REOLOGIA W TECHNOLOGII BETONU

II SYMPOZJUM NAUKOWO-TECHNICZNE GRUPA GÓRAŻDŻE Katedra Procesów Budowlanych Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach Sekcja Materiałów Budowlanych Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN REOLOGIA W TECHNOLOGII BETONU Gliwice 2

KOMITET NAUKOWY Przewodniczący: Członkowie: prof. dr hab. inż. JANUSZ SZWABOWSKI Politechnika Śląska inż. ANDRZEJ BALCEREK Grupa Górażdże prof. dr hab. inż. LECH CZARNECKI Politechnika Warszawska mgr inż. FELICJAN SUCHANEK Grupa Górażdże mgr inż. FELICJAN SOBCZYK Grupa Górażdże dr inż. JACEK GOŁASZEWSKI Politechnika Śląska dr inż. ZBIGNIEW GIERGICZNY Grupa Górażdże Sekretariat sympozjum: Katedra Procesów Budowlanych Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej ul. Akademicka 5, 44-1 Gliwice tel. (-32) 237-22-94 fax: (-32) 237-27-37 e-mail: konf@kaproc.bud.polsl.gliwice.pl Dział Doradztwa Technologicznego i Promocji GÓRAŻDŻE Trade Sp. z o.o. w Choruli 45-76 Opole, skr. poczt. 22 tel. (-77) 453-2-91 w. 8815, 8816, 8828, 8829, 881 (sekretariat) fax: (-77) 454-29-6 Skład komputerowy: mgr inż. TOMASZ PONIKIEWSKI ANDRZEJ WARDĘGA 2

SPIS TREŚCI I sesja REOLOGIA W TECHNOLOGII BETONU Przewodniczący sesji - prof. dr hab. inż. Janusz Szwabowski 1. Doświadczenia w stosowaniu cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA Cementowni Strzelce Opolskie w budownictwie - str. 5 - dr inż. Zbigniew Giergiczny, GÓRAŻDŻE Trade Sp. z o.o. 2. Nowe upłynniacze nowe możliwości w technologii betonu - str. 17 - dr inż. Krzysztof Pogan, ADDIMENT Polska Sp. z o.o. 3. Cementy w ofercie Grupy Górażdże - rodzaje, właściwości i potencjalne możliwości zastosowania w budownictwie - str. 23 - mgr inż. Tomasz Pużak, mgr inż. Marcin Sokołowski, Grupa Górażdże II sesja Przewodniczący sesji - dr inż. Zbigniew Giergiczny 1. Przydatność norm europejskich do oceny efektywności domieszek uplastyczniających i upłynniających - - str.35 - prof. dr hab. inż. Janusz Szwabowski, Politechnika Śląska 2. Wpływ wybranych domieszek upłynniających na właściwości reologiczne zapraw - - str. 43 - dr inż. Jacek Gołaszewski, Politechnika Śląska 3. Reologiczne zachowanie się mieszanek betonowych z włóknami węglowymi - str.57 - mgr inż. Dominik Logoń, Politechnika Wrocławska 4. Zagadnienia nieliniowości w plastycznie lepkim modelu reologicznym mieszanki betonowej - str. 67 - mgr inż. Maciej Urban, Politechnika Krakowska 3

4

II SYMPOZJUM NAUKOWO-TECHNICZNE REOLOGIA W TECHNOLOGII BETONU Gliwice 2 Zbigniew Giergiczny 1 DOŚWIADCZENIA W STOSOWANIU CEMENTU HUTNICZEGO CEM III/A 32,5NA W BUDOWNICTWIE 1. Wprowadzenie Z dostępnych na rynku cementów ważną grupę stanowią cementy hutnicze, które spełniają wymagania zawarte w normie PN-B-1971 Cement. Cement powszechnego użytku. Grupa Górażdże posiada w swojej ofercie cement hutniczy CEM III/A 32,5 NW/NA produkowany przez Cementownię Strzelce Opolskie S.A. Cement ten posiada szereg właściwości, których nie posiadają cementy portlandzkie. Zalety tego spoiwa wynikają z jego składu i właściwości. Należą do nich: wydłużony czas wiązania, niskie ciepło hydratacji, mniejszy skurcz, wysoka odporność na działanie czynników korozyjnych, bardzo dobra urabialność, wysokie wytrzymałości w późniejszych okresach twardnienia [1], [2]. Prawidłowe projektowanie i wykonanie betonów z cementu hutniczego pozwala na uzyskanie betonu o pożądanych cechach użytkowych, tj. betonu o pożądanym poziomie wytrzymałości (klasie), wysokiej wodoszczelności i odpornego na niskie temperatury (beton mrozoodporny). W niniejszym wystąpieniu zostaną przedstawionego przykłady praktycznego zastosowania w budownictwie cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA z Cementowni Strzelce Opolskie S.A. 2. Skład cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA Jednym z głównych składników cementu hutniczego jest granulowany żużel wielkopiecowy. Jest on zaliczany do dodatków hydraulicznych tzn. takich które posiadają utajone właściwości hydrauliczne. Przez odpowiednie pobudzenie (rozdrobnienie i aktywację) wiąże i twardnieje w wodzie analogicznie jak cement portlandzki [2]. Granulowany żużel wielkopiecowy otrzymywany jest przez gwałtowne chłodzenie płynnego żużla wytworzonego w procesie wytapiania rud żelaza w wielkim piecu. Skład chemiczny żużla (jakościowy) zbliżony jest do składu cementu, różni się on jedynie niższą zawartością wapnia, wyższą krzemionki i magnezu (tablica 1). Głównymi składnikami żużla wielkopiecowego są więc tlenki CaO i SiO 2, których sumaryczna zawartość w żużlu wynosi 85-95%. Największy wpływ na właściwości żużla ma zawartość tlenku wapniowego CaO, bardzo korzystnie na jakość żużla wpływa także zawartość 1 dr inż. Górażdże Trade Sp. z o.o. w Choruli, zbigniew.giergiczny@gorazdze.pl 5

glinu. Dobrej jakości żużle hutnicze stosowane jako dodatki mineralne do cementu mają 15-17 % Al 2O 3. Powszechnie uznawany jest pogląd, że dobrej jakości żużel powinien stanowić głównie fazę szklistą. Jej zawartość w żużlach wielkopiecowych granulowanych wodą wynosi zwykle 85-95 %. Dobrą aktywność hydrauliczną mają żużle szkliste o składzie chemicznym: 49-51 % CaO, 31-33 % SiO 2, 16-19 % Al 2O 3 [1], [2], [3]. Norma PN-B-1971 określa następujące wymagania w stosunku do granulowanych żużli wielkopiecowych [4]: - zawartość fazy szklistej min. 67 % - zawartość CaO + MgO+SiO 2 min. 67 % - stosunek (CaO+MgO)/SiO 2 min. 1 Cementownia Strzelce Opolskie w produkcji cementu portlandzkiego żużlowego i cementu hutniczego stosuje żużel pochodzący z Huty Katowice o zawartości fazy szklistej pow. 95%. Tablica 1. Przykładowy skład chemiczny klinkieru cementowego i żużla wielkopiecowego 2Zawartość [% wag.] 1Składnik Klinkier Żużel SiO 2 23,5 4, Fe 2O 3 2,9 1,7 Al 2O 3 4,2 7,6 CaO 67,6 41, MgO,5 7, Polska norma cementowa PN-B-1971 Cement. Cement powszechnego użytku. pozwala na produkcję cementów hutniczych o składzie pokazanym w tablicy 2. Tablica 2. Skład cementu hutniczego wg PN-B-1971 Cement. Cement powszechnego użytku. Oznaczenie cementu wg PN-B-1971 Zawartość głównych składników [% wag.] Granulowany żużel wielkopiecowy Klinkier CEM III/A 36 65 35 64 CEM III/B 66 8 2 34 Cement hutniczy niskoalkaliczny jest dodatkowo oznakowany symbolem NA. Dotyczy to cementu hutniczego CEM III/A zawierającego co najmniej 5% granulowanego żużla wielkopiecowego; wówczas równoważna zawartość alkaliów w przeliczeniu na Na 2O eq wynosić może do 1,1%. W przypadku cementu hutniczego CEM III/B graniczny próg zawartości alkaliów wynosi 2,%. W Niemczech cement hutniczy o niskim cieple hydratacji ( 27, kj/kg po 7 dniach twardnienia) oznaczany jest jako NW (wg DIN 1164). Jest to cecha cementu określająca jego przeznaczenie do wykonywania dużych masywów betonowych (hydrotechnika, energetyka, itp.) Tablica 3. Wymagania i właściwości cementu hutniczego z Cementowni Strzelce Opolskie Wymagania WŁAŚCIWOŚĆ Wg PN-B-1971 Wyniki badań cementu hutniczego CEM IIIA 32,5 NW/NA Wytrzymałość 2 dni ---- 8.6 na ściskanie 7 dni min. 16 24.7 [N/mm 2 ] 28 dni min. 32.5 max. 52.5 49.3 Początek wiązania [minuty] min. 6 187 Koniec wiązania [godz. min.] max. 12 godz. 4 godz. 39 min. Siarczany jako SO 3 [% wag.] max. 4. 3.1 Strata po wyżarzaniu [%wag.] max. 5. 1.2 Pozostałość nierozpuszczalna [% wag.] max. 5..5 Chlorki [%wag.] max..1.46 Alkalia (jako Na 2 ekw.) [%wag] max. 1.1.74 Ciepło hydratacji [J/g] max. 27. *1) 233. *1) - wymaganie dotyczy normy niemieckiej DIN 1164 (dodatkowe oznaczenie cementu NW) 6

