Technologia a betonu zagęszczanego w sposób tradycyjny Dr hab. inż. Jacek Gołaszewski, Politechnika Śląska, Gliwice 28 1. Istota Do zagęszczenia mieszanki betonowej zwykle stosowane są metody wibracyjne. Charakteryzują się one szeregiem niedogodności związanych z wpływem czynnika ludzkiego na efekt zagęszczania oraz hałasem i wibracją. W wyniku prac badawczych nad reologią płynnych mieszanek betonowych zaproponowano rozwiązanie alternatywne do wibracji mieszankę samozagęszczalną [5, 6]. Jako beton samozagęszczalny definiuje się beton, którego skład i składniki dobierane są przede wszystkim ze względu na specyficzne właściwości reologiczne mieszanki, zapewniające jej zdolność do szczelnego wypełnienia formy, otulenia zbrojenia oraz zagęszczenia się pod ciężarem własnym bez potrzeby zagęszczania mechanicznego [2, 3, 5]. Oprócz wyeliminowania niedogodności zagęszczania wibracyjnego zastosowanie umożliwia: zmniejszenie pracochłonności formowania elementów, betonowanie elementów gęstozbrojonych i o skomplikowanych kształtach oraz uzyskanie bardzo dokładnego odwzorowania powierzchni form bez raków i pęcherzy (beton architektoniczny). Wszystko to, w połączeniu ze specyfiką składu tych betonów pozwala na jednoczesne uzyskanie betonu o dużej jednorodności i szczelności. Dzięki temu stosując betony samozagęszczalne stosunkowo łatwo można uzyskać betony wysokowartościowe. Poważnym problem wpływającym na praktyczne stosowanie betonów samozagęszczalnych jest bardziej złożony proces projektowania ich składu oraz szereg istotnych uwarunkowań technologii ich wykonania. Szczególnie ważnym jest to drugie zagadnienie, gdyż beton samozagęszczalny stawia przed wykonawcą szereg nowych problemów. W artykule omówiono specyfikę projektowania i technologii wykonywania betonów samozagęszczalnych w porównaniu do betonów zagęszczanych w sposób tradycyjny. 2. Specyfika projektowania składu W skład wchodzi zwykle więcej składników niż w przypadku betonów tradycyjnych. Wg niektórych autorów np. [1] wyróżnianych jest aż dziesięć składników: trzy grupy frakcji kruszywa, cement, dodatki mineralne, woda oraz domieszki chemiczne: superplastyfikator, środek napowietrzający i dodatek zwiększający lepkość. Przy projektowaniu betonów samozagęszczalnych warunkiem podstawowym jest uzyskanie odpowiednich właściwości reologicznych mieszanki, a cechy wytrzymałościowe i trwałościowe traktowane są często, zwłaszcza w przypadku betonów niskich klas jako drugorzędne (jakkolwiek zawsze muszą być spełnione minimalne wymagania) [2, 3]. Odpowiednie właściwości reologiczne powinny umożliwić swobodne płynięcie i odpowietrzenie mieszanki betonowej przy braku sedymentacji ziaren kruszywa w mieszance, jak i braku wydzielania się z niej zaczynu. 2.1. Właściwości reologiczne mieszanki i metody ich pomiaru Analiza zachowania się miesza- Rys. 1. Reometr BT 2
Rys. 2. Właściwości reologiczne mieszanki oraz testy ich pomiaru nek betonowych, w tym również samozagęszczalnych, w procesach technologicznych wykazuje, że ich właściwości reologiczne można wystarczająco dokładnie opisywać za pomocą dwóch parametrów reologicznych granicy płynięcia i lepkości plastycznej (szczegółowo zagadnienia właściwości reologicznych mieszanek samozagęszczalnych omówiono w [2, 3], a mieszanek na spoiwach cementowych w [4]). Z punktu widzenia urabialności mieszanki parametrem o zasadniczym znaczeniu jest granica płynięcia. Jej wielkość warunkuje wystąpienie płynięcia mieszanki, a więc możliwość prawidłowej realizacji procesów technologicznych. Im mniejsza jest granica płynięcia, tym lepsza jest urabialność mieszanki. Znaczenie technologiczne lepkości plastycznej w przypadku betonów zwykłych jest mniejsze, o ich urabialności decyduje głównie granica płynięcia. W przypadku betonów nowej generacji tzn. betonów wysokowartościowych, a zwłaszcza betonów samozagęszczalnych, lepkość plastyczna jest parametrem o istotnym znaczeniu dla urabialności, stabilności oraz zdolności do samoodpowietrzenia ich mieszanek [3]. Im mniejsza jest lepkość plastyczna mieszanki tym większa jest jej płynność, a więc również urabialność. Jednak w przypadku mieszanek samozagęszczalnych lepkość nie może być zbyt mała ze względu na stabilność mieszanki i możliwość wystąpienia segregacji (patrz pkt. 2.2.). Skuteczne kształtowanie samozagęszczalności wymaga pomiaru obu parametrów reologicznych. Pomiar taki najlepiej wykonywać za pomocą reometrów (na rys. 1 przedstawiono dostępny na rynku reometr BT2). Pomiary te wymagają jednak zwykle