Co wpływa na jakość betonu? Rzecz o właściwościach betonu
Czas, jaki beton wytrzymuje, zależy od wielu czynników, takich jak jego skład, warunki zabudowania i eksploatacji. Odpowiednio zaprojektowane i utrzymane konstrukcje betonowe mogą wytrzymać przez dziesięciolecia, a nawet dłużej, przy zachowaniu odpowiednich zasad. Istnieje pewna reguła mówiąca o dobrze wykonanej mieszance betonowej: jest ona możliwie najbardziej ciekła, a jednocześnie lepka i nie oddzielająca wody. Do tego powinna być zagęszczona w obiekcie do stanu jednorodnego i ścisłego . Na koniec poddana takim zabiegom pielęgnacyjnym, by była zabezpieczona przed szybką utratą wilgotności. To w dużym stopniu warunkuje wysoką jakość zabudowanego betonu. Przyjrzyjmy się bardziej wnikliwie czynnikom wpływającym na właściwości betonu.
Jakie są właściwości betonu?
Wszystkie właściwości betonu i mieszanek betonowych mogą go grupować ze względu na konkretny aspekt i są istotne ze względu na jego przydatność jako materiału budowlanego. Ale właściwie czym charakteryzuje się beton ? Spróbujmy prześledzić te cechy w zależności od jego stanu: związanego już, twardego betonu oraz ciekłej mieszanki betonowej.
Właściwości stwardniałego betonu mogą zależą od składu, proporcji składników i procesu produkcji . Można je scharakteryzować pod kątem fizycznym (np. mrozoodporność, porowatość, nasiąkliwość), mechanicznym (np. wytrzymałość, odporność na ścieranie), reologicznym (odkształcalność) oraz biorąc pod uwagę odporność na działanie środowiska [1].
W przypadku właściwości mieszanki betonowej mówimy o właściwościach reologicznych. Ocenia się więc urabialność, czyli zdolność do całkowitego wypełnienia form i szalunków w sposób jednorodny, przy zachowaniu max 2% pęcherzyków powietrza. Ocenie poddaje się także zdolność do ścisłego zagęszczania oraz konsystencję mieszanki, czyli jej stopień ciekłości.
Jaki jest skład betonu?
Żeby wiedzieć co wpływa na jakość betonu trzeba przyjrzeć mu się z bliska, warto więc zadać pytanie: Co dodaje się do betonu?
Głównym składnikiem mieszanki betonowej jest cement, czyli podstawowy budulec betonu. Następnie równie ważne miejsce zajmuje kruszywo. Jest to najczęściej żwir, który stanowi szkielet i piasek, który wypełnia przestrzenie między ziarnami kruszywa grubego. Inną składową jest woda, dzięki której zachodzi reakcja chemiczna powodująca wiązanie cementu. I w końcu domieszki i ewentualnie specjalne dodatki modyfikujące właściwości mieszanki betonowej, np. przyspieszające wiązanie, napowietrzające mieszankę itp.
Oprócz tego, co się dodaje do betonu ważne jest też w jakich ilościach i jakiego rodzaju jest dany składnik.
Jak zrobić najlepszy beton?
Ażeby mieszanka była dobrze zaprojektowana, to znaczy, by skład ilościowy surowców i ich rodzaj pozwalał na osiągnięcie założonych właściwości betonu dla konkretnego obiektu trzeba wziąć pod uwagę wiele czynników.
W przypadku cementu (jego rodzaju i klasy)oraz kruszywa (jego uziarnienia i właściwości) czynnikami tymi są: przeznaczenie betonu, realizację robót i warunki środowiskowe zagrażające konstrukcji. Dobierając odpowiedni cement warto także uwzględniać warunki pielęgnacji, wymiary konstrukcji oraz potencjalną reaktywność kruszywa z alkaliami.
Wybierając kruszywa trzeba dodatkowo dobrać maksymalny wymiar ziaren do otuliny zbrojenia i minimalnej szerokości przekroju.
Rozpatrując natomiast domieszki trzeba się kierować następującymi zasadami: maksymalna ich ilość nie może przekraczać ilości zalecanej przez producenta a w przypadku zastosowania większej niż jedna ilości domieszek konieczne jest sprawdzenie ich wzajemnej kompatybilności.
Widzimy więc, że otrzymanie betonu o wysokiej jakości nie jest taką prostą rzeczą polegającą na zmieszaniu kilku składników.
Co zwiększa wytrzymałość betonu?
