bg‑azure

Beton

Beton to produkt otrzymany ze zmieszania spoiwa (cementu) i drobnoziarnistego wypełniacza (kruszywa) oraz wody. Obecnie produkuje się go nie tylko z okruchów skalnych, jako spoiwa nie używa się jedynie cementu, ale wzbogaca się go jeszcze różnymi dodatkami.

Obecnie wykonywane są z niego drapacze chmur, a kiedyś budowane były z niego największe rzymskie monumenty. Nie osiągnięto by tego, gdyby nie ciągłe modyfikacje betonu. Polegają one na starannym doborze nowych, zastępczych i bezpiecznych dla środowiska spoiw, kruszyw, ale także na stosowaniu różnych dodatków i domieszek, takich jak pyły krzemionkowepył krzemionkowy, mikrokrzemionkapyły krzemionkowe oraz superplastyfikatorysuperplastyfikatorsuperplastyfikatory. Celem modyfikacji jest uzyskanie produktów wytrzymałych, o nowych właściwościach. Dzięki odpowiedniej modyfikacji można otrzymać betony: samonaprawialne, szklane, przeźroczyste, elastyczne, a nawet oczyszczające środowisko (fotokatalityczne).

RaawxkH1LBIMH
Schemat. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: Pożądane właściwości betonów
    • Elementy należące do kategorii Pożądane właściwości betonów
    • Nazwa kategorii: wytrzymałość
    • Nazwa kategorii: ognioodporność
    • Nazwa kategorii: mrozoodporność
    • Nazwa kategorii: wodoszczelność
    • Nazwa kategorii: samooczyszczanie
    • Nazwa kategorii: elastyczność
    • Koniec elementów należących do kategorii Pożądane właściwości betonów
Ciekawostka

W tej chwili dąży się w produkcji betonów do wykorzystania materiałów z recyclingu, aby odciążyć środowisko.

bg‑azure

Modyfikacje betonu

Modyfikacja właściwości betonów najczęściej polega na wprowadzeniu nowych dodatków do mieszanki betonowej, ale także na zmianie proporcji składników mieszanki.

R1L2gz9altWeR1
Schemat. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: Jakie właściwości betonu zmieniamy dzięki dodatkom?
    • Elementy należące do kategorii Jakie właściwości betonu zmieniamy dzięki dodatkom?
    • Nazwa kategorii: fizyczne
      • Elementy należące do kategorii fizyczne
      • Nazwa kategorii: gęstość
      • Nazwa kategorii: porowatość
      • Nazwa kategorii: nasiąkliwość
      • Nazwa kategorii: wodoszczelność
      • Nazwa kategorii: mrozoodporność
      • Koniec elementów należących do kategorii fizyczne
    • Nazwa kategorii: mechaniczne
      • Elementy należące do kategorii mechaniczne
      • Nazwa kategorii: wytrzymałość na ściskanie
      • Nazwa kategorii: wytrzymałość na rozciąganie
      • Nazwa kategorii: wytrzymałość na skręcanie
      • Nazwa kategorii: wytrzymałość na docisk miejscowy
      • Nazwa kategorii: odporność na ścieranie
      • Nazwa kategorii: sprężystość
      • Nazwa kategorii: elastyczność
      • Koniec elementów należących do kategorii mechaniczne
    • Nazwa kategorii: reologiczne
      • Elementy należące do kategorii reologiczne
      • Nazwa kategorii: odkształcalność spowodowaną
        • Elementy należące do kategorii odkształcalność spowodowaną
        • Nazwa kategorii: obciążeniem siłą
        • Nazwa kategorii: zmianą temperatury
        • Nazwa kategorii: zmianą wilgotności
        • Koniec elementów należących do kategorii odkształcalność spowodowaną
        Koniec elementów należących do kategorii reologiczne
    • Nazwa kategorii: optyczne
      • Elementy należące do kategorii optyczne
      • Nazwa kategorii: barwę
      • Koniec elementów należących do kategorii optyczne
      Koniec elementów należących do kategorii Jakie właściwości betonu zmieniamy dzięki dodatkom?
Ważne!

Beton może posiadać także właściwości katalityczne, dzięki którym utlenia (degraduje) toksyczne związki zaadsorbowane na jego powierzchni. Beton o tych właściwościach oczyszcza powietrze z trujących zanieczyszczeń, dlatego jest to pożądana właściwość.

bg‑gray1

Jakie dodatki stosowane są w celu modyfikacji betonu?

bg‑gray1

W celu modyfikacji betonu wprowadzane są m.in. dodatki, takie jak:

  • plastyfikatory;

  • dodatki upłynniające;

  • dodatki mineralne (tj. pył krzemionkowy, mikrokrzemionka, nanokrzemionka);

  • włókna (stalowe, polipropylenowe, nylonowe, węglowe lub pochodzenia organicznego, polimerowe);

  • barwniki;

  • nanocząsteczki fotokatalityczne.

Można wyróżnić trzy grupy modyfikacji.