3. Właściwości cementu hutniczego CEM III/A 32,5 NA produkowanego przez Cementownię Strzelce Opolskie S.A. W tablicy 3 przedstawiono właściwości cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA w porównaniu z wymaganiami normy PN-B-1971. Cement hutniczy z Cementowni Strzelce Opolskie zawiera w swoim składzie ok. 55-6% granulowanego żużla wielkopiecowego. Do jego cech charakterystycznych należy: niska wytrzymałość początkowa, niskie ciepło hydratacji (NW), wysokie wytrzymałości w okresie normowym oraz niski poziom zawartości tlenków alkalicznych (NA). 4. Właściwości betonu wykonanego z cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA Ciepło hydratacji i dynamika narastania wytrzymałości Proces wiązania i twardnienia zaczynu cementowego polegający na reakcjach składników z wodą jest procesem egzotermicznym, a wydzielone ciepło podnosi temperaturę formowanego elementu betonowego. Bezpośrednim następstwem egzotermicznego procesu wiązania i twardnienia spoiwa cementowego jest gwałtowny wzrost temperatury w dużej masie betonu.. Sytuacja taka może mieć miejsce w budowanych obiektach hydrotechnicznych, oczyszczalniach ścieków, itp. W obiektach tych zjawisko samonagrzewu jest niekorzystne zarówno w przypadku konstrukcji cienkościennych o dużych wymiarach, gdzie naprężenia termiczne powodują deformacje, jak i dla elementów o dużej objętości, w których występują problemy z odprowadzeniem nadmiaru ciepła [2], [3], [5]. Jeśli powstające naprężenia termiczne przekroczą wartość graniczną wytrzymałości betonu w elemencie rozpocznie się proces powstawania mikrospękań, następstwem czego jest zazwyczaj obniżona trwałość betonu (niska mrozoodporność i odporność na czynniki agresywne) [3]. Cementy z dodatkami granulowanego żużla hutniczego, zwłaszcza cementy hutnicze z wysoką jego zawartością, mają zdecydowanie niższe ciepło twardnienia w stosunku do odpowiadających im cementom portlandzkim tej samej klasy, co przedstawiono w tablicy 4 [3]. Tablica 4. Ciepło twardnienie cementu Rodzaj cementu Ciepło twardnienia po 72 godz. [kj/kg] CEM I 32,5R 332 CEM II/B-S 32,5R (3% żużla) 281 CEM III/A 32,5NA (6% żużla) 213 Niskie ciepło hydratacji wpływa na wolniejszą dynamikę narastania wytrzymałości (rys. 1) [6]. Odporność na agresję chemiczną Przepływ cieczy przez beton powoduje postępujący proces przemian, obejmujących w pierwszym rzędzie najłatwiej ulegające reakcji składniki zaczynu: wodorotlenek wapniowy i gliniany wapniowe. Wynika stąd poważny wpływ składu mineralnego cementu na zachowanie się zaczynu w środowisku agresywnym [2], [3], [7], [8]. Wśród różnorodnych agresji środowisk na beton można wskazać dwa główne typy mechanizmów prowadzących do niszczenia betonów. Są to: 7

ługowanie (rozpuszczanie, wypłukiwanie) rozpuszczalnych w wodzie produktów agresji utworzonych w pierwszej kolejności na powierzchni, a następnie w przekroju wraz z postępem agresji, ekspansja (pęcznienie ) betonu. Wytrzymałość, MPa 7 6 5 4 3 2 1 CEM I 32,5R CEM II/B-S 32,5R CEM III/A 32,5NA 2 7 28 56 9 18 Czas, dni Rys.1. Przyrost wytrzymałości cementów CEM I 32,5R, CEM II/B-S 32,5R i CEM III/A 32,5NA Ługowanie może być spowodowane przez wody kwaśne, wody miękkie lub roztwory soli wywołujące reakcję wymiany, co w efekcie powoduje rozluźnienie oraz zmiękczenie struktury betonu. Ługowanie może obejmować jony wapniowe z hydratów zaczynów lub całe hydraty co jest bardzo niekorzystne dla stwardniałego kamienia betonowego. Do ekspansji betonu dochodzi gdy pod wpływem agresywnego środowiska w porach betonu tworzą się krystalizujące produkty, a wzrost kryształów powoduje pęcznienie zaczynu lub kruszywa[2], [7]. Powstające produkty mają większą objętość niż wyjściowe składniki betonu, z którymi reagują siarczany ze ścieków. W konsekwencji dochodzi do utraty wytrzymałości betonu i jego rozpadu. Zwiększenie odporności na działanie czynników agresywnych w przypadku cementu hutniczego ma charakter kompleksowy. Z jednej strony zmniejszeniu ulega zawartość faz klinkierowych podatnych na korozję tj. glinianu trójwapniowego składzie cementu (tablica 5) i Ca(OH) 2 w zaczynie, z drugiej strony zmienia się także mikrostruktura stwardniałego zaczynu cementowego [3]. Tablica 5. Skład fazowy cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA Składnik Zawartość, % Granulowany żużel wielkopiecowy 6, Gips CaSO 4* 2H 2O 5, C 3S 19,27 C 2S 6,23 C 3A 4,55 C 4AF 3, Duża odporność korozyjna betonów wykonanych z cementów hutniczych wynika przede wszystkim z ich małej przepuszczalności (wysokiej szczelności), co ściśle powiązane jest ze 8

zmniejszeniem ilości porów kapilarnych. Zastosowanie bowiem aktywnego składnika mineralnego w postaci granulowanego żużla wielkopiecowego zmienia rodzaj powstających produktów hydratacji cementu oraz teksturę betonu [2], [3], [7], [8]. Na rysunku 2 pokazano 7 zawartość porów, % 6 5 4 3 2 1 cement portlandzki cement hutniczy 1 8 1 2 4 6 8 1 12 14 średnica porów, % porowatość zaczynu z cementu hutniczego oraz cementu portlandzkiego Rys. 2. Porowatość zaczynu wykonanego z cementu portlandzkiego i cementu hutniczego Natomiast rysunek 3 przedstawia wyniki badania odporności na korozję siarczanową cementów z różną zawartością granulowanego żużla wielkopiecowego [13]. Wyraźnie widoczny jest wpływ dodatku żużla na zwiększenie odporności siarczanowej cementu. 2,5 wydłużenie [%] 2 1,5 1 CEM I 32,5R CEM II/B-S 32,5R CEM III/A 32,5NA,5 4 8 12 16 2 24 28 32 36 4 44 48 52 czas przechowywania [tygodnie] Rys. 3. Wydłużenie próbek zapraw dojrzewających w roztworze Na 2SO 4 9

