Składniki betonu stosowane w prefabrykacji

Jaki cement do prefabrykatów?

Cement jest głównym składnikiem prefabrykatów betonowych i stanowi około 10-15% objętości mieszanki. Po zmieszaniu z wodą odpowiada za wiązanie cząsteczek kruszywa i tworzenie trwałej struktury betonu. Zatem jest to niezbędna składowa wyrobów betonowych.  

W większości prefabrykatów betonowych stosuje się cement portlandzki „czysty” (CEM I) lub wieloskładnikowy (CEM II). Na rynku cementu wybór jest bardzo duży, warto zatem przyjrzeć się nie tylko kwestii finansowej, ale również ich właściwościom. Wszystko bowiem zależy od tego jaki element wykonujemy i jakie parametry betonu chcemy uzyskać.

Przedstawimy parę praktycznych uwag dotyczących wykorzystania konkretnego cementu w różnych przypadkach, trzeba jednak pamiętać, że każdy element wymaga osobnego przeanalizowania.

W przypadku elementów wielkogabarytowych, gdzie proces hydratacji powinien być wolny by nie dochodziło do spękań betonu, lub także gdy zależy nam na lepszej urabialności mieszanki betonowej i wysokiej trwałości, czy też w okresie podwyższonych temperatur wybór często pada na cementy hutnicze.

W ofercie handlowej cementowni znajdujemy także cementy specjalne, takie jak niskoalkaliczne i siarczanoodporne znajdujące zastosowanie w elementach narażonych na agresję chemiczną (SR; HSR) lub w których użyto kruszyw potencjalnie reaktywnych (NA).

Gdy zależy nam na szybkiej rotacji form i podkładów, np. w produkcji kostki brukowej, warto wybrać cementy o wysokiej wytrzymałości wczesnej (R) i wysokiej klasy wytrzymałościowej (42,5; 52,5).

Do wytwarzania prefabrykatów barwionych sprawdzają się cementy o jaśniejszej barwie, a więc te z dodatkiem granulowanego żużla wielkopiecowego (m.in. CEM II/A-S; CEM II/B-S; CEM III), podobnie jak przy elementach wymagających ograniczenie powstawania wykwitów na powierzchni.

W niskich temperaturach, gdzie przyrost wytrzymałości na ściskanie wszystkich cementów jest wolniejszy korzystniej stosować cementy portlandzkie CEM I, oraz te o wysokiej klasie wytrzymałości (42,5; 52,5).

Czego nie dodawać do betonu?

Zanim odpowiemy na to pytanie skupimy się na drugim istotnym składniku prefabrykatów betonowych jakim jest woda. Woda aktywuje proces wiązania, jest niezbędna do przeprowadzenia reakcji chemicznych między cementem a kruszywem i nadaje mieszance betonowej odpowiednią konsystencję. Woda powinna być czysta, pozbawiona zanieczyszczeń i zgodna z wymaganiami norm dotyczących jakości wody, najlepiej wodociągowa. Zbyt duża ilość wody może prowadzić do osłabienia struktury betonu, dlatego niezwykle ważne jest zachowanie odpowiednich proporcji wody i cementu.

W ten sposób dobrnęliśmy do odpowiedzi na postawione wyżej pytanie: nie wolno dodawać do betonu dużych ilości wody, co niestety czasem się obserwuje. Kontrola ilości wody jest bardzo ważna, by uniknąć nadmiernego rozcieńczenia betonu, dlatego, że wpływa to negatywnie na jego wytrzymałość. Ciekłą konsystencję otrzymamy stosując zamiast wody odpowiednie domieszki chemiczne: plastyfikatory lub superplastyfikatory.

Czego jeszcze nie dodawać do betonu ? Należy zwrócić uwagę, żeby składniki do betonu nie posiadały zanieczyszczeń, szczególnie organicznych (części roślin, drewna, gleby) – może to spowodować niekorzystny przebieg wiązania cementy a w konsekwencji uszkodzenie betonu.  Nie powinno się także stosować kruszyw zawierających dużą ilość pyłów mineralnych, które oblepiają ziarna kruszyw, wchłaniają bowiem dużą ilość wody i też nie pozwalają na kontakt zaczynu z kruszywem, co wpływa na osłabienie struktury betonu.

Czy do betonu musi być piasek?

