Technologia betonu

1. Domieszki stałe w technologii suchych zapraw Technologia betonu Kraków, 2012 r.

2. WPROWADZENIE Współczesna technologia betonu wspomagana jest bardzo często przez produkty chemii budowlanej. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się domieszki chemiczne dodawane do betonów w trakcie jego produkcji • Zgodnie z normą PN-EN 934-2: DOMIESZKA – to materiał dodawany podczas wykonywania mieszanki betonowej w ilości nie przekraczającej 5% masy cementu w betonie, w celu zmodyfikowania właściwości mieszanki betonowej i/lub stwardniałego betonu.

3. KLASYFIKACJA DOMIESZEKzgodnie z PN – EN 934-2 Zwiększające więźliwość wody Napowietrzające Redukujące ilość wody Przyspieszające wiązanie Przyspieszające twardnienie Domieszki do betonu Kompleksowe Opóźniające wiązanie Zwiększające wodoodporność

4. Inny spotykany w literaturze podział domieszek http://www.inzynierbudownictwa.pl/technika,materialy_i_technologie,artykul,domieszki_do_betonu,178

5. PODZIAŁ DOMIESZEK DYSPERGUJĄCYCH

6. DOMIESZKI REDUKUJĄCE ZAWARTOŚĆ WODY ŚRODKI UPLASTYCZNIAJĄCE ŚRODKI UPŁYNNIAJĄCE PLASTYFIKATORY PL SUPERPLASTYFIKATORY SP tradycyjne i nowej generacji 5 do 12 % > 12 % (do 30%)

7. PLASTYFIKATORY (Pl) Domieszki uplastyczniające to substancje organiczne, których działanie dyspergujące – zwiększające ruchliwość ziaren – zwiększa płynność zaczynu • sole kwasów lignosulfonowychLG, (lignosulfoniany sodu i wapnia) • sole kwasów hydroksykarboksylowychHK, • polimery hydroksylowaneHP. • WYGLĄD: • Brązowa ciecz • o nieprzyjemnym zapachu • DOZOWANIE: • Do 0,5% względem • masy cementu • ZANIECZYSZCZENIA: • - cukry • substancje • powierzchniowo – czynne

8. WYMAGANIA STAWIANE PLASTYFIKATOROM • Zgonie z wymaganiami normy PN-EN 934-2: • Zmniejszenie ilości wody zarobowej o co najmniej 5% w stosunku do mieszanki nie modyfikowanej o takiej samej konsystencji. • Wytrzymałość na ściskanie po 7 i 28 dniach betonu wykonanego z użyciem plastyfikatora powinna wynosić co najmniej 110% wytrzymałości betonu kontrolnego. • Objętościowa zawartość powietrza w mieszance modyfikowanej betonowej może być maksymalnie o 2% większa w stosunku do mieszanki kontrolnej. DODATEK RZĘDU: 0,1 – 0,5% w stosunku do masy cementu

9. MECHANIZM DZIAŁANIA PLASTYFIKATORÓW Związki lignosulfonowe mają budowę dwubiegunową (dipolową). Biegun naładowany ujemnie jest hydrofobowy i łączy się powierzchniowo (orientuje się) z cząsteczką wody, biegun naładowany dodatnio zaś łączy się z cząstką cementu. Grudki cementu rozpadają się na mniejsze cząstki, zmniejsza się napięcie powierzchniowe na powierzchni ziaren zwilżanych przez wodę zarobową, a drobne ziarna cementu łatwiej przesuwają się względem siebie

10. SUPERPLASTYFIKATORY (SP) WYGLĄD: brązowa (SNF) lub jasna (SMF) ciecz o neutralnym zapachu DOZOWANIE: Dodatek rzędu 0,1 – 0,3% w stosunku do masy cementu Domieszki upłynniające to polimery złożone z monomerów Związki wielkocząsteczkowe, których cząsteczki o rozwiniętej budowie liniowej, pozwalają dobrze otaczać ziarna cementu i tym samym skuteczniej na nie działać. • • sulfonowane kondensaty melaminowo - formaldehydoweSMF, • • sulfonowane kondensatynaftaleno - formaldehydoweSNF, • • modyfikowane sulfoniany (sole kwasów lignosulfonowych)MLG, • inne, np. sulfonowane aminy aromatyczne AS