Mrozoodporność Zbiorniki, zwłaszcza w oczyszczalniach ścieków, pracują w zmiennych warunkach wilgotnościowych. Szczególnie niekorzystne warunki występują w okresie jesienno - zimowym, kiedy to beton jest poddany wielokrotnym cyklom zamrażania i odmrażania. Tak więc niekorzystne warunki eksploatacyjne wymuszają zastosowanie betonu o podwyższonej mrozoodporności. Czynnikami istotnymi stają się: wielkość współczynnika wodno-cementowego, rodzaj kruszywa, a także zastosowany rodzaj cementu [3], [9], [1]. Jeśli weźmie się pod uwagę korzyści jakie daje zastosowanie cementu hutniczego - jego użycie w obiektach oczyszczalni ścieków jest zalecane. Korzystne działanie cementów hutniczych - ze względu na rozkład porowatości w zaczynie - jest bardzo widoczne w przypadku odporności na działanie środków odladzających. Beton wykonany z cementu hutniczego odznacza się dużo większą odpornością na działanie środków odladzających niż w przypadku stosowania cementu portlandzkiego. Napowietrzanie cementów hutniczych jest pożądane i przynosi zadawalające efekty, szczególnie dla cementów z dużą zawartością granulowanego żużla wielkopiecowego [3]. Warunkiem efektywnego stosowania cementów hutniczych jest jednak nieprzekraczalna wartość współczynnika wodno-cementowego max,5 [11]. 5. Przykłady praktycznego zastosowania cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA Cement hutniczy CEM III/A 32,5NA w produkcji betonu towarowego Wymagane właściwości stwardniałego betonu są określone przez projektanta konstrukcji, natomiast właściwości świeżego betonu zależą od rodzaju konstrukcji, techniki układania i zagęszczania oraz warunków transportu. Przystępując do projektowania składu mieszanki betonowej musimy pogodzić te wszystkie czynniki i tak dobrać skład betonu, aby było to działanie optymalne z punktu widzenia ekonomicznego i technicznego. Zaprojektowany beton musi mieć odpowiednią konsystencję, wytrzymałość i trwałość. Dobierając rodzaj cementu kierujemy się zazwyczaj klasą betonu, którą chcemy uzyskać. Do betonów niskich klas wytrzymałościowych (do B25) zazwyczaj stosujemy w praktyce cement klasy wytrzymałościowej 32.5 (32.5R). Następne pytanie jakie sobie stawiamy to jaki rodzaj cementu zastosować: czysty CEM I czy cement portlandzki mieszany CEM II, a może cement hutniczy CEM III/A? Z punktu widzenia zasad projektowania nie ma żadnych przeciwwskazań, aby zastosować cementy z dodatkami mineralnymi tej samej klasy w miejsce cementów portlandzkich CEM I. Należy podkreślić, że dysponując odpowiedni warunkami technicznymi oraz dysponując wiedzą na temat stosowania i mechanizmu działania domieszek chemicznych, możemy w oparciu o cement hutniczy CEM III/A 32,5NA z Cementowni Strzelce Opolskie S.A. wykonywać betony klas wytrzymałościowych B4 i wyższych. Przykłady zostaną pokazane w dalszej części referatu. 1

Zastosowanie cementu hutniczego CEM III/A 32.5 NA w budownictwie hydrotechnicznym Jako przykład podajemy receptury na beton B 3 z przeznaczeniem na budowę zbiornika Kozielno k/paczkowa. W składzie mieszanki betonowej, oprócz, cementu CEM III/A 32,5NA z Cementowni Strzelce Opolskie, zastosowano popiół lotny z węgla kamiennego pochodzący z Elektrowni Opole S.A., piasek i żwir z miejscowej kopalni kruszyw mineralnych. Przygotowano 3 receptury betonu o składzie podanym w tablicy 6. Tablica 6. Skład betonu hydrotechnicznego Składniki mieszanki betonowej Zawartość w kg/m 3 betonu Receptura I Receptura II Receptura III Cement hutniczy CEM III/A 32,5NA 319 319 248 Popiół lotny --- 32 32 Piasek - 2 mm 687 677 67 Żwir 2 8 mm 35 31 298 Żwir 8-16 mm 286 282 279 Żwir 16 31,5 mm 63 62 615 Woda 177 177 16 Plastyfikator BV 3/T [litry] 2, 2, 1,6 Stosunek w/c,55,55,64 Stosunek w/(c + p),55,52,55 Wskaźnik konsystencji wg stożka Opadowego [cm] 8-12 4 7 2 3 Właściwości poszczególnych betonów przedstawiono w tablicy 7. Wodoszczelność oznaczono zgodnie z normą BN-62/6738-5, a mrozoodporność metodą przyspieszoną określoną dla betonów hydrotechnicznych w BN-74/6739-3. Tablica 7. Wyniki badań betonu hydrotechnicznego Rodzaj oznaczenia Wytrzymałość średnia [MPa] po 28 dniach po 9 dniach Średnia głębokość wnikania wody (przy ciśnieniu,8 MPa) po 28 dniach po 9 dniach Stopień mrozoodporności po 28 dniach po 9 dniach Nasiąkliwość [%] po 28 dniach po 9 dniach Numer receptury I II III 31,4 34,9 2, 1,7 F 15 F 2 4,1 3,9 33, 4, 4, 3,2 F 15 F 15 4,1 3.9 3,2 41,3 4, 2,3 F 15 F 15 Inwestycja jest aktualnie realizowana według receptury nr 2. Latem przewiduje się stosowanie receptury nr 3. Prowadzone badania przez nadzór budowy potwierdzają przyjęte założenia projektowe. 4,2 4, 11

Beton w budowie oczyszczalni ścieków Bardzo szerokie informacje na temat zastosowania cementu hutniczego w budowie oczyszczalni ścieków zawarte są w pozycji literaturowej [11] dostępnej w Spółce Polski Cement w Krakowie. W kraju cement hutniczy CEM III/A 32,5NA stosowany był z powodzeniem w budowie oczyszczalni ścieków w Krapkowicach, Opolu, Głogowie, Ostrowie Wlkp., Głubczycach, Bogatyni, Rudnej, Wrocławiu i wielu innych miejscowościach. Były to betony klas B 2 B35 i o stopniu wodoszczelności W6, W8 i W1. Jako przykłady podajemy receptury zamieszczone w tablicy 8 (Uwaga: receptura nie jest gotowym przepisem, należy każdorazowo ją sprawdzić na posiadanych kruszywach z uwzględnieniem sposobu transportu, zabudowy, itp.). Tablica 8. Receptury na beton wodoszczelny w obiektach oczyszczalni ścieków Składnik B 2 B 25 B 35 B 4 betonu [kg/m 3 ] Cement CEM 324 33 35 383 III/A 32,5NA Piasek - 2 74 718 74, 651,7 mm Żwir 2 8 1152** 1172** 1158 217,7 Grysy --- ---- ---- 886,9 granitowe, bazaltowe Popiół lotny ---- 45, Wskaźnik w/c,55,52,46,48 Domieszki chemiczne ADDIMENT FM 6 ADDIMENT FM6; BV3/T ADDIMENT FM6;BV3/T * - beton wodoszczelny W 1; **- tylko żwir 2 31,5 mm ADDIMENT FM6;BV3/T Beton drogowy wykonany z cementu żużlowego CEM III/A 32,5NA z Cementowni Strzelce Opolskie S.A. Dla potwierdzenia uzyskanych wyników badań laboratoryjnych konieczne jest sprawdzenie ich w praktyce. W przypadku badań nad zastosowaniem cementów żużlowych w budownictwie komunikacyjnym takim sprawdzianem była budowa drogi lokalnej Skomlin Zbęk w pow. wieluńskim. Ze względu na lokalny charakter drogi i ruch lekkich pojazdów zdecydowano, że droga zostanie wykonana z betonu o następujących parametrach jakościowych: klasa betonu - B 3; konsystencja - plastyczna, nasiąkliwość - maksymalnie 5%, stopień mrozoodporności - F 15, stopień wodoszczelności W 8. Do przygotowania betonu użyto kruszyw naturalnych dających mieszankę kruszyw o uziarnieniu pokazanym na rys. 4. Szczególną uwagę w zaprojektowanej mieszance zwrócono na zmianę w czasie konsystencji i napowietrzenia. Jest to bardzo ważne przy planowanym przewożeniu mieszanki betonowej na dalsze odległości i potrzebie zabudowywania betonu w dłuższym czasie. Skład zaprojektowanej mieszanki przedstawiono w tabeli 9. Beton został zabudowany na istniejącej drodze o podbudowie z żużla o grubości ok. 1-2cm, zniszczonej intensywnymi opadami i ruchem kołowym. Szerokość istniejącej zniszczonej podbudowy wynosiła od 5, do 5,2 metra, przy szerokości całego pasa drogowego mierzącego 12

