1. Wstęp - Instytut Konstrukcji Budowlanych

1. WSTĘP 11. WSTĘP1.1 WprowadzenieBeton cementowy jest materiałem budowlanym umożliwiającym od ponad stu lat kształtowanie corazśmielszych rozwiązań konstrukcyjnych obiektów. Perspektywa jego wykorzystywania nawet w dalszejprzyszłości nie budzi zastrzeżeń. Prace naukowo−badawcze prowadzone w ostatnich latach na świeciepotwierdzają tę tezę.Według oceny autorów o sukcesie betonu jako tworzywa budowlanego decyduje szereg czynników.Zaliczyć należy do nich:− możliwość wykonywania − w sensie konstrukcyjnym − różnych klas obiektów,− swobodę przestrzennego kształtowania obiektów budowlanych,− możliwość uprzemysłowienia robót betonowych,− podatność materiału na modyfikacje regulujące jego cechy technologicznei mechaniczne.Traktując rzecz retrospektywnie i biorąc pod uwagę wymienione czynniki wykonano rysunek 1.1 obrazujący− na przestrzeni stu lat, w skali wzrostu względnego − współzależność tych uwarunkowań.Ogólnie można powiedzieć, iż w latach 1900−1950 beton wykorzystywany był przy realizacji konstrukcjimasywnych (mosty i budowle podziemne, obiekty przemysłowe i użyteczności publicznej, zaporyi obiekty portowe, fundamenty). Nie modyfikowano w zasadzie właściwości betonu, a uprzemysłowienierobót betonowych ograniczało się do doskonalenia betoniarek i węzłów betoniarskich. Swobodaprojektowania architektonicznego była duża, bowiem konstrukcję odwzorowywano za pomocą deskowańdrewnianych, przygotowywanych w zależności od potrzeb w zakładach ciesielskich.Po roku 1950 i latach następnych sytuacja się zmieniła, wprowadzono bowiem inwentaryzowaneurządzenia formujące. Wprowadzenie urządzeń inwentaryzowanych − zarówno dla betonowego budownictwaprefabrykowanego jak i dla monolitycznego − wymusiło w pierwszym rzędzie intensyfikację pracnad uprzemysłowieniem robót betonowych (mechanizacja betonowni, środków transportu betonu) jaki modyfikowaniem właściwości betonu (stosowanie domieszek przeciwmrozowych, przyspieszającychwiązanie, regulacja procesów wiązania poprzez termoobróbkę itp.). Bezpośrednim powodem tych działańbyło dążenie do szybkiej rotacji urządzeń formujących, stanowiących inwentaryzowane wyposażenieprzedsiębiorstwa budowlanego.Rys. 1.1 Tendencje rozwojowe uwarunkowań technologicznych konstrukcji betonowychJ.Jasiczak, P.Mikołajczak – Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkamiAlma Mater

1. WSTĘP 2Cechą charakterystyczną dla końca lat sześćdziesiątych i początku lat siedemdziesiątych było wprowadzeniena szeroką skalę urządzeń formujących − wg klasyfikacji autora − drugiej generacji. Zaliczyćnależy do nich tzw. urządzenia tunelowe i półtunelowe (firma NOE, HÜNNEBECK, OUTINORD itp.),pozwalające na wykonywanie na placu budowy jednocześnie ścian i stropów budowli. W tym okresienastąpił także znaczący rozwój środków do transportu betonu na placu budowy (zwłaszcza pomp napodwoziu samochodowym z rurociągami przesyłowymi na wysięgniku) oraz sprzętu do naturalnych modyfikacjicech betonu (np. odwadnianie próżniowe betonu na placu budowy).W tym także okresie zaznacza się zainteresowanie projektantów wykonywaniem konstrukcji powłokowych.Wzrasta fascynacja żelbetem i możliwościami jego przestrzennego kształtowania. Powstająpowłokowe rozwiązania chłodni kominowych, przekrycia obiektów sportowych, mosty o konstrukcjiłupinowej.Tendencja ta nie utrwaliła się jednakże w dłuższym przedziale czasu i nastąpił powrót − po 1975 roku− do wykonywania konstrukcji masywnych.Niezależnie od wymienionych po 1975 roku zjawisk, zaznaczyły się wyraźnie w późniejszym okresiedwie tendencje. W początku lat osiemdziesiątych nastąpił odwrót od przestrzennych, tunelowych urządzeńformujących. Uznano wówczas, iż urządzenia te spełniają wprawdzie kryterium szybkiego uformowaniakonstrukcji, ale charakteryzują się niskim stopniem uniwersalności. Rozpoczęte w tym okresie prace,sfinalizowane po 1985 roku, doprowadziły do skonstruowania