Trwałość drobnowymiarowych elementów z betonu wibroprasowanego Najważniejsze wymagania, jakie stawiane są betonowej kostce brukowej i galanterii betonowej, to: duża wytrzymałość na ściskanie i rozłupywanie oraz odpowiednia nośność; duża odporność na działanie mrozu oraz środków odladzających; mała ścieralność; duża odporność na korozję chemiczną (wynikająca z oddziaływania zanieczyszczonych wód opadowych, tzw. kwaśnych deszczy, smarów, olejów, benzyny i innych); estetyka i funkcjonalność (wiele kształtów, kolorów i grubości dostosowanych do danej nawierzchni). Do niewątpliwych zalet betonowej kostki brukowej należy zaliczyć:» dużą trwałość eksploatacyjną (ok. 50 lat);» niższą cenę w porównaniu z płytami chodnikowymi, nawierzchniami asfaltowymi i wylewanego betonu oraz kamienia naturalnego;» możliwość demontażu nawierzchni i jej powtórnego wykorzystania;» łatwość w utrzymaniu czystości. Betonowa kostka brukowa i inna galanteria betonowa używana do budowy nawierzchni drogowych pracuje w ekstremalnych warunkach z powodu: intensywnego oddziaływania sił ściskających, zginających, rozciągających, udarowych, ścierających; obciążeń statycznych i dynamicznych; intensywnego oddziaływania czynników chemicznych: smarów, olejów, benzyny, kwaśnych deszczy, środków odladzających, zanieczyszczonych wód opadowych (odpadami z kół pojazdów, np. kauczuku, kawałkami zbrojenia opon, rdzą, odpadami z okładzin tarcz hamulcowych, spalinami zawierającymi tlenki ołowiu i węgla, fenol i innymi). Trudne warunki eksploatacji betonu wymuszają na producentach stosowanie bardzo dobrej jakości surowców oraz wymagają bezwzględnego prze- * Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie strzegania technologii, rzetelnej kontroli jakości wyrobów, stosowania nowoczesnych linii do produkcji mieszanek betonowych i zagęszczania betonu oraz utrzymywania linii technologicznych w bardzo dobrym stanie technicznym. Ze względu na ekstremalne warunki eksploatacji drobnowymiarowych elementów nawierzchni drogowej, kryterium trwałości będą podporządkowane nie tylko wszelkie działania techniczne i technologiczne w procesie ich produkcji, ale również metody oceny jakości i poziom stawianych wymagań. W 2003 r., po wielu latach prac, 178 Komitet Techniczny Unii Europejskiej zatwierdził trzy normy dotyczące drobnowymiarowych elementów betonowych: PN-EN 1338 Betonowa kostka brukowa. Wymagania i metody badań; PN-EN 1339 Betonowe płyty brukowe. Wymagania i metody badań; PN-EN 1340 Krawężniki betonowe. Wymagania i metody badań, PN-EN 13198 Prefabrykaty betonowe. Elementy małej architektury ulic i ogrodów. Normy te wprowadzano w krajach Unii Europejskiej z okresem przejściowym do końca lutego 2005 r. Wnoszą one nowe metody badań i ujednolicają większość wymagań w zakresie cech eksploatacyjnych, ale zawierają również znacznie ostrzejsze wymagania dotyczące trwałości betonowych elementów drobnowymiarowych w porównaniu z wcześniejszymi wymaganiami krajowymi. W artykule przestawione zostaną czynniki decydujące o trwałości betonowych elementów drobnowymiarowych z betonu wibroprasowanego zapewniające spełnienie wymagań norm europejskich. Trwałość materiałów budowlanych można zdefiniować jako zespół projektowanych właściwości, które zostaną zachowane przez materiał w przewidywanym, możliwie najdłuższym okresie eksploatacji. Jest to jedno z podstawowych kryteriów doboru materiałów do wytwarzania konstrukcji budowlanych, w tym także elementów infrastruktury drogowej pracujących w ekstremalnych warunkach eksploatacji. Podstawowym warunkiem uzyskania najwyższej trwałości stwardniałego betonu wibroprasowanego jest: - właściwe zaprojektowanie składu mieszanki betonowej; - zastosowanie właściwych surowców wyjściowych; - prawidłowe zagęszczenie betonu; - zapewnienie odpowiednich warunków dojrzewania uformowanych elementów. Betonową kostkę brukową oraz galanterię betonową przeznaczoną do budownictwa drogowego i komunalnego wykonuje się z mieszanek betonowych o konsystencji wilgotnej i współczynniku w/c = 