13, do 13,8 metra. Przyjęto następujące parametry projektowe do budowy drogi o nawierzchni betonowej: długość - 725 m, szerokość - 4, m; szerokość w obrębie skrzyżowania 5, m grubość betonu - 15cm, beton - B3, spadek poprzeczny jezdni 2%, spadek poboczy 5%, prędkość projektowa 5 km/godz. Przesiew, % 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Krzywe graniczne Krzywa mieszanki,125,25,5 1 2 4 8 16 Wymiar oczka sita #, mm Rys. 4. Krzywa uziarnienia mieszanki kruszywowej Tablica 9. Skład mieszanki betonowej (kruszywo w stanie suchym) Składnik mieszanki Ilość składnika [kg/m 3 ] Cement 365 Piasek 654 Żwir 2 8 mm 583 Grys 8 16 mm 53 Woda 168 Plastyfikator BV3/T 2,6 Superplastyfikator FM 6 1,8 Środek napowietrzający LPS - A 94,9 Produkcja betonu na drogę odbywała się na węźle betoniarskim odległym od miejsca zabudowy betonu o ok. 4 km. Przed położeniem warstwy betonu powierzchnia całej starej drogi została wyrównana, a zniszczone miejsca w podbudowie uzupełniono mieszaniną popiołowo-żużlową i pospółką. Zagęszczanie betonu w miejscu zabudowywania odbywało się przy pomocy listwy wibracyjnej Po zawibrowaniu zewnętrzna powierzchnia betonu była teksturowana przy użyciu szczotek o długim i sztywnym włosiu. Po tych zabiegach beton nakrywany był folią na okres 72 godzin (zachowanie odpowiedniego poziomu wilgoci). Do pielęgnacji betonu wykonanego z użyciem cementów z wysoką zawartością dodatków mineralnych należy przykładać szczególną wagę. 13

Betony, zwłaszcza wykonane na cemencie hutniczym, należy pielęgnować na mokro o 2-3 dni dłużej niż betony na cemencie portlandzkim CEM I. Po okresie pielęgnacji wykonywane były w stwardniałym betonie szczeliny skurczowe pozorne o szerokości 5 mm na grubość 1/3 płyty. Co 25 m wykonywano szczeliny skurczowe pełne o szerokości 15 mm, na pełną grubość płyty wynoszącą 15 cm. Nacięcia wykonywano przy pomocy diamentowej piły tarczowej. Zauważyć należy, że szczeliny wykonywano po stosunkowo długim okresie czasu od zabudowania betonu. Wynikał on z charakteru użytego cementu (wydłużone czasy wiązania i wolna dynamika narastania wytrzymałości wczesnej) oraz panujących warunków atmosferycznych w trakcie realizacji inwestycji; temperatura otoczenia od -2 o C do +6 o C oraz przelotne opady deszczu. W trakcie wykonywania drogi beton zostały pobrane partie betonu do wykonania badań pełnych i sprawdzenia uzyskanych wyników z przyjętymi założeniami projektowymi. Otrzymana klasa wytrzymałościowa betonu była wyższa od zaprojektowanej (B4), bardzo zadawalające były wyniki badań mrozoodporności, nasiąkliwości i wodoszczelności. Po upływie miesiąca od momentu zabudowania ostatniej partii betonu zostały pobrane próbki stwardniałego betonu bezpośrednio z drogi (odwierty) i przekazane do badań w Zakładzie Materiałów Budowlanych AGH. W tablicy 1 zamieszczono wyniki ukończonych oznaczeń. Wykonane badania potwierdziły dobrą jakość betonu drogowego wykonanego z użyciem cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA z Cementowni Strzelce Opolskie S.A Tablica 1. Parametry jakościowe betonu wyciętego z drogi lokalnej Skomlin - Zbęk Właściwość Jednostka Beton wykonany na cemencie CEM II/B-S 32,5R CEM III/A 32,5NA Gęstość pozorna betonu w stanie suchym kg/m 3 223 226 Średnia wytrzymałość na ściskanie MPa 39,2 43, Klasa betonu B 3 B 35 Nasiąkliwość % 4,45 3,35 Ścieralność na tarczy Boehmego mm 2,3 1,9 Uwieńczeniem prowadzonych badań było pozytywne ocenienie przez Instytut Badawczy Dróg i Mostów w Warszawie przydatności do stosowania w inżynierii komunikacyjnej cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA oraz wydanie Aprobaty Technicznej zezwalającej na jego stosowanie w budownictwie komunikacyjnym (Aprobata Techniczna IBDiM Nr AT/99-4-759 Cement hutniczy niskoalkaliczny CEM III/A klasy 32,5NA). Cement hutniczy w prefabrykacji betonowej W produkcji prefabrykatów betonowych oprócz wytrzymałości gwarantowanej wyróżnia się [12]: wytrzymałość umożliwiającą bezpieczne rozformowanie elementu bez uszkodzeń i jego transport na miejsce dojrzewania, wytrzymałość składowania umożliwiającą ustawienie elementów w stosie (powinna ona wynosić około,5 R 28, wytrzymałość montażową umożliwiającą przewóz na miejsce wbudowania i montaż konstrukcji (wynosi ona od 7 do 1% R 28). Niedogodność jaką jest niska wytrzymałość betonu wykonanego na cementach z wysoką zawartością dodatków mineralnych można ograniczyć poprzez stworzenie warunków do dojrzewania betonu (wyższa temperatura) i stosowanie dodatków przyśpieszających twardnienie 14