warunków laboratoryjnych i specjalnej, bardzo drogiej aparatury. Dlatego też w praktyce technologicznej do badania właściwości mieszanki samozagęszczalnej stosuje się specjalnie testy techniczne, symulujące szczególne warunki występujące przy formowaniu. Zwykle stosuje się kilka testów równocześnie. Wg zaleceń sformułowanych w [5, 6, 7] badać należy następujące właściwości mieszanki: zdolności do płynięcia, lepkość, zdolności do przepływu pomiędzy zbrojeniem oraz odporności mieszanki na segregację stosując testy przedstawione na rysunku 2. Procedurę pomiaru i sposób oceny właściwości mieszanki samozagęszczalnej za pomocą tych testów omówiono szczegółowo w wielu pracach np. [5, 6, 8, 9]. Korelacje testów konsystencji z parametrami reologicznymi mieszanki przedstawiono w tabeli 1. Badanie średnicy rozpływu mieszanki pozwalają określić granicę płynięcia mieszanki. Granica płynięcia jest mniejsza gdy średnica rozpływu jest większa. Badania czasu rozpływu lub czasu wypływu pozwalają na określenie lepkości plastycznej. Lepkość plastyczna jest tym większa im ww. czasy są dłuższe. 2.2. Reologiczne kryteria samozagęszczalności Jak stwierdzono wcześniej, w przypadku projektowania betonu sa - mozagęszczalnego zasadniczym celem jest uzyskanie mieszanki o odpowiednich właściwościach reologicznych. Przyjmuje się, że mieszanka samozagęszczalna musi spełniać następujące trzy podstawowe warunki: płynności, zdolności do samoodpowietrzenia oraz stabilności [3]. Płynność mieszanki musi być taka aby zapewnić szybkie i dokładne wypełnienie formy i otulenie zbrojenia. Będzie on spełniony gdy granica płynięcia i lepkość plastyczna mieszanki będą jak najmniejsze. Im mniejsza granica płynięcia tym mniejsza będzie wysokość słupa mieszanki wywołująca jej rozpływ i tym lepsze będzie jej spoziomowanie w formie lub deskowaniu. Im mniejsze będą granica płynięcia i lepkość plastyczna mieszanki tym większa będzie prędkość rozpływu mieszanki i krótszy czas wypełnienia formy. Warunek samoodpowietrzenia mieszanki stanowi, że mieszanka musi mieć zdolność do samorzutnego Tabela 1. Zalecane do badania właściwości reologicznych mieszanki samozagęszczalnej testy techniczne i ich korelacje z parametrami reologicznymi Test Norma Rozpływ mieszanki Report of RILEM TC 145 WSM V-funnel Report of RILEM TC 145 WSM L-box Report of RILEM TC 145 WSM Mierzona cecha, jednostka Rozpływ, mm Czas rozpływu, s Granica płynięcia - Lepkość plastyczna - Czas wypływu, s - Czas wypływu, s Stosunek tamowania - - 29
i szybkiego odprowadzenia powietrza pod wpływem siły wyporu. Będzie on spełniony gdy granica płynięcia i lepkość plastyczna mieszanki będą jak najmniejsze. Im mniejsza granica płynięcia i lepkość tym mniejsze pęcherzyki powietrza będą samoczynnie wydalane z mieszanki pod wpływem siły wyporu, a prędkość ich wypływu będzie większa. Warunek stabilności stanowi, że mieszanka musi być odporna na segregację. Segregacja w mieszance nie nastąpi jeśli granica płynięcia mieszanki będzie większa od naprężeń stycznych wywołanych ciężarem ziaren kruszywa. Jeśli osiadanie ziaren kruszywa w mieszance występuje, to jego prędkość będzie wprost proporcjonalna do wielkości ziaren kruszywa i odwrotnie proporcjonalna do lepkości plastycznej. Jak widać, warunki płynności i samozagęszczalności są sprzeczne z warunkiem stabilności (rys. 3). Pogodzenie tych warunków stanowi największą trudność przy projektowaniu mieszanki. Przyjmuje się, że ze względu na warunek płynności granica płynięcia powinna być jak najmniejsza (a więc średnica rozpływu jak największa). Jednocześnie dobiera się tak lepkość plastyczną (czas rozpływu lub wypływu), aby uzyskać zadowalająco szybkie wypełnienie formy i odpowietrzenie mieszanki przy jak najmniejszej prędkości osiadania ziaren kruszywa. W tabeli 2 zestawiono zalecane przez [5] parametry reologiczne mieszanek samozagęszczalnych stosowa nych do wykonania różnych elementów konstrukcyjnych. Tabela 2. Wymagane parametry reologiczne mieszanek samozagęszczalnych [4] Średnica rozpływu (granica płynięcia) 550 650 mm 660 750 mm 760 850 mm ponad 850 mm Elementy niezbrojone lub słabo zbrojone, elementy pionowe (słupy, ściany) o dużej wysokości betonowane od góry, elementy poziome (płyty) o niewielkich rozmiarach. Utrudnione wykończenie powierzchni elementu Formowanie elementów poziomych i pionowych o normalnym zbrojeniu i dowolnych wymiarach bardziej skomplikowane, gdyż czynnikiem determinującym jego skład są właściwości reologiczne mieszanki, a zakresy wzajemnych relacji ilościowych