0,30-0,40. Tak niski współczynnik w/c mieszanki betonowej gwarantuje, że stwardniały beton będzie dobrej jakości i jednocześnie zapewni się dostateczną ilość wody do procesu hydrolizy i hydratacji cementu. Z całą pewnością wibroprasowanie jest jedną z najnowocześniejszych metod zagęszczania mieszanek betonowych, pozwalających na uzyskanie dużej szczelności betonu przy możliwie najniższym współczynniku w/c. W świetle ustanowionej w Polsce normy PN-EN 206-1 Beton. Wymagania, produkcja i zgodność, której nie sposób oddzielić od wymagań dotyczących betonów wibroprasowanych, elementy drobnowymiarowe do budownictwa drogowego i komunalnego można zaliczyć do grupy betonów eksponowanych w klasie XF 4 (betony w tej klasie ekspozycji poddawane są działaniu niskiej temperatury oraz środków odladzających i pracują w stanie wysokiego nawilżenia). W celu zapewnienia trwałości betonów eksponowanych w klasie XF4, wg PN-EN 206-1, zawartość cementu w mieszance betonowej powinna wynosić min. 340 kg/m 3, a jej współczynnik w/c nie może przekraczać 0,45. Minimalna wytrzymałość na ściskanie betonów zwykłych, eksponowanych w warunkach ekspozycji dla klasy XF4, powinna wynosić nie mniej niż FrifcV. : li 5'2005 (nr 393)
C 30/37 przy stopniu napowietrzenia świeżej mieszanki betonowej 4%. Z związku z tym, że w ocenie jakości betonu wibroprasowanego badania wytrzymałości na ściskanie zastąpiono badaniem wytrzymałości na rozłupywanie, wprowadzono wymaganie, że do zachowania trwałości powinna ona wynosić nie mniej niż 3,6 MPa w przypadku betonu w wieku 28 dni. Ze względu na brak możliwości rzetelnej oceny stopnia napowietrzenia mieszanek betonowych o konsystencji wilgotnej wymagania normy wynoszące 4% są w tym przypadku nie do wyegzekwowania (wymagania takie są sformułowane raczej dla betonów zwykłych eksponowanych w klasie XF4, stosowanych w budownictwie komunikacyjnym, a otrzymywanych z mieszanek o wyższym stosunku w/c). Projektowanie betonów wibroprasowanych o najwyższej trwałości Od prawidłowego zaprojektowania składu mieszanek betonowych zależy trwałość betonu wibroprasowanego. Projektowanie składu betonu wibroprasowanego na warstwę konstrukcyjną i fakturową ma swoją specyfikę, wynikającą ze specjalnych warunków zagęszczania, wilgotnej konsystencji mieszanki betonowej i niskiego w/c. Podobnie jak w przypadku betonów zwykłych, stosowane są metody obliczeniowo-doświadczalne, które należy zweryfikować w praktyce przemysłowej. Do najpopularniejszych i najczęściej stosowanych w praktyce metod projektowania betonu wibroprasowanego można zaliczyć: metodę czterech równań W. Paszkowskiego, zwaną również metodą jednostopniowego otulenia ziaren; metodę czterech równań B. Kopycińskiego, zwaną również metodą jednostopniowego przepełnienia jam mieszanki kruszywa drobnego i grubego, znaną także w Niemczech jako metoda Zipeliusa. Na podstawie metody Zipeliusa skonstruowano aparat Economa, dzięki któremu możliwe jest empiryczne wyznaczenie najbardziej ekonomicznej zawartości zaczynu w mieszance betonowej. W metodzie tej brane są pod uwagę rzeczywiste warunki zagęszczania wibracyjnego pod obciążeniem. W realnych warunkach jamistość mieszanki kruszyw kształtuje się na przeciętnym poziomie 20-25%, co oznacza, że minimalna ilość zaczynu cementowego, jaka jest potrzebna do zapełnienia wolnych przestrzeni w rzeczywistym kruszywie, jest nie mniejsza niż 200-250 dm 3 /m 3. Nie jest to jednak ilość zapewniająca szczelność rzeczywistej mieszanki betonowej, ponieważ potrzebna jest jeszcze pewna ilość zaczynu na otoczenie wszystkich ziarn kruszywa w celu połączenia ze sobą oraz zmniejszenie tarcia wewnętrznego w celu umożliwienia prawidłowego formowania i zagęszczenia wyrobów. Tak więc ilość zaczynu niezbędna do wypełnienia jam mieszanki kruszywowej i jej przepełnienia musi być powiększona. W warunkach przemysłowych, przy jamistości kruszywa 20-25% i spełnieniu warunku przepełnienia, zużycie zaczynu cementowego o współczynniku w/c = 0,36 wynosi 400-500 dm 3 /1000 dm 3, co oznacza potrzebę