cementu [13]. W tablicy 11 przedstawiono wyniki badań betonu wysokich klas (B 35 B 55) wykonanego z cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA z Cementowni Strzelce Opolskie S.A., gdzie temperatura dojrzewania wynosiła 18 o C i 32 o C. Z zamieszczonych danych widać, że możliwa jest produkcja dużych elementów prefabrykowanych w normalnym procesie produkcyjnym (rozformowanie po 24 godzinach) z cementu hutniczego, oczywiście niezbędne jest stosowanie podwyższonej temperatury dojrzewania. fakt ten należy zwłaszcza wykorzystać w odpowiednich temperaturach zewnętrznych (wiosna lato). Ilość cementu Tablica 11. Właściwości wytrzymałościowe betonu z użyciem cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA* Wskaźnik Wytrzymałość na ściskanie betonu w MPa, w kg/m 3 betonu w/c po 1 dniu po 28 dniach po 1 dniu temp. +18 o C temp. +32 o C 4,42 6,5 57,2 13,8 42,36 7,8 61,65 15,3 44,34 11,6 74,3 23,3 *) Beton zawierał domieszki chemiczne : ADDIMENT FS 1 (przyśpieszająca twardnienie), ADDIMENT FM 6 (superplastyfikator). 6. Podsumowanie Przeprowadzone obszerne badania laboratoryjne cech użytkowych betonów z użyciem cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA, jak i liczne przykłady praktyczne potwierdziły jego przydatność do wykonywania obiektów o dużej trwałości. Beton wykonany z użyciem cementu hutniczego spełnia wysokie wymagania projektowe dotyczące wytrzymałości, szczelności, odporności na korozję chemiczną i fizyczną. Zastosowanie cementu hutniczego pozwala, przy zapewnieniu właściwej pielęgnacji i właściwych warunków wykonania betonu i jego wbudowania, osiągnąć beton o pożądanych właściwościach użytkowych.. Stosując cement hutniczy CEM III/A w budownictwie należy kierować się znanymi z literatury i praktyki budowlanej zasadami projektowania i przygotowania mieszanek betonowych. Należy jedynie liczyć się przy stosowaniu cementu CEM III/A 32,5 NA z wydłużonym czasem wiązania i twardnienia mieszanki betonowej - nie ma to jednak wpływu na projektowaną wytrzymałość końcową betonu. Literatura 1. Małolepszy J. Właściwości betonu z zastosowaniem cementu hutniczego CEM III/A. Materiały Sympozjum Naukowo Technicznego, Chorula 1998 2. Kurdowski W. Chemia cementu. PWN, Warszawa 1991 3. Małolepszy J., Deja J. i inni. Badanie trwałości betonów dla budownictwa komunikacyjnego wykonanych z cementów zawierających granulowany żużel wielkopiecowy. Praca AGH. Kraków 1999r. 4. PN-B-1971 Cement. Cement powszechnego użytku. 5. Kaszyńska M. Ciepło twardnienia betonów z różnymi cementami. Materiały Sympozjum Naukowo Technicznego Szczecin, maj 1998 15

6. Badania własne Górażdże Trade. Chorula, 1999. 7. Piasta J., Piasta W.G. Beton zwykły Arkady, Warszawa 1997 8. Jasiczak J., Łowińska-Kluge A. Cement hutniczy CEM III/A. Materiały budowlane 2/1998 9. Potrzebowski J. Zapewnienie trwałości konstrukcji żelbetowych w oczyszczalniach ścieków. Materiały Budowlane 11/1997 1. Kijowski P., Kopia B., Pichór W. Beton w budowie oczyszczalni ścieków. Polski Cement Sp. z O.O. Kraków 1998 11. Materiały promocyjne ADDIMENT Polska w Krakowie 12. Abramowicz M.; Roboty betonowe na placu budowy. Arkady, Warszawa, 1992 13. Praca badawcza IMMB w Opolu o/kraków Badania cech użytkowych nowych rodzajów cementów oferowanych przez GÓRAŻDŻE Trade Sp. z o.o., wg PN-B-1971:1997, Kraków 1998 THE PREVIOUS EXPERIENCES OF THE SLAG CEMENT CEM III/A 32,5NA USE IN CONSTRUCTIONS Summary The basic properties of the slag cement CEM III/A 32,5NA and the directions of use are descripted in this paper. The applications of slag cement CEM III/A 32,5NA offered by Grupa Górażdże in hydrotechnical construction, water treatment plants and road construction are also presented in this paper. 16

II SYMPOZJUM NAUKOWO-TECHNICZNE REOLOGIA W TECHNOLOGII BETONU Gliwice 2 Krzysztof Pogan 1 NOWE UPŁYNNIACZE NOWE MOŻLIWOŚCI W TECHNOLOGII BETONU 1. Beton pięcioskładnikowy kompozyt Właściwości betonu można podzielić na te odnoszące się do jeszcze świeżego stadium oraz te charakteryzujące stwardniałe tworzywo. Do najważniejszych cech świeżej mieszanki betonowej zaliczamy między innymi: urabialność (konsystencję), zdolność do zatrzymywania wody (brak bleedingu ), czas przerobu, szybkość osiągania wczesnej wytrzymałości, podciąganie kapilarne. Najistotniejsze własności betonu stwardniałego, określane jako użytkowe, to na przykład: wytrzymałość na ściskanie i zginanie, moduł sprężystości podłużnej E, nasiąkliwość kapilarna, mrozoodporność, odporność na karbonizację. Wszystkie wymienione tu główne własności betonu zdeterminowane są zróżnicowaniem materiałów składowych, tj. cementu, domieszek, dodatków, kruszywa i wody (układ pięcioskładnikowy) por. tab.1. Tabela 1. Beton jako pięcioskładnikowy kompozyt. 1Materiał składowy Możliwe zróżnicowanie rodzaj cementu Cement klasa wytrzymałościowa cementu własności specjalne normalne, lekkie, ciężkie Kruszywo naturalne, syntetyczne struktura, tekstura, uziarnienie Woda ograniczenia co do zawartości związków szkodliwych dla betonu popiół lotny, tras, pyły krzemionkowe mączka kamienna Dodatki barwniki włókna (stalowe, polipropylenowe, szklane) plastyfikatory, upłynniacze Domieszki napowietrzacze przyspieszacze, opóźniacze inne 1 Dr inż., Doradca Techniczny Addiment Polska Sp. z o. o., 31-752 Kraków, ul. Łowińskiego 4, tel. (-12) 644-37-4, fax (-12) 642-16-91, e-mail: krakow@addiment.com.pl 17

Przy tak dużym zróżnicowaniu składników istotne jest bezbłędne wytwarzanie betonu o żądanych własnościach, co wymaga osiągnięcia najwyższego poziomu techniki. Wielkością mającą najistotniejszy wpływ na technologię wytwarzania betonu jest wskaźnik wodno-cementowy w/c, który określa wytrzymałość oraz gęstość kamienia cementowego i betonu. Gdy beton wykonywano w układzie trójskładnikowym (cement, woda, wypełniacz), regulacja konsystencji mieszanki betonowej możliwa była jedynie poprzez zmianę ilości zaczynu cementowego (objętość sumy cementu i wody w 1 m 3 mieszanki betonowej). Ponieważ zaczyn cementowy wraz ze zmniejszającym się wskaźnikiem w/c wykazuje zwiększającą się lepkość, utrudnionym było stosowanie tej metody do wytwarzania betonu o możliwie wysokiej wytrzymałości. Rozwój technologii betonu w ostatnich 3 latach, zwłaszcza w dziedzinie domieszek chemicznych (głównie plastyfikatory i upłynniacze), umożliwił niezależne od wartości wskaźnika w/c regulowanie konsystencji mieszanki betonowej nie tylko w wytwórni betonu towarowego, ale również na placu budowy. W przypadku wykonywania dużych obiektów wymagana wysoka wydajność betonowania i wzrastające koszty robocizny doprowadziły do wykorzystania możliwości bardziej efektywnego upłynnienia zaczynu cementowego dla ułatwienia układania i obróbki wbudowywanej mieszanki betonowej. Stąd też w wielu krajach zaczęto stosować konsystencję ciekłą. Drugi kierunek działań to zastosowanie plastyfikatorów i upłynniaczy w celu ograniczenia ilości wody w mieszance betonowej dla podniesienia jej gęstości i wytrzymałości betonu. Stało się to szczególnie ważne, gdy powszechnie dostępny stał się dodatek pyłów krzemionkowych. Ten aktywny dodatek o wysokiej zawartości SiO 2 tworzy z częścią powstającego przy hydratacji cementu Ca(OH) 2 dodatkową fazę C-S-H, która to jest miernikiem budującej się struktury i jej wytrzymałości. W ten sposób mogła być ulepszona nie tylko sama wytrzymałość kamienia cementowego, lecz przede wszystkim strefa kontaktowa zaczyn kruszywo. Stosowanie domieszek upłynniających, wysokich ilości cementu oraz dodatku pyłów krzemionkowych zaowocowało wytwarzaniem betonów wysokowytrzymałych (f c > 1 N/mm 2 ). Betony wysokowartościowe, szczególnie te z ograniczonym maksymalnym wymiarem ziaren kruszywa grubego charakteryzują się cechami reologicznymi nie obserwowanymi w przypadku betonów zwykłych: mieszanki betonowe dają się wprowadzać do elementów konstrukcyjnych o gęstym zbrojeniu, szczelnie i dokładnie wypełniają przestrzenie w szalunkach bez zagęszczania wibratorami, wykazują własności samopoziomujące. Dalszy rozwój upłynniaczy i wdrożenie nowych możliwości technologicznych przez największe koncerny budowlane doprowadziły przed blisko 1 laty w Japonii do rozwoju technologii betonu samozagęszczającego się (ang. self compacting concrete SCC, niem. Selbstverdichtender Beton SVB) [1]. Szczególne własności tych betonów to przede wszystkim: upłynnienie i homogenizacja mieszanki betonowej, prawie całkowite wyprowadzenie powietrza z mieszanki betonowej podczas upłynnienia, zdolność do wypełniania wszystkich przestrzeni wewnątrz szalunków i szczelnego otulenia zbrojenia bez stosowania pracochłonnego zagęszczania. Wymienione własności są uzyskiwane dzięki znacznie podwyższonej zawartości cząstek drobnych poniżej,125 mm, które to wraz z wodą i upłynniaczem tworzą zawiesinę o wysokiej lepkości, w której są pogrążone większe ziarna wypełniacza, przy czym w zasadzie jest bez znaczenia czy frakcje pyłowe składają się z mieszaniny cementu i popiołu lotnego, metakaolinu, mikrokrzemionki, czy inertnej mączki kamiennej bądź samego popiołu lotnego. Zawiesina złożona z wymienionych tu alternatywnych składników, współdziałając z upłynniaczem, zapewnia uzyskanie przez mieszankę betonową wymaganych właściwości reologicznych. Tendencja dla betonów zwykłych, aby szczelne wypełnienie przestrzeni uzyskiwać przez wzrost zawartości frakcji powyżej,125 mm, nie ma zastosowania w technologii SCC. W tych betonach bowiem zawartość zawiesiny frakcji poniżej,125 mm musi przekraczać 4 % objętości. Dzięki takiej proporcji grubsze składniki nie zwiększają tarcia wewnętrznego mieszanki betonowej. Skład frakcji pyłowej zawiesiny uzależniony jest od pożądanych własności stwardniałego betonu, np. 18