poszczególnych składników, przy których posiada on wymagane właściwości reologiczne, są wąskie. Przy doborze rodzajowym składników kluczowe znaczenie ma Formowanie elementów poziomych, gęstozbrojonych, formowanie elementów o skomplikowanych kształtach, pompowanie mieszanki od dołu formy. Nie zalecane w przypadku elementów pionowych o dużej wysokości, ze względu na możliwość wystąpienia dużego parcia na deskowania. Ze względu na segregacje, stosowane kruszywo nie może być większe niż 16 mm Jak w przypadku rozpływu 760 850 mm w specjalnych przypadkach. Stosowane kruszywo nie powinno być większe niż 12 mm. Duże niebezpieczeństwo segregacji mieszanki Czas rozpływu T 500 (do średnicy 500 mm) (lepkość plastyczna) do 2 s ponad 2 s Elementy z gęstym i normalnym zbrojeniem, Im czas rozpływu większy tym mniejsze parcie mieszanki na deskowania w elementach konieczność wypoziomowania powierzchni i dobre jej wykończenie. Zwiększone pionowych oraz większa jej odporność na segregację. Utrudnione dobre wykończenie niebezpieczeństwo segregacji oraz możliwość zwiększonego parcia na deskowania. Zalecane przy betonowaniu elementów poziomych ciągłej konstrukcji przy wystąpieniu przerw powierzchni. Możliwe problemy z uzyskaniem i pionowych o umiarkowanej wysokości w betonowaniu. Zalecane w przypadku betonowania elementów pionowych o dużej wysokości odpowiedni dobór superplastyfikatora. Skuteczne stosowanie superplastyfikatorów jest jednym z kluczowych problemów technologii. Mieszanki samozagęszczalne są bardzo wrażliwe na rodzaj i ilość stosowanego superplastyfikatora. Efekty działania superplastyfikatora zależą 30 2.3. Projektowanie Na rysunku 4 przedstawiono typowy algorytm projektowania betonu samozagęszczalnego [5, 6, 10, 11]. Nie odbiega on zasadniczo od algorytmu projektowania betonów zagęszczanych w sposób tradycyjny. Projektowanie betonu samozagęszczalnego jest jednak Rys. 3. Reologiczne kryteria samozagęszczalności mieszanki betonowej
Rys. 4. Algorytm projektowania betonów samozagęszczalnych [4] zaś od wielu zmiennych czynników technologicznych, zwłaszcza rodzaju cementu. Niewielkie zmiany warunków technologicznych powodują uzyskanie mieszanki zbył sztywnej lub niestabilnej, wykazującej segregację i wyciek wody. Z tego powodu dobór superplastyfikatora przeprowadza się doświadczalnie, a musi on uwzględniać rodzaj cementu, właściwości stosowanych dodatków mineralnych, obecność innych domieszek oraz przewidywaną temperaturę mieszanki. Superplastyfikator musi zapewniać odpowiednie właściwości mieszanki przez 1 1,5 godziny. Szczegółowo zasady doboru superplastyfikatorów ze względu na warunki technologiczne, wła- 2.4. Skład Konieczność spełnienia przedstawionych powyżej reologicznych kryteriów determinuje konieczność przyjęcia specyficznego, przedstawionego na rysunku 6 składu mieszanki samozagęszczalnej [2, 5, 6, 9, 11, 15, 24]. Przede wszystkim przyjmuje się mały stościwości składników oraz skład mieszanki omówiono w [14]. Obecnie nie ma jednej, powszechnie stosowanej metody doboru ilości składników, a w literaturze spotkać można kilka kompleksowych metod. W niektórych metodach stara się dopasować właściwości i ilość zaczynu lub zaprawy do wcześniej zoptymalizowanego ze względu na szczelność stosu okruchowego kruszywa. W innych metodach optymalizowane są ko - lejno stabilność i płynność za - czynu, a następnie zaprawy i na końcu mieszanki betonowej. Szczegółowo zagadnienia projektowania omówiono m.in. w [5, 6, 10, 11, 12, 13]. Obecnie najczęściej stosowane są metody kolejnych przybliżeń, a spośród nich najbardziej popularną jest metoda japońska. W metodzie tej określa się z warunku wytrzymałości wielkość stosunku w/c oraz rodzaj stosowanych cementów i dodatków mineralnych, a następnie kolejno ustala się proporcje zaczynu, zaprawy i mieszanki betonowej, aż do chwili spełnienia przez nie odpowiednich wymagań co do właściwości reologicznych. Na rysunku 5 pokazano przykładowo wpływ różnych modyfikacji składu betonu na właściwości reologiczne mieszanki. Monograficzne informacje w tym zakresie zawierają m.in. prace [1, 2, 4, 9, 14]. Mieszanki samozagęszczalne są zwykle bardzo wrażliwe na zmiany składu, co stanowi duży problem w praktyce. Dobrze zaprojektowana mieszanka samozagęszczalna powinna więc tolerować drobne zmiany składu i właściwości składników, a zwłaszcza ilości wody. Przy projektowaniu należy sprawdzić jak mieszanka toleruje zmiany ilości wody w zakresie do 5 10 litrów. Jeśli to konieczne należy również opracować sposoby korygowania składu mieszanki betonowej w zależności od zmian warunków betonowania, np. wahań temperatury. Specyfika technologii polega również na silnej zależności właściwości mieszanki od czasu i intensywności mieszania. Zaleca się więc możliwie duże wielkości zarobów próbnych i sposób mieszania zbliżony do stosowanego w wytwórni oraz koniecznie sprawdzenie zaprojektowanej mieszanki w wytwórni i na budowie. Rys. 5. Zmiany właściwości reologicznych mieszanki w wyniku modyfikacji jej składu [5] 31