R1OCbLh22jFmG
Schemat. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: Modyfikacje betonów
    • Elementy należące do kategorii Modyfikacje betonów
    • Nazwa kategorii: Modyfikacje konstrukcyjne
    • Nazwa kategorii: Modyfikacje użytkowe
    • Nazwa kategorii: Modyfikacje ekologiczne
    • Koniec elementów należących do kategorii Modyfikacje betonów
bg‑gray1

Modyfikacje konstrukcujne

Polegają na wprowadzaniu do betonów coraz mniejszych wielkości ziaren kruszywa i dodatków, celem otrzymania betonów wysokiej wytrzymałości, co umożliwia częściowe wyeliminowanie zbrojeń stalowych w czasie budowania obiektów.

RG6o2FXSkQqo8
Betony wysokowartościowe (BWW) Modyfikacja betonów zwykłych, poprzez stosowanie nowoczesnych cementów, domieszek plastyfikujących lub upłynniających oraz dodatków mineralnych (zwłaszcza pyłu krzemionkowego), prowadzi do otrzymania betonów o niskiej zawartości wody i najwyższej wytrzymałości. Betony te to tzw. betony wysokowartościowe (BWW). Są klasy wyższej niż C50/60. Im wyższa klasa betonu, tym większa jest jego wytrzymałość na ściskanie., Fibrobetony Fibrobetony powstają w wyniku modyfikowania betonów w różnego rodzaju włókna. Stosuje się włókna: stalowe, z polipropylenu, nylonu, węglowe oraz pochodzenia organicznego. Dodaje się też często różne domieszki czy dodatki. Chropowatość włókien powoduje ich silne związanie z betonem., Betony reaktywne (RPC) i ultrawysokowartościowe (UHPC) Betony reaktywne (Reactive Powder Concrete - RPC) i ultrawysokowartościowe (Ultra High Performance Concrete - UHSC) to betony o bardzo małej zawartości wody, betony o wytrzymałości >150 MPa, zawierające bardzo dużą zawartość cementu, mikrokrzemionki oraz odpowiedni superplastyfikator. Najważniejszym składnikiem odpowiedzialnym za dobre właściwości tych betonów jest mikrokrzemionka, która dzięki dużej powierzchni właściwej ma dobry kontakt z cementem. Powoduje efektywne twardnienie betonu. Takie betony, dzięki zamianie kruszywa grubego na mikrokrzemionkę i dzięki niskiej zawartości wody w stosunku do cementu, cechują się wysoką trwałością, ognioodpornością, odpornością na czynniki korozyjne oraz dużą wytrzymałością na rozciąganie i zginanie., Nano-betony Betony, w których zastosowano cząstki kruszywa o wielkości nanometrów. Najczęściej używa się do tego celu nanokrzemionki albo nanorurek. Nanomodyfikacja prowadzi do otrzymania bardziej jednolitej struktury betonu, co polepsza wytrzymałość betonu na ściskanie i przyczynia się do poprawy właściwości fizyko-mechanicznych.
bg‑gray1

Modyfikacje użytkowe

R8r9p8wQGKExa
Beton elastyczny (ECC – Engineered Cement Composites) Taki, w którym kruszywo gruboziarniste zastąpiono siecią specjalnych mikrowłókien polimerowych, dzięki czemu jest dużo lżejszy od zwykłego oraz można go zginać. Włókna są mieszane z piaskiem i pozostałymi składnikami mieszanki betonowej. Zależnie od tego, jaka ma być zdolność betonu do zginania i odkształcania, dobiera się włókna o odpowiedniej wytrzymałości. Stosuje się włókna z polialkoholu winylowego (PVA), powlekane polietylenem i polipropylenem. Powłoka włókien odpowiada za plastyczność betonu, umożliwiając jego ruch pod obciążeniem. Betony elastyczne są odporne na huragany, trzęsienia ziemi i inne klęski żywiołowe., Betony samogzagęszczalne (SCC – Self Compacting Concrete) Typ materiału, dzięki któremu można szczelnie wypełnić konstrukcję, nawet przy złożonych kształtach i gęstym zbrojeniu. Pod wpływem własnego ciężaru, docierają do trudno dostępnych zakamarków obiektów, bez konieczności wibrowania. Otrzymuje się je poprzez zastosowanie małej ilości kruszywa, dużej ilości cementu, superplastyfikatorów, domieszek polepszających lepkość oraz popiołów., Betony architektoniczne Beton dekoracyjny, dzięki któremu można uzyskać różną gładkość powierzchni, nadać dowolne barwy i wzory powierzchni, można także wyeksponować kruszywo oraz wydobyć z niego efekty przestrzenne. W skład takich betonów wchodzą barwniki, kolorowe cementy i kruszywa., Betony przeźroczyste Betony modyfikowane włóknami optycznymi. Włókna są rozmieszczone w murze poprzecznie, dzięki czemu beton przepuszcza światło i widać, co jest po drugiej stronie., Beton szklany To mieszanka stłuczki szklanej ze specjalnym cementem. Szkło pełni funkcję bardzo twardego kruszywa, przez co otrzymujemy beton wysokowartościowy. Użycie szkła przyczynia się do jego recyklingu., Betony samonaprawialne Są to betony, do których dodawany jest specjalny materiał naprawczy. Aktywacja tego materiału następuje, kiedy naprężenia wewnętrzne w betonie osiągną określony poziom. Mogą być różne źródła samonaprawy, czyli tak zwanego self-healingu:

- Reakcja chemiczna. Na przykład reakcja wapnia z wodą i utworzenie włókien, których krystalizacja i wzrost powoduje wypełnienie porów i mikrorys czy mikrouszkodzeń w betonie.

- Obecność żywicy epoksydowej. Na przykład umieszczone w betonie mikrokapsułki z żywicą, pod wpływem uszkodzenia betonu, uwalniają żywicę, która z kolei pod wpływem alkalicznego środowiska utwardza się i wypełnia uszkodzenie.

- Specyficzne bakterie. Wprowadzenie do betonu niektórych bakterii powoduje, że bakterie te w momencie uszkodzenia betonu i kontaktu z otoczeniem wytwarzają węglan wapnia, aż do czasu wypełnienia uszkodzenia.
bg‑gray1

Modyfikacje ekologiczne

RkS36kh40aivv
Beton fotokatalityczny To taki, który modyfikuje się nanocząstkami posiadającymi właściwości fotokatalityczne. Na przykład, dzięki modyfikacji cząstkami TiO2, pod wpływem światła tworzą się rodniki HO, które utleniają i rozkładają rożne zanieczyszczenia zaadsorbowane na powierzchni betonu. Trujące zanieczyszczenia z otaczającego nas powietrza (spaliny, tłuszcze) są przekształcone w nieszkodliwe azotany(V), węglany i wodę., Beton geopolimerowy W nim zamieniono cement na geopolimer (polimer glinokrzemianu), który można uzyskać z minerałów. Nadaje on betonom wysoką wytrzymałość na ściskanie, małe pełzanie, odporność na ogień, promieniowanie UV oraz korozję ogniową.

Słownik

mieszanka betonowa
mieszanka betonowa

dokładnie wymieszany cement z wodą, kruszywem oraz dodatkami. Na skutek twardnienia mieszanki betonowej powstaje beton

superplastyfikator
superplastyfikator

rodzaj domieszki (zazwyczaj żywice syntetyczne) do mieszanki betonowej, polepszający właściwości betonu, jego wytrzymałość, odporność na mróz, wodę oraz sól. Superplastyfikator zwiększa ciekłość mieszanki betonowej, bez konieczności dodawania wody

pył krzemionkowy, mikrokrzemionka
pył krzemionkowy, mikrokrzemionka

dodatek do betonu znacznie zwiększający jego szczelność. Mikrokrzemionka otrzymywana jest podczas produkcji krzemu oraz jego stopów

żywice epoksydowe
żywice epoksydowe

związki złożone zazwyczaj z polifenoli, które pod wpływem sieciowania grup epoksydowych stają się nierozpuszczalne, nietopliwe oraz przyczepne do większości materiałów

fotokataliza
fotokataliza

zmiana szybkości reakcji chemicznej pod wpływem promieniowania, dzięki obecności fotokatalizatora czułego na światło. Przykładami fotokatalizatorów są: TiO2, ZnS, CdS

geopolimer
geopolimer

długie łańcuchy glinokrzemianów, stabilizujących je kationów metali oraz wody. Powstają po zmieszaniu krzemianu, silnej zasady oraz popiołu lotnego. Cechują się wysoką ogniotrwałością, zachowują się podobnie do cementu i są otrzymywane w celu jego zastąpienia

beton
beton

materiał powstały ze zmieszania cementu, kruszywa, wody oraz ewentualnych domieszek i dodatków, który uzyskuje swoje właściwości w wyniku hydratacji kruszywa, najczęściej cementu

beton zwykły
beton zwykły

beton o gęstości większej niż 2000 kgm3, ale nie przekraczającej 2000 kgm3

reologia
reologia

nauka zajmująca się plastycznymi deformacjami (odkształceniami) materiałów. Reologia zajmuje się głównie relacjami między naprężeniem i odkształceniem w funkcji czasu

Bibliografia

Ajdukiewicz A., Staosolski W., Sulimowski Z., Konstrukcje betonowe. Laboratorium, Gliwice 1998.

Jamroży Z., Beton i jego technologie, Warszawa 2005.

Jasiczak J., Mikołajczak P., Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami, Poznań 1997.

Kaszuba S., Nowoczesne kierunki w technologii betonu. Prezentacja, Berlin 2007.

Neville A. M., Właściwości betonu, Kraków 2000.

Radomski W., Światowe tendencje rozwojowe technologii betonu, „Przegląd Budowlany” 1995, nr 8−9.