ograniczony wskaźnik w/c: dla zewnętrznych części budowli <,6, dla betonów klasy B115 <,3. Szerokie zastosowanie możliwych kombinacji w systemie pięcioskładnikowego kompozytu pozwala na uzyskanie betonu o normalnej klasie wytrzymałościowej (jak beton w zakresie konsystencji od K1 do K5), lub SCC i wysokowytrzymały beton aż po reactive powder concrete czyli kompozyt z największym ziarnem wypełniacza do,5 mm o własnościach samozagęszczających, a wytrzymałości na ściskanie przekraczającej 2 N/mm 2, ostatnio rozwijany we Francji. 2. Domieszki najnowszej generacji. Prof. L. Kucharska w swoim artykule opublikowanym w numerze 2/2 Cement-Wapno- Beton [2] szczegółowo wyjaśnia mechanizmy oddziaływania domieszek plastyfikujących i upłynniających oraz wskazuje na ich rozwój na przestrzeni ostatnich lat (tab. 2). Tabela 2. Rozwój domieszek zmniejszających ilość wody [2]. Rok Baza chemiczna domieszki Możliwa redukcja ilości wody % 1932 sulfoniany naftalenowo-formaldehydowe 15 25 1939 lignosulfoniany 5 15 196 sulfoniany melaminowo-formaldehydowe 5 25 1993 polikarboksylany (akrylany) 2 3 1997 eter polikarboksylowy 25 4 Jako główne zadania domieszek zmniejszających ilość wody zarobowej Autorka podaje deflokulację zaczynu cementowego a zatem zwiększenie stopnia dyspersji ziaren cementu, korelujące z siłami elektrostatycznego odpychania. W przypadku superplastyfikatorów ostatniej generacji mechanizm ich oddziaływania jest potęgowany przez tzw. efekt steryczny, co skutkuje większą skutecznością upłynnienia oraz wydłużeniem czasu przerabialności mieszanki betonowej. Wprowadzane na polski rynek superplastyfikatory najnowszej generacji na bazie eteru polikarboksylowego otwierają nowe możliwości w technologii betonu. Ich zastosowanie jest bardzo szerokie i obejmuje zakres od betonów zwykłych aż po wspomniane wcześniej betony samozagęszczające się (SCC). W swojej ofercie handlowej ADDIMENT POLSKA Sp. z o. o., jako przedstawiciel niemieckiego koncernu HEIDELBERGER BAUCHEMIE GmbH, posiada grupę takich domieszek. Są to superplastyfikatory ADDIMENT FM 37, ADDIMENT FM 38, ADDIMENT FM 34 oraz ADDIMENT FM 27. Domieszki te sprzyjają uzyskaniu jednorodnej mieszanki betonowej o wysokiej ciekłości utrzymującej się w czasie, nie wykazującej tzw. bleedingu, dającej się łatwo układać i wypełniającej deskowania o skomplikowanych kształtach i gęstym zbrojeniu. ADDIMENT FM 37 przeznaczony głównie do betonu towarowego, dozowanie:,2 2,6 %. ADDIMENT FM 38 stosowany do betonu towarowego, w prefabrykacji (tam gdzie ważna jest wysoka wczesna wytrzymałość), dobrze współpracuje z domieszkami napowietrzającymi LPS i LPS-A, dozowanie:,2 2,6 %. ADDIMENT FM 34 mercedes wśród domieszek, przeznaczenie: beton towarowy, SCC, betony wysokowartościowe, betony o wysokiej wytrzymałości, stosowany także w prefabrykacji, dozowanie:,2 2,2 %. ADDIMENT FM 27 - przeznaczony głównie do prefabrykacji, sprzyja osiąganiu wysokich wytrzymałości wczesnych, dozowanie:,2 2,1 % Dla zobrazowania możliwości jakie otwierają się przy stosowaniu wspomnianych domieszek niżej przedstawiam kilka przykładów receptur mieszanek betonowych wykonanych z 19

domieszkami ADDIMENT FM 37, ADDIMENT FM 38 oraz ADDIMENT FM 34 tab. 3 i 4, rys. 1 i 2. Tablica 3. Właściwości betonów zwykłych z domieszkami najnowszej generacji. CEM I 32,5R CEM II/B-S 32,5 CEM I 42,5R CEM I 42,5R cement 3 3 3 3 36 36 36 36 w/c,57,57,57,57,45,45,45,45 kruszywo 189 189 189 189 1859 1859 1859 1859 FM 37,38 % -,39 % - 1,8 % - 1,1 % - FM 38 -,47 % -,43-1,74 % - 1,12 % Rozpływ, cm b/domieszki po 1 min. po 2 min. po 4 min. po 6 min. po 9 min. Wytrzym., MPa po 1 dniu po 28 dn. 36 56 53 5 5 46 13 41 37 56 52 5 5 46 15 44 38 56 52 46 45 42 6,1 41 Tabela 4. Właściwości betonów specjalnych z domieszkami najnowszej generacji. BWW SCC CEM I 42,5R CEM II/A-L 42,5 CEM I 42,5R CEM II/B-S 42,5 cement 45 45 362 36 35 popiół lotny - - 229 23 21 Silicoll SL 68 68 - - - w/c,32,32,48,48,51 kruszywo 179 179 1624 1526 156 FM 37 2,3 % - 2,2% - - FM 38-2,6-1,8 % - % FM 34 - - - - 1,2 % Rozpływ, cm b/domieszki po 1 min. po 2 min. po 4 min. po 6 min. po 9 min. - 57 51 48 47 - - 57 52 49 48 - bez wstrząsów - 79 75 74 67 - bez wstrząsów - 75 76 76 75 - bez wstrząsów - 75 74 73 71 - Wytrzym., MPa po 1 dniu po 28 dn. 51 95 65 97 21 74 39 57 56 52 5 48 9,9 4-55 45 42 39-33 68 19 69-58 53 5 48-32 76-58 54 52 47-34 73 9 64-57 56 54 52-34 75 2