32 sunek w/(c+d) (w woda, c cement, d dodatki mineralne) oraz dużą ilość frakcji pyłowych (<0,125), do których zalicza się również cement i dodatki mineralne. Dodatki mineralne pozwalają na zredukowanie ilości cementu, obniżenie ilości wydzielanego ciepła oraz regulowanie wytrzymałości betonu. Zwykle stosuje się mączki kamienne, zmielony granulowany żużel wielkopiecowy, popioły lotne oraz, gdy wymagane są duże wytrzymałości pył krzemionkowy. Duża ilość frakcji pyłowych ogranicza ilość wody wolnej w mieszance zwiększając jej odporność na segregację i sedymentację. Typowe betony samozagęszczalne charakteryzują się w/c < 0,50, w/ (c+d) < 0,35 oraz zawartością frakcji pyłowych 500 600 kg/m 3. Zaleca się stosowanie kruszywa o punkcie piaskowym 40 50% i maksymalnej wielkości ziaren nieprzekraczającej 20 mm. Zmniejsza to niebezpieczeństwo segregacji i wycieku wody z mieszanki. Odpowiednią płynność mieszanki uzyskuje się stosując efektywne superplastyfikatory na bazie polikarboksylanów i polieterów. W celu zwiększenia stabilności mieszanki zalecane bywa również stosowanie domieszek zwiększających lepkość. Należy jednak zwrócić uwagę, że domieszki te nie zawsze działają w oczekiwany sposób i mogą zmniejszać wytrzymałość betonu [18]. Jak wykazano w [23], koszt pomimo stosowania drogich domieszek chemicznych nie jest, wbrew często prezentowanemu przekonaniu, większy do kosztu betonu zagęszczanego tradycyjnie o tej samej klasie. 3. Właściwości Ogólnie właściwości i zagęszczanego wibracyjnie nie różnią się od siebie istotnie [5, 11, 15, 17]. Jak jednak pokazano wcześniej, skład betonów samozagęszczalnych różni Rys. 6. Specyfika składu się od składu betonów zagęszczanych wibracyjnie o tej samej klasie, a konsekwencją tego mogą być pewne różnice w ich właściwościach. Przyczepność stali zbrojeniowej do betonu jest zwykle wyraźnie lepsza w betonie samozagęszczalnym. Przy tej samej wytrzymałości, pełzanie i skurcz ze względu na zwiększoną ilość zaczynu mogą być większe niż betonu zagęszczanego wibracyjnie. Beton samozagęszczalny ze względu na większą szczelność będącą konsekwencją stosowania dodatków mineralnych i niskiego w/c zwykle charakteryzuje się lepszą odpornością na działanie środowiska niż beton o tej samej wytrzymałości zagęszczany wibracyjnie. Charakterystyczne jest, że w przypadku betonów klas niższych niż C30/37, konieczność zapewnienia odpowiednich cech mieszanki powoduje, iż uzyskany beton samozagęszczalny ma po 28 dniach wytrzymałość o 40 80% większą niż zakładana. 4. Technologia Zagadnienia specyfiki technologii opisano głównie na podstawie dostępnych danych literaturowych zawartych m.in. [5, 6, 17, 18, 19, 20, 24] oraz własnych spostrzeżeń z projektowania i wykonywania betonów samozagęszczalnych. 4.1. Produkcja mieszanki Ogólnie zasady i sposób składowania składników mieszanki samozagęszczalnej są takie same jak w przypadku betonów tradycyjnych. Ponieważ jednak właściwości reologiczne mieszanki samozagęszczalnej są wrażliwe na nawet niewielkie zmiany właściwości składników, każdą nową dostarczoną ich partię należy składować osobno. Przed wprowadzeniem do produkcji należy skontrolować jej podstawowe cechy i wpływ na właściwości reologiczne mieszanki i w razie potrzeby odpowiednio skorygować skład mieszanki. Najistotniejszymi, ze względu na właściwości mieszanki samozagęszczalnej, są: zmiany uziarnienia i wilgotności kruszywa, zwłaszcza piasku, zmiany rodzaju, uziarnienia i składu cementu oraz zmiany koncentracji i właściwości superplastyfikatora. Odmierzanie składników musi być wykonane z dużą dokładnością; dotyczy to zwłaszcza domieszek,