11. SUPERPLASTYFIKATORY I GENERACJI SNF sulfonowane kondensaty naftalenowo - formaldehydowe SMF sulfonowane kondensaty melaminowo - formaldehydowe

12. WYMAGANIA STAWIANE SUPERPLASTYFIKATOROM • Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 934-2: • A. Stała konsystencja: • Zmniejszenie ilości wody zarobowej • o co najmniej 12% w stosunku do • mieszanki nie modyfikowanej o takiej • samej konsystencji. • Wytrzymałość na ściskanie po 1 – co najmniej 140%, po 28 dniach – co najmniej 115% wytrzymałości betonu kontrolnego. • B. Stałe W/C: • Zwiększenie opadu stożka o co najmniej 120 mm lub rozpływu o 160 mm. Po 30 min od dodania domieszki ciekłość mieszanki nie powinna być mniejsza od początkowej wartości. • Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach, nie mniejsza niż 90% wytrzymałości betnonu kontrolnego (niemodyfikowanego) • Objętościowa zawartość powietrza w mieszance modyfikowanej betonowej może być większa o nie więcej niż 2% w stosunku do mieszanki kontrolnej.

13. Skąd różnica pomiędzy LS a SNF, SMF? SNF i SMF to produkty syntezowane przemysłowo w instalacjach chemicznych Mniej zanieczyszczeń Mniej działań ubocznych Możliwość wyższego dozowania Większe możliwości modyfikacji mieszanki

14. PN-EN 934–2 Domieszka redukująca ilość wody / uplastyczniająca – domieszka, która umożliwia zmniejszenie zawartości wody w danej mieszance betonowej bez wpływu na jej konsystencję, lub która bez zmniejszania ilości wody powoduje zwiększenie opadu stożka/rozpływu lub wywołuje oba te efekty jednocześnie Domieszka znacznie redukująca ilość wody / upłynniające – domieszka, która umożliwia znaczne zmniejszenie zawartości wody w danej mieszance betonowej bez wpływu na jej konsystencję, lub która bez zmniejszenia ilości wody powoduje znaczne zwiększenie opadu stożka/rozpływu lub wywołuje oba te efekty jednocześnie

15. SUPERPLASTYFIKATORY I GENERACJI A skąd wiadomo że tak jest?

16. Beton – konsystencja i domieszki adsorpcja posiadających ładunek ujemny łańcuchów elektrostatyczne odpychanie ziaren cementu

17. Elektrostatyczny Smarny Mechanizm działania superplastyfikatorów Hydrofilowy Steryczny

18. MECHANIZM SMARNY SMF (sulfonowane żywice melaminowo – formaldehydowe) tworzą na ziarnach cementu i mikrowypełniaczy tzw. warstwy „smarne”, o grubości molekularnej, oddzielające poszczególne ziarna. Ze względu na swoją charakterystyczną budowę domieszki te stwarzają poślizg między cząsteczkami, zmniejszając tym samym tarcie wewnętrzne mieszanki betonowej

19. MECHANIZM ELEKTROSTATYCZNY SNF (sulfonowane żywice naftalenowo – formaldehydowe) otaczają ziarna cementu ładunkami ujemnymi, powodującymi ich wzajemne odpychanie się To wzajemne odpychanie przeciwdziała flokulacji, czyli łączeniu się ziaren cementu w większe agregaty

20. MECHANIZM HYDROFILOWY MLS - modyfikowane lignosulfoniany wapniowe lub sodowe, a także inne produkty, jak kopolimery kwasu mrówkowego z kwasem naftaleno-sulfonowym lub kwasem metylonaftaleno-sulfonowym zmniejszają napięcie powierzchniowe wody w stosunku do cementu i mikrowypełniaczy Superplastyfikatory te jako środki powierzchniowo czynne tworzą warstwę adsorpcyjną na powierzchni wody skutkiem czego widać zmniejszenie napięcia powierzchniowego i zwilżanie ziarna cementu