3. Przykłady aplikacji domieszek najnowszej generacji. Domieszki te na skalę przemysłową zostały zastosowane: przez firmę PEKABEX z Poznania przy produkcji prefabrykowanych płyt elewacyjnych z betonu barwionego zamontowanych w budynku biurowym Roma Office Center w Warszawie (ADDIMENT FM 38), przez firmę CONTRACTOR z Krakowa przy budowie Sanktuarium Bożego Miłosierdzia w Krakowie Łagiewnikach (ADDIMENT FM 38) [3] rys. 3 oraz przez TBG Wrocław dostawcę betonu towarowego na budowę Galerii Dominikańskiej we Wrocławiu (ADDIMENT FM 37). Rozpływ [cm] 85 8 75 7 65 6 55 5 2 4 6 8 Czas [min.] A: CEM II/A-L 32,5R FM 37 = 2,2 % B: CEM I 42,5R FM 38 = 1,8 % FM 37 FM 38 Rys. 1. Rozpływ [cm] mieszanki betonowej SCC w funkcji czasu. Wytrzymałość [MPa] 45 4 35 3 25 2 15 1 5 A B C D A: CEM I 32,5R FM 37=,38% B: CEM I 32,5R FM 38=,47% C: CEM II/B-S 32,5 FM 37=,39% D: CEM II/B-S 32,5 FM 38=,43% 24 godz. 28 dni Rys. 2. Wytrzymałość na ściskanie [MPa] wczesna i po 28 dniach dla wybranych kompozycji. 21

Rys. 3. Budowa Sanktuarium Bożego Miłosierdzia w Krakowie ADDIMENT FM 38. Literatura 1. Okamura H., Ouchi M.: Self-compacting concrete. Development, present use and future. Proc. of the 1 st International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete. 13-14 September 1999, Stockholm, Sweden, ed. by Å. Skarendahl and Ö. Petersson, Swedish Cement and Concrete Research Institute, Sweden 1999. 2. Kucharska L.: Tradycyjne i współczesne domieszki do betonu zmniejszające ilość wody zarobowej. Cement Wapno Beton 2/2. 3. Pogan K.: Superplastyfikatory do betonów samozagęszczających się. Materiały Budowlane 3/2. NEW SUPERPLASTICIZERS NEW POSSIBILITIES IN CONCRETE TECHNOLOGY Summary Superplasticizers of the new generation: ADDIMENT FM 37, ADDIMENT FM 38, ADDIMENT FM 34 and ADDIMENT FM 27 are presented. These new admixtures give a wide range of possibilities in application in concrete technology: from the ordinary concrete, high strength concrete up to selfcompacting concrete (SCC). Some concrete mix recipes are discussed and a few applications in Poland are presented. 22

II SYMPOZJUM NAUKOWO-TECHNICZNE REOLOGIA W TECHNOLOGII BETONU 2 Gliwice 2 Tomasz Pużak 1 Marcin Sokołowski 2 CEMENTY W OFERCIE GRUPY GÓRAŻDŻE RODZAJE, WŁAŚCIWOŚCI I POTENCJALNE MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA W BUDOWNICTWIE 1. Wprowadzenie Szeroki asortyment cementów oferowanych obecnie przez polskie cementownie pozwala na produkcję betonów o różnorodnych właściwościach, umożliwiających wykonywanie trwałych obiektów budowlanych. Istotnym zagadnieniem w nowoczesnej technologii betonu jest więc znajomość cech charakterystycznych dla poszczególnych cementów, co pozwala na osiągnięcie pożądanych właściwości zarówno mieszanki betonowej jak i stwardniałego betonu. Należy zaznaczyć, że dobór określonego rodzaju i klasy cementu wymusza również odpowiednie zabiegi technologiczne związane z produkcją, transportem i wbudowaniem mieszanki betonowej oraz pielęgnacją świeżego betonu. Wybór właściwego technologicznie cementu obok pozostałych składników mieszanki betonowej, a następnie prawidłowe wykonanie betonu są więc często zadaniami skomplikowanymi i złożonymi. Aby przybliżyć powyższą problematykę inwestorom i wykonawcom, w referacie przedstawiono na przykładzie cementów oferowanych przez Grupę Górażdże, właściwości określonych rodzajów i klas cementu oraz potencjalne kierunki ich stosowania. 2. Rodzaje, właściwości i kierunki zastosowania cementów z Grupy Górażdże Grupa Górażdże oferuje swoim odbiorcom cementy produkowane w Zakładach Cementowo-Wapienniczych Górażdże S.A. i Cementowni Strzelce Opolskie S.A. w następujących asortymentach: 1. Cement portlandzki CEM I cement portlandzki CEM I 32,5R cement portlandzki CEM I 42,5R cement portlandzki CEM I 52,5R cement portlandzki biały CEM I 42,5 - importowany z Belgii 1. Cement portlandzki mieszany CEM II 21 mgr inż., Górażdże Trade 2 mgr inż., Górażdże Trade 23

cement portlandzki popiołowy CEM II/A-V 32,5R cement portlandzki żużlowy CEM II/B-S 32,5R cement portlandzki żużlowy CEM II/B-S 42,5 (przewidywany początek produkcji od 1.6.2) 1. Cement hutniczy CEM III cement hutniczy CEM III/A 32,5NA W dalszej części referatu scharakteryzowano wymienione cementy pod względem ich właściwości i możliwości zastosowań w budownictwie. 2.1. Cement portlandzki CEM I 32,5R. Cement portlandzki CEM I 32,5R zawiera w swoim składzie klinkier portlandzki (min. 95%) oraz regulator czasu wiązania - gips (max. 5%). Właściwości fizyczne i mechaniczne oraz skład chemiczny cementu spełniają wymagania normy PN-B-1971 Cement. Cement powszechnego użytku. Skład, wymagania i ocena zgodności co pokazano w tabeli 1. Tabela 1. Wymagania i właściwości cementu portlandzkiego CEM I 32,5R Właściwość Wymagania wg PN-B- 1971 CEM I 32,5R Górażdże CEM I 32,5R Strzelce Op. Wytrzymałość 2 dni min. 1, 23,6 24,5 na ściskanie [N/mm 2 ] 28 dni min. 32,5 max. 52,5 48,5 5,3 Początek wiązania [min] min. 6 191 134 Koniec wiązania [ h, min] max. 12 h 4 h 7 3 h 22 Stałość objętości [mm] max. 1,,,4 Siarczany jako SO 3 [% ] max. 3,5 2,8 3,1 Straty prażenia [%] max. 5, 2,7 2,4 Części nierozpuszczalne [%] max. 5,,3,4 Chlorki [%] max.,1,11,23 Cement CEM I 32,5R jest jednym ze spoiw mineralnych najpowszechniej stosowanych w praktyce budowlanej. Do jego charakterystycznych właściwości należą: dosyć wysoka wytrzyma-łość wczesna, wysoka wytrzymałość w normowym okresie twardnienia (28 dni), umiarkowanie wysokie ciepło hydratacji. Te cechy wyznaczają potencjalne możliwości stosowania cementu CEM I 32,5R takie jak: beton towarowy, wykonywanie konstrukcji monolitycznych, elementy prefa-brykowane wielko- i drobnowymiarowe, konstrukcje i elementy sprężone, zaprawy tynkarskie i murarskie, betonowe nawierzchnie drogowe. Klasa cementu 32,5 umożliwia produkcję betonów klas B7,5 - B4, a stosunkowo wysoka wytrzymałość wczesna (po 2 dniach 23-24 MPa) zapewnia znaczny przyrost wytrzymałości betonu w czasie co jest szczególnie istotne w produkcji prefa-brykatów lub konstrukcjach obciążanych w krótkim czasie po wykonaniu (skróceniu ulega okres twardnienia elementów). Początek wiązania cementu CEM I 32,5R (po upływie 2-3 godzin) umożliwia stosunkowo daleki transport mieszanki betonowej i zapewnia dostateczną ilość czasu na jej zabudowę. W Europie Zachodniej powszechną dziedziną stosowania cementu CEM I 32,5R jest budownictwo komunikacyjne [6]. Również cement CEM I 32,5R z Grupy Górażdże posiada dopuszczenia instytutów niemieckich do stosowania w budownictwie komunikacyjnym na terenie Niemiec i od wielu lat jest eksportowany na rynek niemiecki oraz wykorzystywany w budowie betonowych nawierzchni drogowych. W Polsce przy użyciu cementu CEM I 32,5R z Cementowni Strzelce Opolskie wykonano odcinek autostrady A-12 na trasie Golnice-Krzywa. Również do nawierzchni betonowych w punktach poboru opłat na autostradzie A-4 pomiędzy Katowicami i Krakowem zastosowano cement CEM I 32,5R z Grupy Górażdże. 24

