Jak działają domieszki napowietrzające? Surfaktanty w produkcji betonu

Opublikowano: 30-05-2018

Beton, jako jeden z najpopularniejszych materiałów budowlanych, jest nieustannie modyfikowany i ulepszany poprzez stosowanie nowoczesnych domieszek oraz dodatków modyfikujących jego właściwości. Już w starożytności stosowane były różne substancje nadające mu pożądane cechy użytkowe. Jako przykład można podać tutaj wprowadzanie do mieszanki betonowej sproszkowanych jaj lub krwi wołowej, co przyspieszało wiązanie cementu oraz zwiększało wytrzymałość gotowego betonu. W starożytnym Rzymie popularnym dodatkiem do betonu były także popioły wulkaniczne.

Współcześnie stosowany beton cementowy (nazywany „sztucznym kamieniem”) powstaje poprzez zmieszanie cementu, odpowiedniego kruszywa oraz wody. Kontakt cementu z wodą powoduje hydratację, w efekcie czego wydzielane jest ciepło. W wyniku zachodzącej reakcji następuje wiązanie mieszanki betonowej, w której znajdują się gęsto upakowane produkty hydratacji, takie jak uwodnione krzemiany wapnia oraz uwodnione gliniany wapnia.

Co wpływa na wytrzymałość betonu?

Parametry gotowego betonu oraz wykonanych z niego elementów zależą od wielu czynników. Jeśli chodzi o jego wytrzymałość, bardzo ważny jest typ użytego cementu, rodzaj oraz jakość kruszywa, a także współczynnik W/C (woda/cement). Niezmiernie istotny jest także wybór odpowiednich dodatków oraz domieszek, które wpływają na urabialność, wodoszczelność oraz mrozoodporność gotowego betonu. Zmiany temperatur podczas sezonu jesienno-zimowego sprawiają, że struktura elementów wykonanych z betonu może być osłabiana na skutek powtarzającego się zamarzania i rozmrażania wody obecnej w jego porach. Towarzysząca tym zjawiskom zmiana objętości wody powoduje powstawanie pęknięć betonowych elementów, co w konsekwencji może prowadzić do poważnych uszkodzeń. Najskuteczniejszymi sposobami na poprawę odporności betonu na powtarzające się cykle zamrażania i rozmrażania jest odpowiednia pielęgnacja, a także zapewnienie właściwego napowietrzenia. Tutaj szczególnie ważna jest ilość, kształt i wielkość porów znajdujących się w jego strukturze.

Domieszki napowietrzające do betonu

Ostatni z wymienionych sposobów – a więc odpowiednie napowietrzenie betonu – polega przede wszystkim na zastosowaniu nowoczesnych domieszek chemicznych. Są to produkty dodawane do mieszanek betonowych w niewielkich ilościach. Główną grupą składników stosowanych w ich produkcji są surfaktanty. Wprowadzenie do mieszanki betonowej odpowiednich środków powierzchniowo czynnych powoduje powstawanie drobnych i stabilnych pęcherzyków powietrza. Gdy świeża mieszanka zaczyna się utwardzać, znajdujące się w niej pęcherzyki ulegają mineralizacji i stają się jej integralną częścią. W ten sposób powstaje dodatkowa powierzchnia wewnątrz struktury betonu, do której rozszerza się zamarzająca woda. Pozwala to zapobiegać wzrostowi ciśnienia wewnętrznego, które jest odpowiedzialne za powstawanie pęknięć podczas niskich temperatur. Równomierne rozprowadzenie porów z powietrzem w całej objętości betonu powoduje poprawę jego mrozoodporności. Obecność pęcherzyków powietrza w mieszance betonowej poprawia także jej urabialność. Działają one na zasadzie łożysk, które zwiększają plastyczność bez konieczności zmiany współczynnika W/C (woda/cement). Pęcherzyki powietrza zmniejszają także tarcie, które pojawia się podczas etapu pompowania betonu.

Do produkcji domieszek napowietrzających mogą być wykorzystywane surfaktanty anionowe i amfoteryczne, jak również niejonowe środki powierzchniowo czynne. Wśród stosowanych dodatków anionowych należy wymienić przede wszystkim sole laurylosiarczanów oraz sole lauryloeterosiarczanów. Wysoką wydajność w tworzeniu drobnych i stabilnych pęcherzyków powietrza zapewni również zastosowanie soli alkilobenzenosulfonianów, np. soli sodowej w postaci produktu ABSNa. Z kolei wprowadzenie do mieszanki betonowej etoksylowanych alkoholi o dodatkowych właściwościach zwilżających umożliwi stabilizację powstających pęcherzyków. Dodatki amfoteryczne, a wśród nich amidobetainy, są tzw. kosurfaktantami, które wspomagają napowietrzanie betonu oraz również stabilizują trwałość pęcherzyków powietrza.

Wynalezienie betonu w starożytności stworzyło wiele nowych możliwości dla ówczesnej architektury, dzięki czemu powstały takie budowle jak Panteon i Koloseum, które przetrwały aż do dziś. Obecnie wiedza na temat tego materiału konstrukcyjnego jest dużo większa, a stałe optymalizowanie technologii produkcji betonu oraz opracowywanie nowych rodzajów domieszek umożliwia tworzenie z niego coraz wytrzymalszych i bardziej skomplikowanych form i elementów. Co więcej, rozwój branży budowlanej dzięki opracowaniu betonu architektonicznego pozwala nie tylko tworzyć wytrzymałe elementy konstrukcyjne, ale także zapewnić nowym budynkom oryginalny wygląd i ciekawe wzornictwo.

0 Schowek
ENV: prod