21. MECHANIZM STERYCZNY Mechanizm taki wykazuje nowa generacja domieszek upłynniających. Są to związki z grupy polikarboksylanów (PC), kopolimerów kwasu akrylowego z akrylanami (CAE) oraz sieciowanych żywic akrylowych (CLAP) Na skutek geometrycznego ukształtowania łańcuchów polimeru na powierzchni ziaren, ziarna cementu nie mogą zbliżyć się do siebie. Steryczny mechanizm działania domieszek nowej generacji powoduje, że działają one „zapobiegawczo” – zamiast rozbijać już powstałe aglomeraty ziaren cementu, utrudniają ich powstawanie

22. KIERUNKI DZIAŁANIA DOMIESZEK UPŁYNNIAJĄCYCH c (ciekłość) = const w/c = const f = const urabialność urabialność = const c = const w/c f w/c = const urabialność = const f = const c

23. Istota modyfikacji zapraw domieszkami dyspergującymi Redukcja ilości wody przy zachowaniu stałej konsystencji poprawa konsystencji przy zachowaniu stałego W/C zmniejszenie ilości cementu przy stałej konsystencji i W/C

24. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SKUTECZNOŚĆ DOMIESZKI OBECNOŚĆ INNYCH DOMIESZEK SKŁAD DOMIESZKI ILOŚĆ DOMIESZKI SKUTECZNOŚĆ DOMIESZKI RODZAJ CEMENTU CZAS MIESZANIA W/C RODZAJ KRUSZYWA TEMPERATURA

25. WPŁYW DODATKU PLASTYFIKATORA I SUPERPLASTYFIKATORA NA CZAS I ODLEGŁOŚĆTRANSPORTOWĄ MIESZANKI BETONOWEJ Rys. Zmiana konsystencji mieszanki betonowej wraz z upływem czasu

26. WPŁYW DODATKU PLASTYFIKATORA I SUPERPLASTYFIKATORA NA CZAS I ODLEGŁOŚĆTRANSPORTOWĄ MIESZANKI BETONOWEJ cd. Rys. Zmiana konsystencji mieszanki betonowej wraz z upływem czasu przyjęto standardową mieszankę betonową (cement 32,5 – 350 kg, kruszywo –1850 kg, woda – 175 l, wskaźnik wodno – cementowy w/c = 0,5, konsystencja plastyczna).

27. Plastyfikatory i syperplastyfikatory „+” • Plastyfikatory i upłynniacze (superplastyfikatory) pozwalają na redukcję ilości wody w mieszance betonowej i jednocześnie poprawę jej urabialności. • Dodając te domieszki uzyskać można jednorodną mieszankę betonową o lepszej plastyczności, dającą się lepiej transportować, układać, formować i zagęszczać.

28. Superplastyfikatory => „minusy” Pewną niedogodność w stosowaniu domieszek upłynniających stanowi fakt, iż ich czas działania jest ograniczony i domieszki z upływem czasu tracą swe właściwości upłynniania – po 60-90min mieszanka powraca do pierwotnej urabialności Wydłużenie czasu upłynnienia można uzyskać przez dozowanie porcjami. Zaleca się dodawanie dwukrotne: -> w węźle betoniarskim (dozowanie pierwotne) -> i bezpośrednio przed układaniem i zagęszczaniem mieszanki betonowej (dozowanie wtórne)

29. Domieszki napowietrzające Domieszki napowietrzające tworzą i stabilizują w mieszance betonowej zamknięte pęcherzyki powietrza, które pozostają w stwardniałym betonie, jako równomiernie rozmieszczone mikropory. Pęcherzyki powstałe w wyniku wprowadzenia domieszki napowietrzającej charakteryzują się małą średnicą 20-300 μm, są rozłożone w odległościach 120-250 μm i otoczone cienką warstwą zaczynu

30. Wprowadzenie domieszek napowietrzających powoduje zmianę struktury betonu przez co uzyskuje się znaczną poprawę mrozoodporności. • W masie betonu powstają równomiernie rozłożone niewielkie pęcherzyki powietrza, które „przerywają” pory kapilarne. Woda zamarzając w kapilarach zwiększa swoją objętość, a powstający lód zamiast rozsadzać beton wciska się w powstałe pory powietrzne.

