Modyfikacja materiałowa betonu

Prowadząc od lat zajęcia z autorskiego przedmiotu „Metody modyfikacji materiałów budowlanych" na studiach magisterskich Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej, spotykam się niezmiennie z żywym zainteresowaniem słuchaczy. Utwierdza mnie to w przekonaniu o istotności tej tematyki dla inżynierów budownictwa. Spotykam się też z sugestiami ujęcia zagadnień, sygnalizowanych w trakcie wykładów, w formie pisanej, w sposób rozbudowany i pogłębiony, a zarazem odpowiednio przejrzysty. Niniejsza książka stanowi próbę sprostania temu wyzwaniu. Ujmuje ona moje trzydziestoletnie doświadczenia, dotyczące modyfikacji betonu. Prowadzone w tym czasie studia i prace badawcze, oraz współpraca z firmami działającymi na rynku budowlanym, pozwoliły mi śledzić dynamiczny rozwój i przemiany zachodzące w tym obszarze wiedzy i techniki, a w pewnym stopniu również w nich uczestniczyć. Ambicją książki jest uporządkowanie i przedstawienie aktualnego stanu teorii i praktyki w zakresie domieszek i dodatków do betonu. Wiele zagadnień jest tu wciąż przedmiotem dyskusji; nie uchylam się od przedstawienia własnych opinii, jeśli tylko uważam je za dostatecznie uzasadnione. Układ książki odpowiada podstawowym rodzajom modyfikatorów, to znaczy domieszkom, dodatkom polimerowym, dodatkom mineralnym i środkom impregnacyjnym. Nie wszystkie z nich omówiono równie obszernie; użycie dodatków mineralnych opisano stosunkowo zwięźle. Uzasadnienie tej decyzji przedstawiam w stosownym miejscu książki; najważniejszą przyczyną jest dostępność poświęconych tym materiałom, aktualnych i godnych polecenia opracowań. Opracowanie nie obejmuje betonu żywicznego, który jest materiałem bezcementowym, ani też betonów zbrojonych włóknami, które stanowią odrębny obszar technologii betonu. Książka skierowana jest do szerokiego kręgu odbiorców, zainteresowanych modyfikacją materiałową betonu: badaczy zajmujących się technologią tego materiału, specjalistów w zakresie cementu i chemii budowlanej, studentów budownictwa i technologii materiałów budowlanych oraz inżynierów praktyków, na co dzień projektujących, wytwarzających i stosujących beton i rozwiązujących związane z tym problemy. (od autora)

Spis treści:

Od autora 9
Podziękowania 11

1. Wstęp 13
1.1. Czy beton potrzebuje ulepszania? 13
1.2. Rys historyczny 14
1.3. Zarys przebiegu wiązania i kształtowania się mikrostruktury zaczynu cementowego 18
1.4. Współczesne potrzeby i koncepcje modyfikacji betonu 28
Literatura 30

2. Modyfikacja betonu domieszkami 33

2.1. Wprowadzenie 33
2.1.1. Terminologia 33
2.1.2. Ogólne wymagania normowe 36
2.1.3. Klasyfikacja 38 2.2. Modyfikacja konsystencji mieszanki betonowej 40
2.2.1. Konsystencja i urabialność mieszanki betonowej 40
2.2.2. Mechanizmy upłynnienia mieszanki betonowej przez domieszki 42
2.2.3. Efekty działania domieszek upłynniających 46
2.2.4. Upłynnienie a uplastycznienie - kryteria i wymagania 54
2.2.5. Natura chemiczna domieszek uplastyczniających i upłynniających 56
2.2.6. Kształtowanie struktury cząsteczkowej domieszek nowej generacji 58
2.2.7. Przedłużenie czasu skutecznego działania domieszek upłynniających 61
2.2.8. Wpływ składu zaczynu na skuteczność działania superplastyfikatorów 66
2.2.9. Wpływ temperatury na skuteczność działania superplastyfikatorów 71
2.2.10. Praktyczne aspekty stosowania domieszek upłynniających 76
2.3. Napowietrzanie betonu 78
2.3.1. Destrukcja mrozowa betonu 78
2.3.2. Struktura porowatości w betonie napowietrzonym a mrozoodporność betonu 81
2.3.4. Natura chemiczna domieszek napowietrzających 90
2.3.5. Inne skutki napowietrzenia mieszanki betonowej i betonu stwardniałego 91
2.3.6. Czynniki wpływające na skuteczność napowietrzenia 94
2.4. Regulacja szybkości wiązania i twardnienia betonu 102
2.4.1. Stosowanie domieszek przyśpieszających wiązanie betonu w przeszłości i obecnie 102
2.42. Mechanizmy działania środków przyśpieszających 104
2.4.3. Natura chemiczna domieszek przyśpieszających 107
2.4.4. Domieszki przyśpieszające do betonu natryskowego 109
2.4.5. Domieszki przeciwmrozowe 110
2.4.6. Problemy przy stosowaniu domieszek przyśpieszających 112
2.4.7. Mechanizmy działania domieszek opóźniających wiązanie betonu 114
2.4.8. Natura chemiczna domieszek opóźniających 115
2.4.9. Efekty i zakres stosowania domieszek opóźniających 118
2.5. Poprawa kohezji mieszanki betonowej 123
2.5.1. Potrzeba i mechanizm regulowania lepkości mieszanki betonowej 123
2.52. Domieszki zapobiegające segregacji mieszanki 129
2.5.3. Domieszki poprawiające tiksotropowość mieszanki 131
2.5.4. Domieszki zwiększające więźliwość wody 132
2.5.5. Domieszki zapobiegające wymywaniu składników mieszanki podczas betonowania pod wodą 133
2.5.6. Domieszki wspomagające pompowanie mieszanki 136
2.5.7. Natura chemiczna domieszek modyfikujących lepkość mieszanki betonowej 137
2.6. Uszczelnianie betonu 140
2.6.1. Problem wodoszczelności betonu 140
2.6.2. Możliwości poprawy wodoodporności betonu przez zastosowanie domieszek uszczelniających 141
2.6.3. Mechanizmy uszczelnienia betonu przez domieszki 143
2.6.4. Efekty działania domieszek uszczelniających 145
2.6.5. Natura chemiczna i wymagania stawiane domieszkom uszczelniającym 146
2.7. Poprawa odporności betonu i zbrojenia na działanie czynników korozyjnych 148
2.7.1. Ochrona betonu przed korozją a modyfikacja za pomocą domieszek 148
2.7.2. Podstawowe mechanizmy korozji chemicznej betonu 149
2.7.3. Poprawa ogólnej odporności chemicznej betonu 151
2.7.4. Poprawa odporności betonu na reakcję alkalia - kruszywo 152
2.7.5. Korozja biologiczna betonu 153
2.7.6. Poprawa odporności biologicznej betonu 155
2.7.7. Mechanizmy korozji zbrojenia w żelbecie 155
2.7.8. Domieszki - inhibitory korozji stali zbrojeniowej 158
2.8. Przeciwdziałanie skurczowi betonu 162
2.8.1. Przyczyny skurczu betonu 162
2.8.2. Domieszki zmniejszające skurcz 165
2.9. Modyfikacja betonu innymi rodzajami domieszek 171
2.9.1. Zwiększanie objętości betonu 171
2.9.2. Poprawa przyczepności betonu do podkładu betonowego 172
2.9.3. Modyfikacja betonów natryskowych 172
2.9.4. Stosowanie domieszek wielofunkcyjnych 173
2.9.5. Barwienie betonu 175
2.10. Zagadnienie kompatybilności w układzie cement-domieszka 177
Literatura 181

