Dodatki do betonu

Jerzy Liniewicz

Dodatki do betonu to substancje, dzięki którym mieszanka betonowa i beton nabierają określonych i pożądanych właściwości. Przede wszystkim łatwiej poddają się obróbce i zagęszczaniu, nawet w niesprzyjających warunkach otoczenia.

Beton to mieszanka kompozytowa, w skład której wchodzi cementowe spoiwo, wypełniacz (kruszywo) i woda. bezpośrednio po wymieszaniu ma on konsystencję ciała lepkoplastyczno-stałego. W ciało stałe przechodzi dzięki hydratacji (uwodnieniu) cementu. W procesie tym niewielka część wody znajdującej się w świeżej mieszance betonowej. Reszta odparowuje, ale jest nie mniej ważna, bo dzięki niej beton uzyskuje swoją strukturę i określone właściwości. Odparowująca z betonu woda pozostawia w jego strukturze betonu sieć kanałów (kapilar). Im są one większe i liczniejsze, tym słabszy i mniej trwały jest beton.

W niesprzyjających warunkach (niska wilgotność powietrza, intensywne światło słoneczne, wysokie temperatury, silny wiatr) w ciągu godziny z powierzchni 1 m2 świeżego betonu mogą wyparować nawet 4 litry wody. Producentom i odbiorcom betonu zależy na otrzymaniu betonu płynnego (jest łatwy przy obróbce i zagęszczaniu), ale nie osłabionego nadmiarem wody. Dodatki do betonu, pozwalają osiągnąć ten cel, ponieważ w pożądany sposób modyfikują cechy mieszanki betonowej i betonu. Wtedy staje się on lepszym materiałem budowlanym.

Definicja dodatków do betonu według norm

Norma PN-EN 934-2:2012 „Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu” jest głównym obowiązującym dokumentem regulującym kwestię dodatków do betonu. Zgodnie z nią domieszka (dodatek) to “materiał dodawany podczas wykonywania mieszanki betonowej w ilości nieprzekraczającej 5% masy cementu w betonie, w celu zmodyfikowania właściwości mieszanki betonowej i/lub stwardniałego betonu”. Jeśli materiał modyfikujący właściwości mieszanki (betonu) przekracza 5% masy cementu, określa się go mianem dodatku.

Przytoczona powyżej norma klasyfikuje domieszki na podstawie kryterium, jakim jest efekt działania dodanego środka (np. domieszki uplastyczniające, napowietrzające, opóźniające, wielofunkcyjne).

Pamiętaj, że…

Zgodnie z normą PN-EN 206-1 całkowita ilość domieszek nie powinna przekraczać dopuszczalnej największej ilości określonej przez producenta. Nie powinna być też generalnie większa niż 50 g na 1 kg cementu.

Jeśli domieszki jest mniej niż 2 g na 1 kg cementu, koniecznie należy ją najpierw wymieszać z częścią wody zarobowej.

Gdy ilość płynnych domieszek przekracza 3 dm3/m3 betonu, to zawarta w nich woda musi być uwzględniona przy obliczaniu wskaźnika w/c.

Stosując więcej niż jedną domieszkę, należy najpierw zbadać ich wzajemną kompatybilność, gdyż nie każda kombinacja domieszek może dać założony efekt.

W każdym przypadku, gdy dodawane są domieszki, należy stosować się do zaleceń producenta.

Warunkiem koniecznym skutecznego działania domieszek jest użycie jej w prawidłowo zaprojektowanym i wytworzonym betonie.


Plastyfikatory

Najliczniejsza grupa wykorzystywanych w produkcji betonu domieszek to te, które zmniejszają ilość wody w mieszance betonowej przy zachowaniu dotychczasowej konsystencji. Dzieli się je na dwie grupy: plastyikatory i superplastyfikatory. Zgodnie z przedmiotową normą  plastyfikatory (środki uplastyczniające) pozwalają ograniczyć ilość wody zarobowej w ilości nie mniejszej niż 5% (zwykle od 5 do 18%). Superplastyfikatory (środki upłynniające) natomiast potrzebę użycia wody redukują przynajmniej o 12% (zwykle od 12 do 30%). Druga generacja superplastyfikatorów daje nawet możliwość zmniejszenia zapotrzebowania na wodę o ponad 30%.

dodatki-do-betonu
Wikipedia

Plastyfikatory i superplastyfikatory zwiększają ciekłość mieszanki. Dzięki temu poprawiają jej urabialność (przy zachowaniu stałego wskaźnika woda/cement) lub zwiększają jej wytrzymałość przy zachowaniu stałej konsystencji (w porównaniu z betonem bez domieszki zmniejszenie wartości wskaźnika w/c).