31. Domieszki opóźniające wiązanie • Domieszki opóźniające wydłużają reakcję hydratacji cementu i spowalniają wydzielanie ciepła hydratacji. • Są one niezbędne w transporcie betonu towarowego na większą odległość, w technologii betonów masywnych (betonowanie ciągłe warstwami) i w pracach prowadzonych w wysokich temperaturach otoczenia.

32. Domieszki przyspieszające wiązanie Domieszki przyspieszające zwiększają szybkość reakcji między cementem a wodą, skracając czas przejścia z postaci plastycznej w stałą. Są one stosowane głównie w szybkich naprawach (np. tamponaż), w betonach natryskowych, w niektórych przypadkach pomocniczo jako preparat ułatwiający betonowanie w okresie niskich temperatur.

33. Domieszki przyspieszające twardnienie • Celem stosowania domieszek przyspieszających twardnienie jest zwiększenie dynamiki przyrostu wytrzymałości betonu w czasie. • Przyspieszony zostaje przyrost wytrzymałości początkowej betonu, zwykle przy braku negatywnego wpływu na wytrzymałość końcową. • Działanie tych domieszek polega głownie na skróceniu czasu wydzielania ciepła hydratacji cementu. Z tego względu znajdują one szczególne zastosowanie w prefabrykacji, gdyż z ich użyciem można ograniczyć lub wyeliminować obróbkę cieplną formowanych elementów.

34. Domieszki ekspansywne Domieszki ekspansywne są preparatami działającymi kompleksowo; uplastyczniają mieszankę, opóźniają wiązanie i powodują jej spęcznienie. Są stosowane jako domieszki do zapraw iniekcyjnych, w tym do wypełnienia kanałów w elementach sprężonych. Używane są także do iniekcyjnego wypełniania wolnych przestrzeni i szczelin w konstrukcjach betonowych i murowych.

35. Domieszki stabilizujące • Domieszki stabilizujące zwiększają więźliwość wody i kohezję mieszanki betonowej. Staje się ona bardziej jednorodna i ma mniejszą skłonność do segregacji i wydzielania wody. • Stosuje się je w betonach zwykłych, lekkich, zwłaszcza w mieszankach o większej płynności (SCC) oraz w fasadowych betonach architektonicznych.

36. Domieszki do betonowania pod wodą Są one stosowane do betonów podwodnych zbrojonych i niezbrojonych. Tak stabilizowane mieszanki mogą być swobodnie podawane przez warstwę wody bez ryzyka segregacji składników.

37. Domieszki spieniające • Domieszki spieniające wprowadzają do mieszanki betonowej dużą ilość pęcherzyków powietrza. Napowietrzenie betonu, zależnie od metody wytwarzania, może mieć duży zakres; • można obniżać gęstość betonu poniżej 2 kg/dm3 przy stosowaniu kruszyw naturalnych, a przy stosowaniu kruszyw lekkich poniżej 1 kg/m3. W przypadku pianobetonów można uzyskać gęstości nawet poniżej 0,8 kg/m3. • Mieszanki o silnym napowietrzaniu są na ogół łatwo pompowalne. Znajdują zastosowanie jako warstwy izolacyjne w budownictwie, jako beton wypełniający w budownictwie podziemnym oraz do wypełnienia wyrobisk, starych kanałów i pustek podziemnych.

