyraźnie zwiększa się wraz z wzrostem zawartości cementu. Największe upłynnienie uzyskano dla mieszanki zawierającej 500 kg/m3: konsystencja zmieniła się z plastycznej (8 s - wg metody Ve-Be) na płynną (25 cm opadu stożka). W miarę zmniejszenia się ilości cementu (do 350 kg/m3) upłynnienie stopniowo maleje, chociaż jest jeszcze bardzo znaczne. Dopiero przy zawartości cementu 250 kg/m³ upłynniające oddziaływanie Betoplastu l zmalało zdecydowanie.

W obowiązującej normie PN-88/B-06250 Beton zwykły zaleca się, aby mieszanki o konsystencji półciekłej i ciekłej uzyskiwać przez stosowanie domieszek uplastyczniających lub upłynniających.

Wysokoefektywne superplastyfikatory opracowane w świecie w latach 70 i 80 umożliwiają uzyskanie mieszanek o ciekłości większej niż określona w normie: o opadzie stożka 18-25 cm lub średnicy jego rozpływu (mierzonej na specjalnym stoliku wstrząsowym)-51-62 cm. Płynne mieszanki są niemal samopoziomujące się, zatem ich zagęszczenie wibratorami jest sprowadzone do minimum; warstwy poziome do 20 cm można układać nawet bez wibrowania. Struktura stwardniałego betonu jest bardziej zwarta niż betonu kontrolnego, a wytrzymałość jedynie nieco mniejsza (do 10%, co dopuszczają normy wielu krajów). Beton wykonany z płynnej mieszanki jest także na ogół szczelniejszy i ma większą mrozoodponość.

6

---