3. Modyfikacja betonu dodatkami polimerowymi - betony polimerowo-cementowe 203

3.1. Ogólna klasyfikacja betonów zawierających polimery 203
3.2. Polimery stosowane jako dodatki do betonu 206
3.3. Mechanizmy modyfikacji betonu dodatkami polimerowymi 213
3.3.1. Podstawowe procesy i ich uwarunkowania 213
3.3.2. Model kształtowania się mikrostruktury betonu polimerowo-cementowego 218
3.3.3. Szczególne cechy mikrostruktury kompozytów polimerowo-cementowych 224
3.3.4. Reakcje polimerów ze składnikami zaczynu cementowego 227
3.3.5. Wpływ polimeru na hydratację cementu 229
3.4. Właściwości betonów polimerowo-cementowych 231
3.4.1. Właściwości mieszanek polimerowo-cementowych 231
3.4.2. Skurcz 234
3.4.3. Przyczepność do podłoża 236
3.4.4. Wytrzymałość i odkształcalność 239
3.4.5. Trwałość betonów polimerowo-cementowych 243
3.4.6. Wpływ warunków dojrzewania na właściwości betonów polimerowo-cementowych 248
3.5. Projektowanie materiałowe kompozytów polimerowo-cementowych 253
Literatura 257

4. Modyfikacja betonu dodatkami mineralnymi 267

4.1. Zagadnienia ogólne 267
4.1.1. Wprowadzenie 267
4.1.2. Pojęcie i klasyfikacja mineralnych dodatków do betonu 268
4.1.3. Uwzględnianie dodatków w składzie betonu - koncepcja współczynnika k 269
4.2. Dodatki prawie obojętne 271
4.3. Popioły lotne 273
4.3.1. Definicja i klasyfikacja popiołów lotnych 273
4.3.2. Podstawowe mechanizmy działania popiołów lotnych jako modyfikatorów betonu 275
4.3.3. Popiół lotny krzemionkowy 276
4.3.4. Popiół lotny wapienny 281
4.4. Pył krzemionkowy 284
4.4.1. Definicja i podstawowe właściwości pyłu krzemionkowego 284
4.4.2. Mechanizmy i efekty modyfikacji betonu pyłem krzemionkowym 286
4.5. Żużel wielkopiecowy 290
4.5.1. Mielony granulowany żużel wielkopiecowy jako dodatek do betonu 290
4.5.2. Efekty modyfikacji betonu żużlem wielkopiecowym 292
4.6. Inne dodatki aktywne 294
Literatura 299

5. Impregnacja betonu 305

5.1. Ogólna koncepcja impregnacji betonu 305
5.2. Impregnacja całkowita 305
5.3. Impregnacja powierzchniowa 313
5.4. Impregnacja jako metoda naprawy i ochrony betonu w ujęciu normowym 316
Literatura 320

6. Rola modyfikacji materiałowej we współczesnej technologii betonu 323

6.1. Modyfikacja materiałowa a betony nowej generacji 323
6.2. Modyfikacja materiałowa a kwestie ekologiczne 327
6.3. Modyfikacja materiałowa a koszty wytwarzania i stosowania betonu 330
Literatura 334

7. Podsumowanie 337

Zestawienie norm przywołanych w pracy 339
Normy aktualne 339
Normy wycofane 342

8. Skorowidz 343