Stosowanie dodatków jest lepszą i tańszą metodą, niż zwiększanie w betonie ilości wody i cementu. Jeżeli zamiast nich użyjemy dodatkowej ilości wody, doprowadzi to do pogorszenia jakości i parametrów samej mieszanki i betonu (gorszy współczynnik w/c). Chcąc „bronić” jakości takiej mieszanki (i samego betonu), powinniśmy dodać do niej cementu. A to niestety składnik bardzo kosztotwórczy. Użycie domieszki redukującej ilość wody to po prostu sensowny kompromis między walorami użytkowymi mieszanki, jakością a kosztami. Szczególnie superplastyfikatory pozwalają na wyrób betonu o bardzo niskim wskaźniku w/c (specjaliści mawiają: mało wody – dobry beton).


Jak to zrobić?

Domieszki uplastyczniające dodawane są do wody zarobowej. Zapotrzebowanie na nie waha się w granicach od 0,2 do 0,5% masy cementu. Znawcy tematu uczulają, aby dokładnie je dozować. Przedozowanie plastyfikatorów może spowodować opóźnienie wiązania betonu. A są też i takie wśród nich, które przedozowane prowadzą do nadmiernego napowietrzenia mieszanki. To zaś obniża jego wytrzymałość.

dodatki-do-betonuSuperplastyfikatory pozwalają w większym stopniu zmniejszyć ilość wody zarobowej przy zachowaniu tej samej konsystencji, co pozwala uzyskać beton o wyższych wytrzymałościach. Jeśli jednak – stosujac superplastyfikator – zmniejszymy też zużycie cementu o 10 do 20%, zachowując jednocześnie konsystencję jak w betonie bez domieszki, otrzymamy niezmienioną i pierwotnie założoną wytrzymałość betonu.

Czas działania superplastyfikatorów jest ograniczony do 1,5 godziny. Po tym czasie tracą one właściwości upłynniania mieszanki. Dlatego też w niektórych przypadkach dozuje się je dwuetapowo lub w kombinacji z plastyfikatorami. Aby uniknąć powtórnego dozowania w miejscu wbudowania świeżego betonu (co jest kłopotliwe w wykonaniu i jednocześnie trudne do kontrolowania), projektuje się beton o wyższej konsystencji w miejscu produkcji (znając wymagany czas transportu i wbudowania).


Napowietrzacze

Ich działanie polega na wytworzeniu w świeżej mieszance betonowej dużej ilości niewielkich pęcherzyków powietrza (o wielkości od 10 do 300 mm), które zamykają obecną w strukturze każdego betonu sieć kapilar.  Gdy kapilary są otwarte, z otoczenia przedostaje się do nich woda i różne substancje szkodliwe. W niskich temperaturach ta woda zamarza, co może doprowadzić do rozsadzania betonu. Napowietrzacze mają temu zapobiec.

Stosowanie napowietrzaczy zaleca się zwłaszcza wtedy, gdy na beton działa woda podlegająca cyklicznemu zamarzaniu i odmarzaniu. Napowietrzacze ograniczają te zjawiska i są stosowane przy budowlach, w których beton narażony jest na działanie mrozu, wody, soli i substancji odladzających. Są to głównie drogi, mosty, lotniska, zaprawy tynkarskie oraz okładziny zewnętrzne. W wielu krajach stosowanie tego typu domieszek jest obligatoryjne przy tego typu konstrukcjach.

Przyspieszacze i domieszki przeciwmrozowe

Przyspieszacze skracają czas potrzebny do rozpoczęcia przechodzenia mieszanki betonowej ze stanu plastycznego w sztywny (definicja normowa). Stosuje się je przy betonowaniu natryskowym lub w trakcie doraźnych napraw w prefabrykacji. Skracają wówczas okresy produkcyjne.