w przypadku których nawet niewielka zmiana ilości może prowadzić do istotnych zmian właściwości reologicznych i problemów z wykonaniem SCC. Bezwzględnie konieczne jest stosowanie odpowiednio dokładnych dozowników wagowych. Należy przy tym kontrolować wilgotność kruszywa i odpowiednio do jej zmian korygować ilość dodawanej wody. Mieszanie należy wykonywać w mieszalnikach o działaniu wymuszonym. W wyjątkowych przypadkach możliwe jest także stosowanie mieszalników grawitacyjnych. Należy jednak zwrócić uwagę, że w takim przypadku uzyskanie odpowiedniej jednorodności i konsystencji mieszanki wymaga wyraźnie większego dodatku superplastyfikatora i wydłużonego czasu mieszania. Procedura mieszania czas i kolejność dodawania składników powinna być dla danej mieszanki i mieszalnika optymalizowana doświadczalnie indywidualnie w danych warunkach technologicznych, a następnie bardzo ściśle przestrzegana w trakcie produkcji. Nawet niewielkie jej zmiany mogą się przyczyniać do znaczących zmian właściwości reologicznych mieszanki. Dotyczy to zwłaszcza kolejności i czasu dodawania superplastyfikatora oraz innych domieszek chemicznych. Zwykle najpierw dozowane i wstępnie mieszane są suche składniki mieszanki cement, dodatki mineralne i kruszywo. Następnie dodawana jest główna część wody zarobowej (60 90%) wraz z superplastyfikatorem. Po uzyskaniu jednorodnej Rys. 7. Ciśnienie na ściany deskowania w zależności od szybkości betonowania. Próbka (1) mieszanka zagęszczana wibracyjnie, próbki (2) i (3) mieszanka samozagęszczalna [14] mieszanki dodawana jest pozostała część wody wraz z ewentualnymi domieszkami. Nie należy dodawać domieszek do suchych składników mieszanki, ani mieszać ze sobą różnych domieszek chemicznych przed ich wprowadzeniem do mieszanki. Mieszanka samozagęszczalna wymaga zwykle dłuższego czasu mieszania od tradycyjnej. Domieszki należy dodawać z wodą zarobową lub z pewnym opóźnieniem, zgodnie z zaleceniami producenta. Należy podkreślić, że właściwości mieszanki samozagęszczalnej zależą nie tylko od procedury mieszania, ale również od intensywności mieszania oraz objętości zarobu. Dlatego ważnym jest, aby przy projektowaniu mieszanki stosować mieszalnik jak najbardziej zbliżony do mieszalnika, który będzie stosowany przy produkcji mieszanki oraz bardzo dokładnie odmierzać składniki próbnego zarobu. Pożądane jest przy tym wykonanie pełnoskalowych prób technicznych przed rozpoczęciem produkcji w celu wypracowania optymalnej procedury mieszania i potwierdzenia, że projektowany beton spełnia wszystkie wymagania ze względu na właściwości reologiczne mieszanki i właściwości techniczne betonu. Konieczność ścisłego przestrzegania reżimu technologicznego sprawia, że mieszanki samozagęszczalne mogą być produkowane w zasadzie tylko w węzłach wyposażonych w odpowiednio dokładne dozowniki, aparaturę do kontroli wilgotności kruszywa oraz dozowniki do domieszek. 4.2. Deskowania W przypadku deskowań poziomych stosowanie nie wpływa zasadniczo na ich konstrukcję. Należy jednak zaznaczyć, że konieczne jest stosowanie deskowań o szczelnych stykach, a wykonywanie elementów o nachyleniu większym niż 5% może wymuszać stosowanie zamkniętych form. W przypadku deskowań pionowych, konieczne jest uwzględnienie parcia bocznego mieszanki betonowej. Zależy ono od właściwości reologicznych i ciężaru właściwego mieszanki, wysokości betonowanego elementu, metody i prędkości układania mieszanki, nachylenia i sztywności deskowania, gładkości powierzchni deskowania, a w przypadku betonów zagęszczanych wibracyjnie również od głębokości wibracji [21]. Typowe stosowane w budownictwie deskowania pionowe projektowane są na parcie boczne mieszanki betonowej wynoszące 40 80 kn/m 2, co jest wystarczające ze względu na wymogi prędkości układania i zagęszczania tradycyjnych mieszanek. Mieszanka samozagęszczalna charakteryzuje się jednak bardzo wysoką płynnością, a w takim przypadku parcie boczne na deskowania może odpowiadać pełnemu parciu hydrostatycznemu i osiągać wartości nawet ponad 150 kn/m 2. W związku z tym panuje zgodny pogląd, że w przypadku stosowania mieszanki samozagęszczalnej deskowania należy projektować przy założeniu pełnego parcia hydrostatycznego. Wymusza to, zwłaszcza przy wyższych elementach, konieczność stosowania wzmocnionych deskowań, a także zwiększenia liczby podpór i ściągów (stosowania mniejszych elementów deskowań systemowych). Może to również ograniczać wysokość jednorazowo wykonywanych elementów konstrukcji. Jeśli betonowanie prowadzone jest przez pompowanie mieszanki od dołu, 33