2.2.Cement portlandzki CEM I 42,5R. Głównym składnikiem cementu portlandzkiego CEM I 42,5R jest klinkier portlandzki (min. 95 %), jako regulator czasu wiązania stosowany jest siarczan wapnia (max. 5%). W tabeli 2 podano właściwości fizyczne i mechaniczne oraz skład chemiczny cementu CEM I 42,5R. Są one zgodne z wymaganiami zawartymi w normie PN-B-1971 Cement. Cement powszechnego użytku. Skład, wymagania i ocena zgodności. Tabela 2. Wymagania i właściwości cementu portlandzkiego CEM I 42,5R. Właściwość Wymagania wg PN-B- 1971 CEM I 42,5R Górażdże CEM I 42,5R Strzelce Op. Wytrzymałość 2 dni min. 2, 27,8 28,8 na ściskanie [N/mm 2 ] 28 dni min. 42,5 max. 62,5 52,7 55,3 Początek wiązania [min] min. 6 18 127 Koniec wiązania [ h, min] max. 12 h 3 h 57 3 h 12 Stałość objętości [mm] max. 1,,,5 Siarczany jako SO 3 [% ] max. 4, 3,1 3,1 Straty prażenia [%] max. 5, 3,2 2,4 Części nierozpuszczalne [%] max. 5,,5,5 Chlorki [%] max.,1,12,25 Podstawowe cechy użytkowe cementu CEM I 42,5R to przede wszystkim znaczna wytrzymałości wczesna i szybki jej przyrost w czasie oraz wysoka wytrzymałość normowym okresie twardnienia. Przyrost wytrzymałości cementu CEM I 42,5R w odniesieniu do innych rodzajów cementu pokazano na rysunku 1. Wytrzymałość, MPa 6 5 4 3 2 1 CEM I 42,5R CEM I 32,5R CEM III/A 32,5NA 1 2 3 7 28 Czas, dni Rys.1. Przyrost wytrzymałości cementu CEM I 42,5R oraz cementu CEM I 32,5R i cementu hutniczego CEM III/A 32,5NA w okresie od 1 do 28 dni twardnienia. Wymienione właściwości zawiązane są z szybkim wydzielaniem dużych ilości ciepła w procesie hydratacji cementu. Cement CEM I 42,5R jest więc spoiwem szczególnie przydatnym podczas prac prowadzonych w warunkach zimowych i obniżonych temperatur. Wykonany z jego użyciem beton w krótkim czasie osiąga wytrzymałość, która gwarantuje jego odporność na działanie mrozu. Klasa cementu 42,5 pozwala na uzyskanie betonów klas B2-B6 koniecznych w przypadku silnie obciążonych konstrukcji monolitycznych i prefabrykowanych w budownictwie ogólnym, a także nawierzchni drogowych i konstrukcji mostowych. Jednym z przykładów takiej realizacji jest betonowy terminal dla samochodów ciężarowych na przejściu granicznym w Olszynie, do wykonania którego użyto cementu CEM I 42,5R z Cementowni Górażdże. Ze względu na wyżej opisane właściwości cement CEM I 42,5R jest również powszechnie stosowany w produkcji elementów prefabrykowanych, a zwłaszcza betonowej 25

kostki brukowej wytwarzanej w technologii wibroprasowania [7]. Użycie tego rodzaju cementu umożliwia skrócenie czasu osiągania przez wytworzone elementy wytrzymałości transportowej oraz przy właściwie skomponowanym składzie mieszanki betonowej i prawidłowym przebiegu cyklu zagęszczania mieszanki, zapewnia uzyskanie projektowanej, wysokiej klasy betonu ( > B5). 2.3. Cement portlandzki CEM I 52,5R Głównym składnikiem cementu CEM I 52,5R jest klinkier portlandzki (min. 95 %), jako regulator czasu wiązania stosowany jest siarczan wapnia (max. 5%). Właściwości fizyczne i mechaniczne oraz skład chemiczny podano w tabeli 3. Cement CEM I 52,5R spełnia wymagania zawarte w normie PN-B-1971 Cement. Cement powszechnego użytku. Tabela 3. Wymagania i właściwości cementu portlandzkiego CEM I 52,5R. Właściwość Wymagania wg PN-B- 1971 CEM I 52,5R Górażdże Wytrzymałość 2 dni min. 3, 39,3 na ściskanie [N/mm 2 ] 28 dni min. 52,5 59,8 Początek wiązania [min] min. 45 139 Koniec wiązania [ h, min] max. 1 h 3 h 11 Stałość objętości [mm] max. 1,, Siarczany jako SO 3 [% ] max. 4, 3,1 Straty prażenia [%] max. 5, 3,4 Części nierozpuszczalne [%] max. 5,,4 Chlorki [%] max.,1,1 Właściwości użytkowe cementu CEM I 52,5R to: bardzo wysoka wytrzymałość wczesna (po 2 dniach > 3 MPa), wysokie wytrzymałości w okresie normowym, bardzo szybkie narastanie wytrzymałości wczesnej. Ze względu na wysokie parametry wytrzymałościowe cementu CEM I 52,5R efektem jego stosowania jest możliwość ograniczenia zużycia cementu zwłaszcza przy produkcji elementów o dużej nośności [4] (np. elementy strunobetonowe) i betonów wysokich klas wytrzymałościowych (>B5), prowadzenie betonowania ciągłego lub betonowania techniką ślizgową. Stosowanie cementu CEM I 52,5R pozwala na zwiększenie tempa robót przy równoczesnym zachowaniu wysokiej jakości wykonywanej konstrukcji betonowej. Na rysunku 2 przedstawiono przyrost wytrzymałości cementu CEM I 52,5R w porównaniu z cementami portlandzkimi niższych klas. Ponieważ cement portlandzki CEM I 52,5 R charakteryzuje się także dużą szybkością wydzielania ciepła, co prowadzi do samonagrzewu betonu, jego zastosowanie w produkcji elementów prefabrykowanych to szansa na całkowite wyeliminowanie energochłonnego procesu niskoprężnej obróbki cieplnej [3, 4]. Uzyskane wczesne wytrzymałości betonu (po 6 i 12 godzinach), są dostatecznie wysokie dla przeprowadzenia rozformowania i niezbędnych operacji transportowych gotowych elementów [9]. Duża szybkość wydzielania ciepła wpływa również na uzyskiwanie przez cement CEM I 52,5R wysokich wytrzymałości na ściskanie w obniżonych temperaturach, co preferuje ten cement do stosowania w produkcji w okresie jesienno-zimowym. Na rysunku 3 przedstawiono wytrzymałość cementu portlandzkiego CEM I 52,5R po 1 dniu twardnienia w zależności od temperatury dojrzewania [3]. 26