urządzeń trzeciej generacji, tj. urządzeńw dużym stopniu uniwersalnych, oddzielnych dla ścian i stropów, o szerokim zakresie wykorzystania.Opracowane systemy urządzeń formujących (firm PERI, DOKA, ale także PASCHAL i HÜNNEBECK)pozwalają na zaformowanie praktycznie każdej konstrukcji mostowej, drogowej, obiektu użytecznościpublicznej itp. Swoboda projektowania architektonicznego została jednakże w dużym stopniu ograniczonai wyznaczona przez system urządzeń formujących.Lata siedemdziesiąte, a zwłaszcza pierwsza połowa lat osiemdziesiątych, zaowocowały także wprowadzeniemdomieszek modyfikujących właściwości mieszanki betonowej. Powszechne stały się działaniazmierzające do upłynniania mieszanki i uzyskiwania przez nią cech pompowalności nie poprzez przedozowywaniewody, ale przez dodawanie domieszek uplastyczniających. W okresie tym zaczęto zwracaćuwagę nie tylko na wytrzymałość betonu, ale i na jego trwałość i zależność tej trwałości od rzeczywistegostosunku W/C.W ostatnich trzech, czterech latach nie obserwuje się znacznych działań zmierzających do poprawy,bądź zmiany stopnia uprzemysłowienia robót betonowych. Prowadzone są natomiast intensywne pracenad poprawą trwałości betonu poprzez zmianę jego mikrostruktury. Dąży się w tych działaniach do związaniawodorotlenku wapnia, występującego w stwardniałym zaczynie cementowym oraz do lepszegoupakowania i uszczelnienia mikrostruktury poprzez wprowadzoną dodatkowo do mieszanki mikrokrzemionkę.Drugi kierunek działań dotyczy także i zmiany cech mechanicznych betonu w wyniku wprowadzeniatzw. zbrojenia rozproszonego, występującego w postaci włokien (najczęściej stalowych, ale także iz innych materiałów).Wymienione dwa kierunki działań, będące aktualnie obiektem zainteresowania wielu placówek naukowo−badawczych,zostaną w niniejszym opracowaniu szerzej przedstawione.1.2 Przesłanki warunkujące powstanie opracowaniaPotrzebę wykonania opracowania o zakresie zaproponowanym przez autorów uzasadnia wiele przesłanek.Pierwsza z nich dotyczy konieczności uaktualnienia wiedzy podstawowej z dziedziny technologii betonu.Mimo wyrażanego czasem przekonania, iż technologia betonu doskonalona przez ponad 150 latwyczerpała już możliwości zmian, to faktycznie dokonuje się skokowa zmiana jej jakości. Możliwość tawynika z wprowadzenia do betonu jako dodatku mikrokrzemionki. Prace nad stosowaniem dodatków owłaściwościach pucolanowych prowadzono od dawna, lecz zintensyfikowano je pod koniec lat osiemdziesiątych.Jednym z powodów intensyfikacji tych prac była z pewnością negatywna ocena trwałościbetonów, w tym tzw. betonów pompowalnych, wykonywanych w ostatnich 20.−30. latach. Prace badawczenad właściwościami betonów z mikrokrzemionką są intensywnie prowadzone, choć ukazały się jużopracowania monograficzne na ten temat [36]. Podobnie odnieść się należy do betonów modyfikowanychfibrą. Odnośnie betonów z fibrą, zauważyć należy, iż wiele wcześniejszych prac (m.in.[58]) dotyczyłozagadnień mechaniki betonu ze zbrojeniem rozproszonym. Ostatnio jednakże zainteresowania badaczyJ.Jasiczak, P.Mikołajczak – Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkamiAlma Mater

1. WSTĘP 3przenoszą się z zagadnień teoretycznych na zastosowania praktyczne fibrobetonów [62]. Uznając podwyższonątrwałość tych betonów, większą odkształcalność, odporność na ścieranie i uderzenia, wskazujesię na nowe kierunki zastosowań materiału (m.in. posadzki bezdylatacyjne, pale fundamentowe, elementykonstrukcji szkieletowych, elementy dróg i mostów).Drugą przesłanką, skłaniającą do podjęcia prac nad modyfikowaniem betonów, jest coraz szersze stosowanieprzy produkcji mieszanek domieszek upłynniających mieszankę w fazie jej produkcji. Obecniena polskim rynku znajduje się kilkadziesiąt rodzajów domieszek, w większości importowanych z krajówEuropy zachodniej. Za rzecz niezbędną uznaje się dokonanie przeglądu i klasyfikacji właściwości tychdomieszek pod kątem