34 deskowania wymagają dodatkowego wzmocnienia ze względu na lokalny wzrost parcia ponad parcie hydrostatyczne. W takim przypadku również odległość po - między miejscami umieszczenie zaworów warunkowana jest wytrzymałością deskowań. Trzeba przy tym zwrócić uwagę, że wznawianie procesu betonowania pompowego również powodować może znaczący wzrost parcia na deskowanie. Znaczący wpływ na parcie mieszanki ma prędkość jej układania. Pewne zmniejszenie parcia poniżej pełnego parcia hydrostatycznego (60 70% pełnego parcia hydrostatycznego) można uzyskać wtedy, gdy prędkość układania mieszanki samozagęszczalnej nie przekracza 2 m/h [22]. Jest to typowa prędkość układania tradycyjnych mieszanek betonowych. Należy jednak zwrócić uwagę, że nawet jeśli prędkość układania mieszanki jest poniżej 2 m/h, to parcie mieszanki samozagęszczalnej nadal pozostaje wyraźnie większe niż mieszanki układanej i zagęszczanej w tradycyjny sposób (rys. 7). Doświadczenia z praktycznego wykonywania betonów samozagęszczalnych pokazują, że utrata urabialności (wzrost granicy płynięcia) oraz występowanie efektu żelowania mieszanki obniżają parcie mieszanki na deskowania (jeśli mieszanka układana jest od góry) nawet do 30% parcia hydrostatycznego. Należy przy tym zaznaczyć, że uwzględnienie efektu sztywnienia mieszanki na zmniejszenie parcia bocznego przy projektowaniu deskowań jest możliwe tylko wtedy, gdy zostanie on pozytywnie zweryfikowany w badaniach wykonanych w rzeczywistych warunkach techniczno-organizacyjnych. Należy podkreślić, że konieczność wzmacniania deskowań, stosowania deskowań o mniejszych elementach oraz uszczelnianie deskowań znacząco wpływa na pracochłonność ich wykonania (jest ona do 10% większa), a w konsekwencji na koszt wykonania konstrukcji z. Zagadnienia ekonomiczne stosowania przedstawiono szerzej w [23]. 4.3. Układanie, zagęszczanie oraz pielęgnacja mieszanki Mieszanka samozagęszczalna w momencie jej układania w deskowaniach musi charakteryzować się założonymi w projekcie właściwościami reologicznymi i spełniać wymagania rozpływu, stabilności i samoodpowietrzenia. Mieszanka samozagęszczalna musi być przewożona za pomocą samochodów z mieszalnikiem. Mieszanie podczas transportu powinno odbywać się w sposób ciągły i na wolnych obrotach mieszalnika, dobranych tak, aby uniemożliwić zesztywnienie mieszanki, jednocześnie unikając segregacji. Transport w mieszalniku samochodowym umożliwia również korygowanie składu mieszanki na budowie. Ze względu na niepewny efekt, utrudnioną kontrolę jakości i ogólnie niską intensywność mieszania w mieszalniku wolnospadowym, zaleca się jednak, aby unikać doraźnego korygowania składu na budowie. Pozostawione w spoczynku mieszanki samozagęszczalne wykazują często efekt zesztywnienia tzw. tiksotropowego żelowania [18, 19, 20]. Mieszanka staje się sztywna i nie wykazuje zdolności do samoczynnego rozpływu. Efekt ten jest jednak zwykle odwracalny. Ponowne przemieszanie powodu - je, że mieszanka odzyskuje wcześniejszy stopień upłynnienia. W związku z efektem żelowania mieszankę samozagęszczalną na - leży poddawać w trakcie transportu stałemu mieszaniu, a w przypadku konieczności czasowego przechowywania mieszanki na placu budowy należy stosować zasobniki mieszające. Mieszankę samozagęszczalną można układać rynną zsypową bezpośrednio z samochodu mieszalnika, za pomocą zasobników (wyposażonych w rury zasypowe) lub za pomocą pompy. Odległość pomiędzy miejscami podawania mieszanki zależy głównie od rodzaju betonowanego elementu, właściwości reologicznych mieszanki, gęstości zbrojenia, kształtu, rodzaju powierzchni i wytrzymałości deskowania, jednak nie powinna być większa niż 10 m. Szybkie układanie mieszanki w elementach pionowych może nie pozwalać na odpowiednie odpowietrzenie mieszanki, zwiększając nie tylko porowatość betonu, ale także obniżając jakość wykonania powierzchni betonu. Mieszankę samozagęszczalną na - leży układać bez przerw, a miejsca jej podawania powinny być rozmieszczone tak, aby front układanej mieszanki był cały czas w ruchu. Mieszanka powinna uformować postępujący front o małym nachyleniu, otulać pręty zbrojenia bez formowania kieszeni powietrznych, a kruszywo grube powinno pozostawać blisko górnej powierzchni. Należy unikać swobodnego układania mieszanki. Mieszanka samozagęszczalna jest wprawdzie zwykle bardziej odporna na segregację niż mieszanka tradycyjna, jednak w trakcie swobodnego układania dostaje się do niej dużo powietrza. Jeśli mieszanka samozagęszczalna układana jest za pomocą zasobników, należy zwrócić uwagę, aby zasobnik nie był poddany nadmiernym drganiom, ani tym bardziej wibracji. Ponieważ wspomniany efekt sztywnienia mieszanki samozagęszczalnej pozostawionej w spoczynku może utrudnić opróżnienie zasobnika, musi być napełniany bezpośrednio przed układaniem mieszanki w deskowaniach i opróżniony najszybciej jak to możliwe. Zalecane jest opróżnianie zasobnika poprzez sztywny lej zasypowy. Jeśli mieszanka samozagęszczalna układana jest za pomocą pompy, to należy układać ją w sposób ciągły, z prędkością dostosowaną do wytrzymałości deskowań i prędkości odpowietrzenia mieszanki. Ze względu na parcie na deskowania, zaleca się prędkość ukła-