wprowadzenia do mieszanki betonowej 300-370 kg cementu. Poziom jamistości stosu okruchowego kruszywa może ulegać zmianie i rosnąć przy stosowaniu kruszyw tzw. monofrakcyjnych, bądź to wskutek zmiennego składu ziarnowego kruszywa grubego i drobnego, bądź braku ciągłości składu ziarnowego kruszyw. Powoduje to, że przy braku kontroli składu ziarnowego kruszyw i wahającej się istotnie ich jamistości stosowanie tzw. receptur ubogich w cement może być przyczyną gwałtownego obniżenia się trwałości betonu wibroprasowanego. Może to wynikać z niespełnionego warunku szczelności, co skutkuje wysoką porowatością ogólną, wzrostem udziału porów kapilarnych, wysoką przepuszczalnością stwardniałego betonu co implikuje rozwój korozji chemicznej oraz powoduje obniżenie mrozoodporności betonu, szczególnie w obecności środków odladzających. Warunkiem uzyskania betonu wibroprasowanego o dużej trwałości jest systematyczna ocena składu ziarnowego stosowanych kruszyw. Nawet przy braku aparatu Economa można wyznaczyć jamistość kruszywa metodą obliczeniową. Przyjmując za kryterium wyjściowe możliwie najniższy poziom jamistości stosu okruchowego kruszywa i najniższą jego wodożądność, należy zapewnić spełnienie warunku szczelności i odpowiednią wytrzymałość matrycy cementowej. Prawidłowy dobór składników mieszanki betonowej Do produkcji betonu wibroprasowanego stosowane są: cement, frakcjonowane i płukane kruszywo gruboi drobnoziarniste, dodatki mineralne, domieszki chemiczne, pigmenty, woda zarobowa. Cement. Stosowane są cementy portlandzkie CEM l, cementy portlandzkie wieloskładnikowe CEM II oraz cementy hutnicze CEM III zwykle wysokich klas 42,5 i 52,5, w zależności od uwarunkowań technicznych i pory roku, normalne N i szybko twardniejące R. Cementy muszą spełniać wymagania normy PN-EN 197-1 Cement. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku. W zależności od przyjętej strategii technologicznej budowania trwałości betonu wibroprasowanego stosowane są cementy portlandzkie z grupy CEM l, cementy portlandzkie wieloskładnikowe CEM II albo cementy hutnicze. Zgodnie z normą PN-EN 206-1, w przypadku stosowania cementu CEM l można zastosować dodatki mineralne, takie jak popioły lotne z węgla kamiennego z palenisk pyłowo-wirowych, które powinny spełniać wymagania normy PN-EN 450 Popioły lotne do betonu, a zasady ich wprowadzania do mieszanek betonowych regulują, zgodnie z normą PN-EN 206-1, odpowiednie współczynniki k. Pozwala to obniżyć zużycie czystych cementów CEM l o 20-30 kg/m 3 i uzyskać odpowiednią trwałość betonu przy zużyciu ok. 310-320 kg/m 3. Przy wprowadzeniu popiołów lotnych z węgla kamiennego z palenisk pyłowo-wirowych należy poznać rodzaj i ilość dodawanego składnika drugorzędnego stosowanego w produkcji cementu CEM l i jego ilość (jeśli jest to np. popiół lotny z węgla kamiennego) należy uwzględnić przy obliczaniu ilości popiołu lotnego, który może być wprowadzony do mieszanki betonowej 5'2005 (nr 393) K II X a
T z zasadami podanymi w powołanej normie 206-1. Norma PN-EN 206-1 Beton zwykły przewiduje również możliwość wprowadzenia pyłu krzemionkowego spełniającego wymagania normy EN 13263 Pył krzemionkowy do betonów jako dodatku mineralnego częściowo zastępującego cement. Należy jednak dodać, że pyły krzemionkowe z wielu powodów nie są w Polsce stosowane w produkcji betonu wibroprasowanego. W celu zapewnienia odpowiedniej trwałości betonu w klasie ekspozycji XF4, w przypadku stosowania cementów CEM II i CEM III ich zużycie na 1 m 3 betonu powinno wynosić nie mniej niż 340 kg/m 3. Dodatki mineralne wprowadzane jako typu l zgodnie z normą 206-1 nie umożliwiają obligatoryjnego obniżenia zużycia cementu na 1 m 3 betonu, ale mogą wpływać na wiele cech świeżych i stwardniałych betonów, poprawiając np. zdolność zagęszczania w procesie wibroprasowania czy szczelność stwardniałego betonu, co poprawia np. jego odporność na korozję chemiczną. Kruszywa. Jednym z najważniejszych czynników decydujących o trwałości betonu, także wibroprasowanego jest, obok struktury