img274

7. BETON W ŚRODOWISKU ZEWNĘTRZNYM

7.1. CHARAKTERYSTYKA STWARDNIAŁEGO BETONU

Beton cementowy można traktować jako materiał kompozytowy składający się z matrycy ze stwardniałego zaczynu cementowego i inkluzji, którą stanowi kruszywo. Składa się on przede wszystkim z faz stałych oraz fazy ciekłej i gazowej. Fazy stałe to: stanowiący matrycę stwardniały zaczyn cementowy oraz wypełniacz w postaci drobnego i gmbego kruszywa. Faza gazowa to głównie powietrze zawarte w otwartych i zamkniętych porach. Część porów wypełniona jest fazą ciekłą, którą jest elektrolit zawierający jony wapnia, sodu i potasu. Roztwór ten jest wysokoalka-liczny, a jego pH przekracza 13. Stwardniały zaczyn to przede wszystkim produkty hydratacji cementu oraz niezhydratyzowane ziarna klinkieru.

O właściwościach użytkowych betonu decydują zarówno cechy fizykochemiczne występujących faz, jak i wzajemne proporcje tych faz.

Zasadniczym składnikiem stałym jest wypełniacz oraz stwardniały zaczyn cementowy, których ilość przekracza 90%. Pory powietrzne i faza ciekła występują zasadniczo w stwardniałym zacżfiie cementowym. Pory występują również w strefie stykowej pomiędzy kruszywem i stwardniałym zaczynem. Powstają one zazwyczaj w procesie mieszania składników mieszanki betonowej i częściowo są usuwane podczas zagęszczania. Przez zastosowanie domieszki napowietrzającej można również zwiększyć udział porów poprawiających mrozoodporność betonu. Pory te mają kształt kulisty i zamykają duże pory kapilarne. Z tych powodów betony, a także zaprawy, traktować należy jako kompozyty wieloskładnikowe.

7.1.1. SKŁAD FAZOWY STWARDNIAŁEGO ZACZYNU (MATRYCY)

Zaczyn cementowy powstaje w wyniku hydratacji składników fazowych klinkieru portlandzkiego w obecności gipsu i anhydrytu oraz wprowadzanych dodatków mineralnych i domieszek chemicznych. Podstawowe składniki klinkieru portlandzkiego to: ortokrzemiany wapnia 3CaO • Si0₂ (alit - C₃S), 2CaO • Si0₂ (belit - C₂S), glinian triwapnia 3CaO ■ A1₂0₃ (celit - C₃A) oraz żelazoglinian tetrawap-nia 4CaO • A1₂0₃ • Fe₂0₃ (braunmilleryt - C₄AF). Składniki te stanowią zazwyczaj 98% wszystkich związków występujących w klinkierze portlandzkim. Do produkcji cementów stosuje się wiele dodatków mineralnych, które biorą aktywny udział w procesie hydratacji. Sąto dodatki hydrauliczne (granulowane żużle wielkopiecowe), pucolanowe (popioły lotne) oraz bardzo mało aktywne (piasek, kamień wapienny).