dania mieszanki nie większą niż 2 m/h (a więc podobnie jak w przypadku mieszanek zagęszczanych tradycyjnie). Ponadto, aby uniknąć wprowadzenia do mieszanki powietrza, końcówka rozdzielacza powinna być cały czas zanurzona około 10 cm poniżej poziomu układanej mieszanki betonowej, także wtedy, gdy zmieniane jest miejsce podawania mieszanki. W przypadku betonowania elementów pionowych mieszanka samozagęszczalna może być także podawana poprzez specjalny zawór umieszczony w dolnej części wzmocnionego, ze względu na zwiększone parcie deskowania. Podawanie od dołu zmniejsza niebezpieczeństwo segregacji oraz sprzyja lepszemu wykończeniu powierzchni betonu, gdyż do mieszanki w trakcie układania od dołu dostaje się mniej powietrza, gdy jest ona układana w tradycyjny sposób (jednak zwiększone parcie na deskowania wymusza ich wzmocnienie). Ze względu na sztywnienie mieszanki samozagęszczalnej w rurociągu, ponowne rozpoczęcie pompowania po przerwie może być utrudnione i wymagać znacząco zwiększenia ciśnienia w rurociągu (co sprzyja segregacji wewnętrznej mieszanki). Ponadto, przerwy w betonowaniu mogą powodować powstawanie słabych połączeń na styku układanych kolejno warstw mieszanki osłabiających wytrzymałość, trwałość i wygląd konstrukcji. W przypadku wystąpienia krótkich przerw w betonowaniu, po jego wznowieniu pierwsze partie mieszanki należy układać tak, aby powierzchniowo upłynnić wcześniej ułożoną mieszankę ułatwiając tym samym jej dobre połączenie się z nowo układaną. Można to osiągnąć np. poprzez zwiększenie ciśnienia mieszanki w rurociągu lub poprzez zwiększenie wysokości, z której jest układana mieszanka. Należy zwrócić uwagę, że często podkreślane przyspieszenie betonowania dzięki stosowaniu betonu samozagęszczalnego jest wyraźne Metody projektowania i wykonania są w dużym stopniu analogiczne jak betonu zwykłego. Równocześnie jednak stosowanie wymusza wprowadzenie szeregu specyficznych procedur, których nieuwzględnienie zwykle prowadzi do znaczącego obniżenia jego jakości. Jakość jest silnie zależna od nawet bardzo niewielkich zmian właściwości składników lub składu oraz powtarzalności procedur technologicznych. W związku z tym bardzo ważne jest, aby każdy etap procesu jego wykonania prowadzony był pod wzmożonym nadzorem technologicznym, zwłaszcza wtedy, gdy wykonawca nie ma odpowiedniego doświadczenia lub wdrażany jest nowy rodzaj mieszanki. Najlepiej, jeśli zarówno procesy produkcji, jak i wykonania prowadzone są przez przedsiębiorstwa, w których wdrożono odpowiednie systemy zarządzania jakością. Należy również przeprowadzić teoretyczne i praktyczne szkolenie wszystkich pracowników zaangażowanych w procesy produkcji i wykonania w zakresie ich specyfiki oraz konsekwencji niewłaściwego ich wykonania. Szczególne znaczenie mają: wpływ wibracji na stabilność mieszanki, prędkość układania miegłównie w przypadku betonowania elementów poziomych. W przypadku betonowania elementów pionowych, ze względu na parcie mieszanki na deskowania, prędkość betonowania nie odbiega lub nawet jest mniejsza niż w przypadku mieszanek zagęszczanych tradycyjnie. Istotą betonu samozagęszczal - nego jest wyeliminowanie konieczności stosowania zagęszczania wibracyjnego. Co więcej, specyficzne właściwości reologiczne mieszanki samozagęszczalnej umo - żliwiające jej samozagęszczenie wykluczają jednocześnie stosowanie zagęszczania wibracyjnego. Poddanie mieszanki nawet słabej wibracji spowoduje bowiem zakłócenie jej stabilności wewnętrznej i doprowadzi do wystąpienia bardzo silnej segregacji. Z tego powodu jakiekolwiek urządzenia wibracyjne nie powinny być używane przy układaniu betonu SCC, jak również w pobliżu miejsca betonowania. Niemożność uzyskania odpowiedniego stopnia zagęszczenia betonu SCC wymaga natychmiastowego przerwania robót, sprawdzenia zgodności właściwości mieszanki SCC i procedur jej produkcji, transportu i układania ze specyfikacją, a następnie jeśli to konieczne odpowiedniej korekty jej składu lub procedur. W wyjątkowych przypadkach możliwe jest zastosowanie pod ścisłą kontrolą bardzo słabej wibracji. Dotyczy to betonowania konstrukcji o skomplikowanych kształtach oraz wykończenia powierzchni płyt. W tym ostatnim