Domieszki przeciwmrozowe najczęściej obniżają temperaturę zamarzania wody, przyspieszają hydratację cementu oraz obniżają ilość wody zarobowej potrzebnej do wyprodukowania betonu. Dzięki nim hydratacja cementu może dokonywać się nawet w temperaturze poniżej –10 °C. W takich warunkach mieszanka wykonana bez domieszki ulega uszkodzeniu. Dzieje się tak na skutek wzrostu ciśnienia, jaki wywiera na nią krystalizująca w porach woda.

Przeciwmrozowe dodatki do betonu to najczęściej kombinacja różnym domieszek – układy superplastyfikator i przyspieszacz. Dzięki ich połączonemu działaniu beton szybciej się wiąże i osiąga taki poziom wytrzymałości, że lód nie spowoduje w nim wspomnianych zniszczeń.

Opóźniacze

To dodatki do betonu, które opóźniają jego wiązanie się. Stosuje się je w okresie letnim, gdy panują wysokie temperatury. Opóźniacze zwiększają też możliwości transportu mieszanki (można ją wozić dalej lub przeznaczyć na transport więcej czasu) oraz jej pompowanie. Poza tym – przy układaniu betonu w sposób ciągły na dużych powierzchniach i przy dużych objętościach – pozwalają one zachować monolityczny charakter konstrukcji.

Stabilizatory i domieszki kompleksowe

 

dodatki-do-betonu
GDDKiA

Bazę chemiczną stabilizatorów stanowią najczęściej pochodne celulozy lub syntetyczne kopolimery. Wykorzystywane są do produkcji betonów bardzo ciekłych i samozagęszczalnych. Tego typu dodatki do betonu służą do uzyskania bardziej spójnej mieszanki. Woda nie oddziela się w niej od kruszywa nawet, gdy mieszanka jest bardzo ciekła. Stabilizatory stosuje się zatem najczęściej wtedy, gdy transport mieszanki betonowej trwa długo i ma ona być pompowana.

Kompleksowe dodatki do betonu mają więcej niż jednofunkcyjne działanie. Dodaje się je do betonu wtedy, gdy Efekt pojedynczej domieszki jest niewystarczający dla danej inwestycji. Najczęściej stosowane domieszki kompleksowe to:

  • opóźniające  i upłynniające – beton towarowy,
  • przyspieszające i upłynniające – beton towarowy produkowany zimą,
  • napowietrzające i upłynniające – beton mrozoodporny,
  • upłynniające, opóźniające i napowietrzające – betony mostowe i drogowe.

 

Czy wiesz, że…?

Historia domieszek sięga kilku tysięcy lat. Już starożytni budowniczowie poszukiwali modyfikatorów dla stosowanych wówczas materiałów budowlanych. Ich właściwości próbowali zmieniać, wykorzystując substancje naturalne, takie jak jaja, krew, tłuszcze, włókna roślin. Stosowali je intuicyjnie, bez podstaw naukowych, a ich skuteczność sprawdzali metodą prób i błędów.

Prawdziwa historia domieszek rozpoczyna się na początku XX wieku. Wtedy to po wielu latach prób oddziaływania na czas wiązania cementu wprowadzono do handlu pierwsze produkty na bazie chlorku wapnia. Od tego momentu następuje gwałtowny wzrost zainteresowania domieszkami. Na rynkach światowych domieszki do betonu stosuje się z powodzeniem od końca lat 60. XX wieku. Obecnie ponad 80% betonu wykonuje się z zastosowaniem domieszek i modyfikatorów chemicznych.

W Polsce dodatki do betonu nie mają aż tak długiej historii, choć z pewnością skala ich stosowania wzrasta. Dzieje się to za sprawą coraz bardziej śmiałych projektów, wymagających od zastosowanych w nich materiałów (zwłaszcza betonu) spełnienia często specyficznych wymagań. Bez dodatków do betonu nie można byłoby osiągnąć.


CZYTAJ TAKŻE: Odkształcenia skurczowe i termiczne wylewek betonowych

Ochrona przeciwpożarowa konstrukcji betonowych