i mikrostruktury stwardniałego zaczynu, rodzaj i właściwości zastosowanych kruszyw. Do produkcji betonów wibroprasowanych powinny być stosowane kruszywa płukane, frakcjonowane, o odpowiednim składzie ziarnowym i kształcie ziarn, spełniające najwyższe wymagania dotyczące trwałości. Czynniki decydujące o trwałości kruszyw to: mrozoodporność (uzależniona od porowatości ogólnej i struktury porów w kruszywie) oraz reaktywność alkaliczna. Kruszywa stosowane do betonów wibroprasowanych powinny spełniać wymagania norm PN-EN 12620 Kruszywa do betonu oraz PN-EN 13139 Kruszywa do zapraw. Należy zwrócić uwagę na fakt, że w 2004 r. zakończony został proces wdrażania norm europejskich dotyczących kruszyw. Normy określające metody badań to: PN-EN 932 Badanie podstawowych własności kruszyw, PN-EN 933 Badanie geometrycznych własności kruszyw, PN-EN 1097 Badanie mechanicznych i fizycznych własności kruszyw, PN-EN 1367 Badanie własności cieplnych i odporności kruszyw, - HM 5'2005 (nr 393) na działanie czynników atmosferycznych, PN-EN 1744 Badanie chemicznych własności kruszyw, PN-EN 13179 Badanie kruszyw wypełniających stosowanych w mieszankach bitumicznych. W ustanowionym pakiecie 31 norm, 20 ma odpowiedniki w arkuszach PN-76/B-06714, natomiast aż 11 norm nie ma odpowiedników w Polskich Normach. Zdecydowana większość norm, które mają odpowiedniki w normie PN-76/B-06714, zmienia też metodykę badania poszczególnych właściwości. Norma PN-EN 12620 zasadniczo zmienia wymagania dotyczące kruszyw (również w zakresie cech związanych 2. trwałością) w porównaniu z wymaganiami zawartymi w PN-86/B- 06712. Dość powiedzieć, że stara norma stawiała wymagania dziesięciu cechom kruszyw, natomiast PN-EN 12620 aż dwudziestu. Nowa norma wprowadza możliwość produkcji bogatszego asortymentu kruszyw w stosunku do PN-86/B-06712 i PN-B-11112:1996, co niewątpliwie może korzystnie wpływać na bardziej prawidłowy dobór uziarnienia kruszyw i komponowanie optymalnego stosu okruchowego. Niezależnie od wprowadzenia nowych norm dotyczących metod oceny jakości kruszyw, w technologii betonu wibroprasowanego pozostają zasady uniwersalne dotyczące konieczności zachowania optymalnego stosu okruchowego, stosowania kruszyw o proporcjonalnej partycypacji poszczególnych frakcji ziarnowych, roli i odpowiedniego udziału frakcji < 0,125 mm, czy zapewnienia odpowiedniego udziału kruszywa 2-4 mm w piaskach na warstwę fakturową. Dodatki mineralne wprowadzane z cementem lub bezpośrednio do mieszanek betonowych, są jedną z najważniejszych metod ingerencji technologicznej w celu zwiększenia trwałości betonów wibroprasowanych. Stwarzają one możliwości zmniejszenia porowatości i przepuszczalności betonu, ograniczenia wielkości podciągania kapilarnego, odpowiedniego kształtowania warstwy kontaktowej kruszywo - zaczyn oraz mikrostruktury stwardniałego betonu, poprawy warunków zagęszczania betonu wibroprasowanego i obniżenia kosztów produkcji. Zgodnie z normą PN-EN 206-1 Beton zwykły. Część 1. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność, dodatki (w tym wypełniacze mineralne i barwniki) dzieli się na dwie grupy: dodatki typu l, obejmujące: prawie obojętne wypełniacze mineralne, które powinny spełniać wymagania normy PN-EN 12620 dla kruszyw wypełniających (są to kruszywa o uziarnieniu < 0,063), oraz pigmenty (barwniki), które powinny spełniać wymagania normy PN-EN 12878:2001 Pigmenty do barwienia materiałów budowlanych na bazie cementu i/lub wapna. Wymagania i metody badań', dodatki typu II, obejmujące popioły lotne z węgla kamiennego spełniające wymagania normy PN-EN 450:1998 Popiół lotny do betonu. Definicje, wymagania i kontrola jakości oraz pył krzemionkowy spełniający wymagania normy pren 13263:1998. Ilość dodatków typu l i II należy określić na podstawie badań wstępnych obejmujących nie tylko wytrzymałość stwardniałego betonu, ale również jego inne cechy eksploatacyjne, takie jak np. dynamika narastania wytrzymałości, trwałość, skurcz, ciepło twardnienia itp. Dodatki typu II mogą być