efektywności ich zastosowań w bezpośredniej produkcji. Już obecnie inwestorzystawiają wysokie wymagania producentom mieszanek betonowych odnośnie wytrzymałości betonu i jegotrwałości, a w najbliższym czasie tendencja ta pogłębi się. Ocenia się, iż obecnie za granicą około70÷90% betonów produkowanych dla potrzeb prefabrykacji oraz używanych na placu budowy modyfikujesię także i w Polsce. Zakres możliwości modyfikacji przedstawiono w punkcie 1.3 opracowania.1.3 Możliwości modyfikacji właściwości betonuPojęcie „modyfikacja właściwości betonu” jest zagadnieniem bardzo szerokim. Zgodnie ze schematemprzedstawionym na rys. 1.2 oraz 1.3, modyfikacja może mieć charakter naturalny, związany z oddziaływaniemczynników zewnętrznych na beton zwykły, lub ingerujący w strukturę betonu od wewnątrz, poprzezstosowanie domieszek i dodatków aktywnych chemicznie. Modyfikacje określone mianem „naturalne”doczekały się w minionych 30−40 latach licznych opracowań teoretycznych i wdrożeń. Stosunkowodużo uwagi poświęcano wówczas obróbce termicznej betonu parą niskoprężną. Zagadnienie sprowadzałosię do określenia cyklu obróbki termicznej betonu i intensywności nagrzewu, przy z góry określonychczasach obróbki i wytrzymałościach betonu, niezbędnych do rozformowania konstrukcji.Obecnie zauważa się wyraźną tendencję spadkową metody obróbki termicznej betonu i zastępowaniejej innymi działaniami.W minionych latach, a także obecnie, poszukuje się możliwości modyfikacji betonu poprzez usuwanienadmiaru wody dozowanej do mieszanki z tytułu na przykład utrzymania żądanej urabialności. Dużą popularnościącieszy się metoda odwadniania próżniowego rozpowszechniona w Polsce poprzez szwedzkątechnologię TREMIX.Rys. 1.2 Możliwości modyfikacji cech mieszanek i betonówEfektem próżniowania jest znaczny wzrost wytrzymałości betonu w pierwszych dniach dojrzewania(o 40÷80%) oraz wyraźny w okresach późniejszych (20%).J.Jasiczak, P.Mikołajczak – Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkamiAlma Mater

1. WSTĘP 4Rys. 1.3 Rodzaje betonów określanych mianem „o podwyższonych właściwościach”Poprawę stosunku W/C można także uzyskać albo poprzez sygnalizowane już dozowanie domieszekchemicznych, albo poprzez mechaniczne wymuszenie zbliżenia cząstek mieszanki w procesie formowaniai wyprowadzenia poza układ części fazy płynnej (woda i powietrze). Istnieje szereg bezpośrednichzastosowań metody mechanicznej: produkcja żerdzi energetycznych metodą wirowania, technologiaPras−Bet (produkcja prefabrykatów wielkowymiarowych), itp. Zagęszczaniem „suchych mieszanek” zainteresowanychjest obecnie wielu wytwórców w związku z importem linii technologicznych do produkcjidrobnych elementów budowlanych (kostka brukowa, pustaki wielootworowe, itp.).Odrębnym zagadnieniem są modyfikacje cech mieszanek układanych w ekstremalnych warunkachklimatycznych. Zostały one szczegółowo omówione w pracach jednego z autorów [19,20].1.4 Zakres pracyDokonany szkicowy przegląd sposobów zmian właściwości betonu wskazuje na bardzo szerokie izróżnicowane metody działań. W związku z tym nie jest możliwe przedstawienie w jednym opracowaniucałokształtu zagadnienia współczesnej technologii betonu. Rzutuje to zatem na zakres prezentowanej czytelnikowiproblematyki ograniczającej się do omówienia pewnych właściwości betonu zwykłego orazpokazania na jego tle kierunków zmian cech fizycznych i mechanicznych betonu poprzez dozowanie plastyfikatorówi superplastyfikatorów, dodatku pyłów krzemionkowych oraz włókien rozproszonych w matrycycementowej.W opracowaniu autorzy starali się zebrać i uporządkować wiedzę dostępną w aktualnych publikacjachkrajowych i zagranicznych. Starano się przedstawiać materiał w formie przeglądowej i popularyzującejnajnowsze badania z technologii betonu, by zainspirować czytelników do dalszych działań w tej dziedziniewiedzy.J.Jasiczak, P.Mikołajczak – Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkamiAlma Mater