Tak, w mieszance betonowej musi być piasek  – składnik ten pełni również ważną funkcję. Piasek jest używany do zwiększenia objętości w betonie i poprawienia jego konsystencji. W połączeniu z cementem tworzy zaprawę cementową, która nadaje betonowi plastyczność, a także ułatwia jego mieszanie i układanie.

Właściwe całe kruszywo (a więc piasek i kruszywo o grubszej frakcji) ma wpływ na właściwości mieszanki i stwardniałego betonu. Razem z piaskiem stanowi trzeci składnik prefabrykatów betonowych i zajmuje około 70-80 % całkowitej objętości betonu. Kruszywo może być naturalne (np. żwir, piasek, kruszywo łamane), sztuczne (np. kruszywo porowate) oraz powstałe w wyniku recyklingu wcześniej zastosowanego w budownictwie materiału. Wybór kruszywa jest uzależniony od wymagań prefabrykatu i warunków panujących na budowie. Odpowiedni skład kruszywa powinien zapewnić minimalną jamnistość betonu przy możliwie największych ziarnach. Znajomość stosu okruchowego ma znaczenie, ponieważ wpływa na gęstość i porowatość betonu, a tym samym końcowe właściwości prefabrykatu takie jak mrozoodporność, wodoszczelność, wytrzymałość.

Jakie są domieszki do betonu?

Innym składnikiem w betonie są domieszki. Ich zadaniem jest poprawienie konkretnych właściwości betonu. W nowoczesnym budownictwie jest to niezastąpiony materiał. W teorii dodawane są w ilości nie przekraczającej 5 % masy cementu, jednak w rzeczywistości stanowią dużo mniejszy procent. Modyfikują właściwości mieszanki betonowej takiej jak tempo wiązania, ilość mikropęcherzyków powietrza, czy skurcz przy wysychaniu. Pozwalają także na uzyskanie pożądanych cech stwardniałego betonu prefabrykatów poprzez wpływ na wytrzymałość, trwałość, odporność na mróz, czy odporność na działanie środków chemicznych.

Przykłady domieszek to domieszki przyspieszające lub opóźniające wiązanie, które pozwalają dostosować tempo twardnienia do potrzeb produkcji i warunków atmosferycznych.

Inne domieszki: plastyfikatory i upłynniacze redukują ilość wody w mieszance zwiększając wytrzymałość prefabrykatu. Wpływają także na poprawę urabialności mieszanki, co pozwala na łatwiejszy transport, układanie, formowanie i zagęszczanie.

Domieszki napowietrzające z kolei zwiększają mrozoodporność prefabrykatów dzięki wprowadzaniu do mieszanki porów powietrza tworzących mikropory w stwardniałym betonie, które pozwalają na bezpieczne zwiększanie objętości wody podczas jej zamarzania. 

Wybór odpowiednich domieszek zależy od konkretnych wymagań i zapewnienia oczekiwanych cech prefabrykatów.

Podsumowując, składniki prefabrykatów stanowią klucz do jego trwałości. Warto w tym miejscu wspomnieć, że choć składniki prefabrykatów betonowych są istotnym elementem wpływającym na jakość prefabrykatów, to jednak równie ważne powinno być ich dobranie w odpowiednich proporcjach, zapewnienie właściwego procesu mieszania i formowania prefabrykatów, a na końcu pielęgnacji w odpowiednich warunkach. Ale o tym opowiemy w innym miejscu.

Literatura

[1] ABC Betonu Stowarzyszenie Producentów Cementu, Dostępny w Internecie:  https://www.polskicement.pl/abc-betonu/ (dostęp 17 listopada 2023 r.)

[2] Granulowany żużel wielkopiecowy składnikiem cementu i spoiw drogowych, Górażdże Cement S.A. Heidelberg Cement Group, Informator opracowany przez Dział Pełnomocnika Zarządu ds. Badań i Rozwoju Produktów Grupy Górażdże

Górażdże Cement S.A., Dostępny w Internecie: https://www.heidelbergmaterials.pl/pl/granulowany-zuzel-wielkopiecowy-skladnikiem-cementu-i-spoiw-drogowych (dostęp 17 listopada 2023 r.)

[3] Giergiczny Z. Cement, kruszywa, beton w ofercie grupy Górażdże. Rodzaje, właściwości, zastosowanie. Chorula, 2007