uwzględnione w składzie betonu w ramach zawartości cementu oraz współczynnika w/c, jeśli ustalona jest ich przydatność. Realizowane jest to przez wprowadzenie wartości k. Przydatność pojęcia wartości k jest ustalona w normie PN-EN 206-1 dla popiołu lotnego krzemionkowego i umożliwia: -zastąpienie terminu współczynnik w/c" terminem współczynnik woda/cement + kx dodatek"; ustalenie minimalnej zawartości cementu dla danej klasy ekspozycji. Stosowanie popiołu lotnego, zgodnie z PN-EN 206-1, wymaga spełnienia następujących warunków: popiół lotny/cement < 0,33 mas.; w przypadku zastosowania większych ilości popiołu lotnego nie należy uwzględniać jego nadmiaru przy obliczaniu współczynnika woda/cement + kx popiół oraz w minimalnej ilości cementu; w przypadku betonów zawierających cement CEM l zgodny z PN-EN 197-1 (krajowe uzupełnienie dopuszcza także stosowanie cementów portlandzkich wieloskładnikowych CEM II A) dopuszcza się następujące
. - b v :,: : QW wartości k: CEM 32,5 k = 0,2; CEM 42,5 i wyższe k = 0,4; minimalna zawartość cementu, wymagana w odpowiedniej klasie ekspozycji, może być zmniejszona maksymalnie o ilość kx (minimalna zawartość cementu w danej klasie ekspozycji - 200 kg/m 3 ). Dodatkowo ilość cementu + popiołu nie powinna być mniejsza niż minimalna zawartość cementu wymagana dla danej klasy ekspozycji. Wprowadzenie dodatków mineralnych typu II wymaga oczywiście przeprojektowania składu mieszanek betonowych z uwzględnieniem przedstawionych założeń. Norma PN-EN 206-1 nie podaje wartości współczynników k dla dodatków typu l, np. zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego o dobrych właściwościach hydraulicznych czy też typowych wypełniaczy nisko aktywnych. Podaje je np. norma francuska AFNOR - P 18-305: popiół lotny krzemionkowy k = 0,3; pył krzemionkowy k = 0,1; mączka wapienna k = 0,25; mączka kwarcowa k = 0,1; zmielony granulowany żużel wielkopiecowy k = 0,3. Uważam, że w celu stosowania dużej gamy dodatków mineralnych, nieuwzględnionych w normie 206-1, należałoby, podobnie jak we Francji, stworzyć formalnoprawne warunki ich stosowania przez opracowanie normy krajowej uzupełniającej normę 206-1. Opracowanie takich standardów aplikacyjnych dla warunków krajowych na podstawie rzetelnych wyników badań trwałości pozwoliłoby na eliminację aprobat technicznych, które jako dokumenty niższej rangi często kolidują z normą 206-1, co ma charakter patologiczny i jest zjawiskiem, które w dłuższej perspektywie powinno być zlikwidowane. Wartości k, podane za normą francuską dla innych dodatków mineralnych niż krzemionkowy popiół lotny i pył krzemionkowy, mogą ułatwić ustalenie ich przydatności, zgodnie z normą PN-EN 206-1 na podstawie europejskiej aprobaty technicznej lub postanowień przyjętych w kraju stosowania betonu, a dotyczących specjalnie zastosowania danego dodatku do betonu odpowiadającego EN 206-1. Dodatki mineralne kształtują wiele pozytywnych cech świeżego i stwardniałego betonu, w tym m.in.: poprawiają urabialność mieszanki betonowej (co ma szczególne znaczenie w przypadku mieszanek betonowych o konsystencji wilgotnej); zwiększają odporność betonu na korozję chemiczną (wskutek wiązania przez te dodatki wodorotlenku wapniowego Ca(OH) 2 ); zmniejszają porowatość stwardniałego betonu (a szczególnie udział porów kapilarnych, co prowadzi do zmniejszenia nasiąkliwości, współczynnika filtracji i przepuszczalności oraz do poprawy mrozoodporności); zmniejszają koszty produkcji dzięki oszczędności cementu. Dodatki pucolanowe i hydraulicznopucolanowe, do których należą przede wszystkim mielone żużle wielkopiecowe, popioły lotne wprowadzane z cementem lub bezpośrednio do mieszanek betonowych, znacznie zmniejszają zawartość Ca(OH) 2 w stwardniałym zaczynie cementowym, ponieważ wiążą go tworząc dodatkowe ilości uwodnionego krzemianu wapniowego - fazę CSH l. Wodorotlenek wapniowy, którego zawartość w stwardniałym zaczynie cementowym może dochodzić nawet do 20% (w przypadku gdy cement zawiera dużo alitu), wymywany jest najłatwiej z