przypadku należy odczekać aż mieszanka zesztywnieje. Awaryjnie kontrolowaną lekką wibrację można stosować w przypadku, gdy w wyniku przedłużającej się przerwy w betonowaniu, na powierzchni wcześniej ułożonej mieszanki utworzy się sztywna skorupa uniemożliwiająca prawidłowe połączenie z następnie układaną warstwą mieszanki. Jeśli mieszanka SCC nie jest samopoziomująca, powinna być wyrównana za pomocą typowych narzędzi ręcznych, bezpośrednio po zakończeniu układania, zanim wystąpi powierzchniowe zesztywnienie mieszanki. Słaba wibracja przy wykończeniu powierzchni górnej elementów możliwa jest tylko wtedy, gdy mieszanka zesztywnieje i pod ścisłą kontrolą. Pielęgnacja jest analogiczna jak betonów tradycyjnych. Ze względu na niskie w/c, brak wycieku wody oraz dużą ilość zaczynu, pielęgnację należy zaczynać bezpośrednio po ułożeniu mieszanki. 5. Podsumowanie 35
szanki, wpływ przerw w betonowaniu na jakość konstrukcji, sposobów wykończenia powierzchni i pielęgnacji oraz sposobu pobierania próbek do badań. BIBLIOGRAFIA [1] de Larrard F., Concrete mixture proportioning. A scientific approach, F&FN SPON, London, New York, 1999 [2] Urban M., Reologiczne podstawy uzyskiwania betonów samozagęszczalnych o wysokiej wytrzymałości. Cement Wapno Beton 5/2008 [3] Szwabowski J., Reologia a urabialność. Cement Wapno Beton 1/2004 [4] Szwabowski J., Reologia mieszanek na spoiwach cementowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999 [5] The European Guidelines for Self- Compacting Concrete. Specification, Production and Use. SCC European Project Group, 2005 [6] Casting of self compacting concrete. Rilem Report 35. Ed. by A. Skarendahl & P. Billberg, RILEM Publication S.A.R.L., 2006 [7] Gibbs J., Beton samozagęszczalny od badań do normy europejskiej. Zakłady Betonowe International 4/2008 [8] 2009 Urban 09/4/3 M., Konsystencja 11:28 mieszanki Strona samozagęszczalnej a jej parametry 1 reologiczne. IV Sympozjum Naukowo-Techniczne Reologia w Technologii Betonu, Gliwice, 2002 [9] Giergiczny Z., Małolepszy J., Szwabowski J., Śliwiński J., Cementy z dodatkami mineralnymi w technologii betonów nowej generacji, Wydawnictwo Instytut Śląski sp. z o.o. w Opolu, Opole 2002 [10] Urban M., Metody projektowania betonów samozagęszczalnych. III Sympozjum Naukowo-Techniczne Reologia w Technologii Betonu, Gliwice, 2001 [11] Grzeszczyk S., Beton samozagęszczalny projektowanie, właściwości, kierunki rozwoju. Inżynieria i Budownictwo 9/2002 [12] Czopowski E., Wskaźnik reologiczny zaczynu w projektowaniu samozagęszczalności betonu. VII Sympozjum Naukowo- -Techniczne Reologia w Technologii Betonu, Gliwice, 2005 [13] Jasiczak J., Wadowska A., Rudnicki T., Betony ultrawysokowartościowe. Właściwości, Technologie, Zastosowania. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków, 2008 [14] Gołaszewski J., Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych w układzie zmiennych czynników technologicznych, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Gliwice 2006 [15] Kaszyńska M., Tendencje rozwojowe betonów samozagęszczalnych wymagania I badania. IX Sympozjum Naukowo- Techniczne Reologia w Technologii Betonu, Gliwice, 2007 [16] Gołaszewski J., Influence of viscosity en - han cing agent on properties of mortars with different cements and superplasticizers. The 9th International Conference Modern Building Ma - terials, Structures and Techniques. Selected Papers, Vol. I, Ed. by M.J. Skibniewski, P. Vainiunas and K. Zavadskas, Vilnius, Lithuania, 2007 [17] Śliwiński J., Czołgosz R., Spostrzeżenia z praktycznego projektowania składu betonów samozagęszczalnych, Sympozjum Naukowo- -Techniczne Reologia w technologii betonu, Gliwice, czerwiec 2002 [18] 3rd International Symposium on Self -Compacting Concrete, Ed. by O. Wallevik and I. Nielsson, Reykjavik, Iceland, 2003 [19] 1st International Symposium on Design, Performance and Use of Self-Consolidating SCC 2005-China, 26 28 May 2005 [20] 3rd North American Conference on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete, Chicago, November 2008 [21] Martinek W., Dekowania. XVII Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń, 2002 [22] Billberg P., Form pressure generated by self-compacting concrete. 3rd International Symposium on Self -Compacting Concrete, Ed. by O. Wallevik and I. Nielsson, Reykjavik, Iceland, 2003 [23] Gołaszewski J., Stolarczyk D., Ekonomiczne aspekty stosowania betonów SCC. Przegląd Budowlany 2/2009 [24] Jawański W., Beton samozagęszczalny. Konferencja Dni Betonu, 2002 36