38. Domieszki do zaczynów iniekcyjnych • Domieszki do zaczynów iniekcyjnych powodują obniżenie wodo żądności zaczynu cementowego, działają stabilizująco na zawiesinę i zapobiegają jej sedymentacji. • Poprzez obniżenie napięcia powierzchniowego wody następuje lepsze zwilżenie cementu, zmniejszają tarcie wewnętrzne między ziarnami cementu, przez co obniżają się opory tłoczenia. • Stosowane do zaczynów cementowych i mikrocementowych używanych do wzmocnienia i uszczelniania rys w procesach naprawczych konstrukcjach betonowych, a także do iniekcyjnego wzmacniania gruntów i otworów gazowniczych.

39. Domieszki uszczelniające • Domieszki uszczelniające stosuje się w celu poprawy wodoszczelności i zmniejszenia nasiąkliwości betonu. Prowadzi to do znacznego zwiększenia trwałości betonu.

40. Aby zrozumieć istotę działania domieszek uszczelniających należy pamiętać o istnieniu porów (kapilar) w zaczynie cementowym. • Pory kapilarne tworzą „sieć mikrokanalików”, którymi woda lub czynniki agresywne wnikają w beton. Wyższą szczelność betonu wynikającą z działania domieszek chemicznych można uzyskać kilkoma sposobami: • wypełnienie porów przez pyły mineralne,• wprowadzenie substancji reagujących z Ca(OH)2 (produkt hydratacji cementu), w wyniku, którego powstają trudno rozpuszczalne związki chemiczne wypełniające pory,• zmniejszenie zwilżalności - hydrofobizacja - utrudniona penetracja czynników agresywnych,• zmniejszenie ilości wody zarobowej - korzystne obniżenie wskaźnika w/c.

41. ZALECANE ZASTOSOWANIA DOMIESZEK CHEMICZNYCH

42. Stosowanie domieszek wg PN-EN 206-1: 2003

43. POLIMEROWE PROSZKI REDYSPERGOWALNE Rys. Rodzaje proszków redyspergowalnych

44. MODYFIKACJA MATERIAŁÓW CEMENTOWYCH 44

45. Wpływ proszków redyspergowalnych na wytrzymałość na zginanie (po lewej) oraz ściskanie (po prawej). Zaprawy o stałej konsystencji.

46. Wpływ proszków redyspergowalnych na wytrzymałość na zginanie (po lewej) oraz ściskanie (po prawej).

47. Trwałość zapraw modyfikowanych dodatkiem proszku EVA. Jako miary trwałości użyte: strata masy (po lewej) oraz względny moduł sprężystości (po prawej)

48. ETERY CELULOZY Charakterystyka chemiczna domieszki na przykładzie eterów celulozy stosowanych w technologiach suchych zapraw • Pochodne celulozy to grupa domieszek modyfikujących lepkość wody zarobowej. • Są to rozpuszczalne w wodzie łańcuchy celulozy z „dodanymi” w trakcie procesu przetwórczego grupami bocznymi umożliwiającymi rozpuszczanie, oraz kształtującymi właściwości uzyskanej celulozy. • Własności te (rozpuszczalność, lepkość roztworów, własności termiczne) mogą być regulowane w szerokim zakresie właśnie poprzez odpowiedni dobór grup modyfikujących, ich rodzaju, ilości jak również poprzez dobór odpowiedniej długości łańcuchów.

50. − masy cząsteczkowej (długości łańcucha): lepkość rośnie wraz ze wzrostem długości łańcucha - stężenia w roztworze: lepkość rośnie wraz ze stężeniem eteru celulozy w roztworze Właściwości eterów celulozy stosowanych w technologiach suchych zapraw Lepkość wodnych roztworów eterów celulozy zależy przede wszystkim od 3 czynników: − temperatury: wzrost temperatury powoduje spadek lepkości roztworu Zależność lepkości 1,9% roztworu eterów celulozy o różnych klasach lepkości od temperatury Zależność lepkości 1,9% wodnego roztworu metylocelulozy w funkcji długości łańcucha polimeru Zmiany lepkości w funkcji stężenia eterów celulozy o różnych klasach lepkości