betonu, a także jest źródłem postępującej korozji siarczanowej, chlorkowej i siarczanowo-magnezowej. Wiązanie Ca(OH) 2 oraz utworzenie się dodatkowych ilości fazy CSH l prowadzi do zmiany struktury porów w stwardniałym zaczynie. Zmniejsza się udział porów kapilarnych - szczególnie niepożądanych dla trwałości betonu, a rośnie udział porów żelowych średnicy < 2 nm. Stosowanie w technologii betonów mączek i pyłów wapiennych jest znane i z dużym powodzeniem stosowane, pomimo tego, że mączki wapienne nie wykazują samodzielnych zdolności hydraulicznego wiązania i nie wykazują również właściwości pucolanowych. Zaliczane są więc do kategorii typowych wypełniaczy, które jednakże aktywnie zachowują się w matrycy cementowej, tworząc z C 3 A - glinianem trójwapniowym i glinoferrytem wapniowym z cementu uwodniony karboglinian wapniowy 3CaO AI 2 O 3 CaCO 3 11H 2 O. Powstający uwodniony monokarboglinian wapniowy znacznie podwyższa odporność betonu na korozję siarczanową (szczególnie przy podwyższonej zawartości C 3 A w cemencie). Wynika to z mniejszej reaktywności CaO AI 2 O 3 Ca- CO 3 11H 2 O z jonami siarczanowymi, aniżeli typowych uwodnionych glinianów wapniowych C 3 A Ca(OH) 2 12H 2 O i 3CaO AI 2 O 3 6H 2 O czy też uwodnionego monosiarczanoglinianu wapniowego C 3 A CaSO 4 12H 2 O. Ponadto powstawaniu uwodnionego monokarboglinianu wapniowego towarzyszy zjawisko redukcji porowatości i przepuszczalności zaczynu, co ogranicza porowatość kapilarną i korzystnie kształtuje mikrostrukturę strefy kontaktowej kruszywo - zaczyn w betonie. Powierzchnia bardzo drobnych ziarn wypełniacza węglanowego w matrycy cementowej ma właściwości epitaksjalne w stosunku do zarodków fazy CSH oraz portlandytu Ca(OH) 2 krystalizującego z roztworu, co powoduje, że zostaje skrócony okres indukcyjny hydratacji cementu, zwiększa się szybkość hydratacji krzemianów wapniowych, a szczególnie C 3 S, a w efekcie wzrasta dynamika narastania wytrzymałości wczesnych cementu. Zgodnie z A.M. Neville'em (Właściwości betonu, wydanie IV, Polski Cement, Kraków 2000), który podaje za Ramachandramem, pozytywna rola wypełniacza węglanowego nie ogranicza się tylko do roli czynnika zarodnikującego krystalizację fazy CSH z roztworu, ale również modyfikuje on strukturę fazy CSH, wpływając korzystnie na mikrostrukturę stwardniałego zaczynu cementowego w betonie. Na zespół korzystnych czynników wynikających z obecności kredy piszącej w mieszance betonowej, a także matrycy cementowej i stwardniałym betonie wibroprasowanym wpływają następujące czynniki: poprawa właściwości reologicznych i warunków zagęszczania betonu jako skutek obecności dodatku mineralnego o bardzo wysokim stopniu rozdrobnienia; zmniejszenie porowatości ogólnej stwardniałego betonu, a szczególnie eliminacja porów kapilarnych w wyniku jego uszczelnienia, co bardzo korzystnie wpływa na trwałość betonu; 5'2005 (nr 393) - Ms
poprawa wytrzymałości wczesnych (1-7-dniowych) oraz końcowych; ograniczenie skurczu i pełzania oraz wzrost sprężystości betonu; poprawa odporności betonu na korozję chemiczną (a szczególnie siarczanową); zmniejszenie skłonności betonu do odsychania, co bardzo korzystnie wpływa na przebieg jego dojrzewania; skrócenie czasu dojrzewania betonów wibroprasowanych przez wypełnienie funkcji czynnika zarodnikującego powstawanie kalcytu i kolmatującego pory kapilarne (co stanowi podstawowy czynnik decydujący o eliminacji wtórnych wykwitów węglanowych na powierzchni betonu wibroprasowanego); poprawa wybarwienia stwardniałego betonu oraz oszczędność pigmentów (szczególnie w warstwie fakturowej); możliwość oszczędności cementu 10-25% w zależności od jamistości stosu okruchowego kruszywa oraz warunków zagęszczania mieszanki betonowej. Domieszki chemiczne stosowane w technologii betonu wibroprasowanego odgrywają bardzo poważną rolę w zespole czynników technologicznych odpowiedzialnych za kształtowanie trwałości betonu. Zdarza się, że niektórzy producenci, aby obniżyć koszty produkcji, gotowi są zrezygnować z ich stosowania, co często ma