Beton ma znaczną wytrzymałość na ściskanie, co oznacza, że jest w stanie znosić duże obciążenia. Przyjrzyjmy się więc, co wpływa na właściwości betonu, więc też na to, na czym nam najczęściej zależy – aby beton utrzymał swoją wytrzymałość i jakość na lata. Nie ma jednego czynnika wpływającego na ten stan rzeczy. Trzeba pamiętać, że to, jak beton będzie wyglądał decydują wszelkie elementy i materiałowe i wykonawcze, które są związane z technologią. Nie będziemy tu omawiać ich wszystkich, bo jest to dość szeroki temat. Wystarczy spojrzeć jak je grupuje prof. Jamroży – rys.1.
Bez względu jednak na wykonanie betonu wytrzymałość składa się z poszczególnych czynników: wytrzymałość zaczynu, wytrzymałość kruszywa i przyczepność jednego do drugiego [1]. I to na nich powinniśmy się skupić najbardziej, gdy chcemy zwiększyć wytrzymałość betonu.
Zatem zaczyn ma wysoką wytrzymałość, gdy użyjemy odpowiedniego cementu w odpowiedniej ilości oraz odpowiedniej ilości wody (współczynnik w/c), a to wszystko przy zachowaniu odpowiednich warunków podczas procesu dojrzewania betonu.
Należy pamiętać, że podwyższanie ilości cementu tylko do pewnego momentu poprawia właściwości betonu.
Dlatego, żeby uzyskać wysoką wytrzymałość betonu jakość cementu i kruszywa muszą być podobnie wysokie.
I na koniec praktyczna porad: tym, co zwiększa przyczepność zaczynu i kruszywa to większa chropowatość tego ostatniego.
Co daje zagęszczanie betonu?
Mówiliśmy o składzie. Wspomnijmy jeszcze o wpływie zagęszczenia na jakość betonu . Jest to proces, w którym usuwa się puste pęcherzyki powietrza z mieszanki betonowej, aby stworzyć gęsty, jednolity i wytrzymały materiał. Zagęszczanie betonu ma kilka ważnych korzyści, poprzez zmniejszenie porowatości betonu poprawia wytrzymałość, nawet o 50% w przypadku mieszanek gęsto plastycznych [3]. Wpływa także na trwałość a nawet estetykę powierzchni. W jaki sposób zagęszcza się beton? Istnieje kilka metod zagęszczania betonu – dawniej sztychowanie, ubijanie, rydlowanie, obecnie za pomocą specjalistycznych sprzętów takich jak wibratory wgłębne, powierzchniowe, tarcze do próżnowania, czy w przypadku budowania dróg walców drogowych.
Co ma na celu pielęgnacja betonu?
Mówiąc o jakości betonu nie możemy zapominać o jego pielęgnacji. Są to zabiegi wspomagające poprawny i pełny proces fizykochemiczny wiązania cementu, mające na celu zapobieganie utracie wilgotności i zapewnienie właściwej temperatury oraz ochrona przed deszczem, wstrząsami i innymi szkodliwymi czynnikami. Odpowiednia pielęgnacja pomaga w zachowaniu wytrzymałości i jakości betonu oraz minimalizuje potrzebę napraw i remontów w przyszłości.
Jak długo wytrzymuje beton?
Dobrze zaprojektowany, wykonany i pielęgnowany beton jest odporny na działanie czynników atmosferycznych i środowiskowych, takich jak wilgoć, wysokie temperatury czy czynniki chemiczne. Chroni to konstrukcję przed degradacją i przedłuża jej żywotność. Najczęściej beton projektowany jest na 50 lat.
Trzeba jednak pamiętać, że trwałość betonu zależy m.in. od grubości otuliny zbrojenia, a określają ją zalecenia normowe odnośnie składu oraz właściwości betonu takich jak współczynnik w/c, rodzaj i ilość cementu, czy wytrzymałość na ściskanie. Dzięki więc odpowiedniemu doborowi określonych parametrów, można zaprojektować mocny i trwały beton pod konkretne zastosowanie tak, by nie ulegał korozji (proces degradacji w wyniku działania czynników środowiskowych określanych jako klasy ekspozycji) przez długie lata.
Literatura
[1] Jamroży Z. Beton i jego technologie Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2005
[2] Pogan K. Beton i kształtowanie jego właściwości domieszkami chemicznymi Dostępny w Internecie: https://spchb.pl/wp-content/uploads/2023/04/360-3.pdf (dostęp 24 października 2023 r.).
[3] Deja J. Beton. Technologie i metody badań, Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków, 2020