katastrofalny wpływ na jakość produkowanych wyrobów wibroprasowanych. Dlaczego więc stosowanie domieszek chemicznych w tej technologii jest konieczne? Ich zadaniem jest: dążenie do eliminacji niektórych słabych stron spoiw mineralnych; wzbogacenie oferty rynkowej przemysłu cementowego o nowe rodzaje cementów (szczególnie zawierających podwyższone ilości dodatków mineralnych); powszechne stosowanie dodatków mineralnych bezpośrednio do mieszanek betonowych; dążenie do uzyskania zadanych cech świeżego i stwardniałego betonu wibroprasowanego. Warunkiem prawidłowego zastosowania domieszek chemicznych jest dostosowanie ich do cech stosowanego cementu i dodatków mineralnych, a szczególnie: charakterystyki fizykochemicznej klinkieru, z którego wyprodukowano cement; -składu chemicznego i mineralnego cementu, zwłaszcza zawartości C 3 A, wielkości stosunku C 3 A/C 4 AF oraz zawartości rozpuszczalnych soli alkalicznych; stopnia rozdrobnienia cementu; rodzaju i ilości dodatków mineralnych. Skuteczność oddziaływania domieszki chemicznej zależy od jej charakteru chemicznego, zaaplikowanej ilości oraz prawidłowego zastosowania. Natomiast o skuteczności stosowania domieszek chemicznych w produkcji betonu wibroprasowanego decyduje zwykle: ścisłe przestrzeganie ilości dodawanej domieszki chemicznej podanej przez producenta; przestrzeganie kolejności dozowania składników oraz zapewnienie właściwego stopnia homogenizacji mieszanki betonowej; stworzenie odpowiednich warunków technicznych dozowania domieszek chemicznych; dostosowanie domieszek chemicznych do warunków organizacyjno-technicznych produkcji mieszanek betonowych (czas przerobu, sposób dozowania, postać domieszki, warunki homogenizacji mieszanki betonowej); przestrzeganie prawidłowych warunków magazynowania domieszek w zimie (ogrzewane magazyny w celu zapobiegania przemrożeniu domieszek); stabilne warunki produkcji, a przede wszystkim stosowanie cementów od tego samego producenta (stabilność bazy klinkierowej cementów) oraz dodatków mineralnych z tego samego źródła. Reasumując, stosowanie domieszek chemicznych umożliwia kształtowanie najważniejszych cech świeżego i stwardniałego betonu wibroprasowanego, a szczególnie powoduje: poprawę zdolności do homogenizacji mieszanek betonowych o konsystencji wilgotnej; poprawę urabialności zapewniającej prawidłowe zagęszczanie mieszanek betonowych; zmniejszenie zużycia cementu przy zachowaniu tej samej urabialności i wytrzymałości stwardniałego betonu; zapewnienie wysokich wytrzymałości wczesnych i końcowych stwardniałego betonu; zapobieganie szybkiemu odsychaniu wody zarobowej, co sprzyja utrzymaniu prawidłowej zdolności do zagęszczania oraz pełnej hydratacji cementu w betonie; kształtowanie odpowiedniej mikrostruktury betonu (o najmniejszym udziale porów kapilarnych, najwyższym udziale porów żelowych o średnicy < 2 nm i odpowiednim napowietrzeniu), co pozwala na ograniczenie nasiąkliwości, obniżenie przepuszczalności cieczy i gazów, a w konsekwencji poprawia mrozoodporność betonu w obecności środków odladzających, odporność na korozję chemiczną i ogranicza wtórne wykwity węglanowe; poprawę zwartości mieszanki betonowej podczas wibroprasowania, co ogranicza klejenie się mieszanki betonowej do stempla i formy; oddziaływanie dyspergujące na pigmenty, co powoduje lepsze wybarwienie betonu, poprawę propagacji pigmentu w zaczynie i jednorodność barwy betonu, a także obniżenie zużycia kosztownych pigmentów; zastosowanie cementów o zróżnicowanym składzie mineralnym oraz dodatków mineralnych wprowadzanych z cementem lub bezpośrednio do mieszanek betonowych; zmniejszenie kosztów zagęszczania i pielęgnacji betonów; poprawę estetyki wyrobów; wydłużenie żywotności form i urządzeń wibroprasujących. Stosowanie domieszek chemicznych z grupy plastyfikatorów, a nawet superplastyfikatorów, o działaniu lekko napowietrzającym i hydrofobizującym, nabiera znaczenia w przypadku stosowania wysoko wodożądnych dodatków mineralnych i wypełniaczy oraz cementów z dodatkami mineralnymi w celu poprawy trwałości warstwy fakturowej w warunkach oddziaływania mrozu i środków odladzajacych. V : ; -;;; ;- 5'2005 (nr 393)
: - TE Trwałość betonu wibroprasowanego w kontekście dotychczasowych wymagań krajowych i nowych norm europejskich W dotychczasowych kryteriach wydawania aprobat technicznych IBDiM betonowej kostce brukowej stawiano następujące wymagania: - odpowiedni kształt, wymiary i wygląd zewnętrzny; - wytrzymałość na ściskanie powyżej 50 MPa w przypadku odmiany l i 35 MPa w przypadku odmiany II; - nasiąkliwość <5,0% mas.; - ścieralność na i N.. : tarczy Boehmego <3,5 mm w przypadku l klasy ścieralności i <4,5 mm dla II klasy; - mrozoodporność F 125 przy ocenie metodą bezpośrednią w wodzie i F 30 przy ocenie metodą bezpośrednią w 3% roztworze NaCI; - odpowiednia szorstkość (badanie nieobligatoryjne). Nowa norma PN- EN 1338:2005 stawia inne wymagania w zakresie niektórych cech serii próbek ' 1 (wysokość 60 mm) 2 (wysokość 80 mm) 3 (wysokość 60 mm) 4 (wysokość 80 mm) 5 (wysokość 60 mm) 6 (wysokość 60 mm) betonowej kostki brukowej, a szczególnie jej trwałości. Proponuje ona m.in. zastąpienie oceny wytrzymałości na ściskanie oceną wytrzymałości na rozciąganie przez rozłupywanie, oraz wprowadzenie zmodyfikowanej i znacznie bardziej wymagającej metody zbliżonej do tzw. skandynawskiej oceny mrozoodporności w obecności środków odladzających. Metody te opisałem w artykule pt. Wymagania i metodyka badań betonowej kostki brukowej zgodnie z normą europejską EN 1338" opublikowanym w Materiałach Budowlanych" nr 11 z 2002 r., str. 7-9. Obniżony poziom wymagań krajowych w stosunku do starej normy niemieckiej DIN 18501 spowodował, że część producentów podporządkowała się wyłącznie wymaganiom krajowym. Efektem tego jest przeprojektowanie receptur w kierunku radykalnego obniżenia zużycia cementu, a także ograniczenia lub nawet wyeliminowania domieszek chemicznych. W efekcie wielu producentów produkuje kostkę brukową, która nie spełnia wymagań normy PN-EN 1338:2005 dotyczących wytrzymałości na rozciąganie przez rozłupywanie (3,6 MPa) i mrozoodporności w 3% roztworze NaCI. W tabeli przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na ściskanie betonowej kostki brukowej (na powierzchniach przeszlifowanych) spełniającej wymagania normy DIN 18501 oraz wymagania dla porównania wyniki badań wytrzymałości na rozciąganie przez rozłupywanie. ściskanie [MPa] + ^ R = 77,6 R = 67,5 s"= 9,0 R = 80,2 fc = 67,0 s = 9,8 R = 56,9 R = 53,5 s = 3,2 R = 54,6 R = 50,0 s = 3,8 R = 45,4 R* = 40.6 s = 3,7 R =45,1 R* = 42,8 s = 2,1 rozciąganie przez f\= 6,9 R rm n = 5,4 R =5,3 R rmi = 5,0 R r = 3,6 R rmin = 3,1 R = 3,2 R rmin = 2,9 ą = 3,3 R rmin = 2 ' 9 R =2,7 R rmin = 2,3 Z tabeli wynika, że betonowa kostka brukowa serii 1 i 2 spełnia wymagania normy DIN 18501 w zakresie wytrzymałości na ściskanie oraz wymagania normy PN-EN 1338:2005 w zakresie wytrzymałości na rozciąganie. Betonowa kostka brukowa serii 3, 4, 5, 6, spełniająca wymagania krajowe dla odmiany l i II, praktycznie nie spełnia wymagań tej normy. Badane kostki wykonano wg tzw. receptur ubogich (zużycie cementu 240-280 kg/m 3 betonu). Należy dodać, że kostki brukowe tych serii nie spełniają również kryteriów trwałości w zakresie oddziaływania mrozu i środków odladzających zmodyfikowaną metodą skandynawską, co będzie przedmiotem osobnej publikacji. Przeprowadzone badania wskazują na konieczność zdecydowanej poprawy jakości betonowej kostki brukowej w warunkach krajowych i dostosowania technologii produkcji do wymagań normy PN-EN 1338:2005. IZOLMIU G D A Ń S K J PAPY ZGRZEWALNE BIT J PAPA SAMOPRZYLEPNA PAPA WENTYLACYJNA PERFOROWANA Profesjonalne rozwiązania termo- i hydroizolacyjne 9 produkcja a sprzedaż o doradztwo techniczne > transport Przedsiębiorstwo Produkcji Materiałów Budowlanych IZOLMATs P.zo.o. 80-051 Gdańsk, ul. Sandomierska 38 Sekretariat (058) 301-51-81 Dział Sprzedaży (058)301-82-61 (058) 301-43-19 FAX (058) 301-25-12 e-mail: izolmat@izolmat.com.pl www.izolmat.com.pl 5 '2005 (nr 393},.. suw