Domieszki opóźniające, zgodnie z de-finicją normową, przedłużają czas do rozpoczęcia przechodzenia
mieszan-ki betonowej ze stanu plastycznego w stan sztywny. Zgodnie z wymaga-niami sformułowanymi w PN-EN 934-2 domieszka opóźniająca powinna wydłużać czas początku wiązania co najmniej o 90 minut w stosunku do betonu kontrolnego, natomiast czas zakończenia wiązania nie powinien wydłużyć się o więcej niż 360 mi-nut. Wytrzymałość na ściskanie be-tonu z domieszką po siedmiu dniach powinna wynosić co najmniej 80%, a po 28 dniach – co najmniej 90%
wytrzymałości betonu kontrolnego.
Zawartość powietrza w mieszance z domieszką może być najwyżej o 2%
większa niż w mieszance kontrolnej, chyba że producent zadeklaruje ina-czej.
Opóźniające działanie modyfikatorów polega przede wszystkim na blokowa-niu powierzchni ziaren cementu, co utrudnia dostęp wody i rozpuszczanie składników spoiwa. Na powierzchni ce-mentu adsorbują się duże cząsteczki organiczne albo – w przypadku domie-szek nieorganicznych – wytrącają się warstewki trudno rozpuszczalnych związków wapnia. Domieszki opóźnia-jące mogą również powodować zmiany równowag jonowych w fazie ciekłej za-czynu, zmniejszenie rozpuszczalności
0 1 2 3 4 5 6 7
czas wiązania, h zaw. CaCl2, % masy cementu 2,0%
1,5%
1,0%
0%
0,5%
a)
0 20 40 60 80 100
0 7 14 21 28
wytrzymałość na ściskanie, MPa
czas, dni
bez domieszki 2% CaCl2 -4oC
4oC 23oC
b)
Rys. 2 Ι Przyspieszenie wiązania (a) i twardnienia (b) betonu pod wpływem domieszki CaCl2 (dane Kalifornijskiego Instytutu Technolo-gicznego)
Rys. 3 Ι Przyspieszenie wiązania cementu przez domieszkę zawierającą zarodki krystalizacji fazy C-S-H – szybsze uciąglenie struktury zaczynu
Rys. 4 Wpływ domieszek przyspieszających i opóź-niających wiązanie na przyrost wytrzyma-łości betonu (M. Venuat, Adjuvants et traite-ments des mortiers et betons, Paryż 1971) składników klinkieru i hamowanie po-wstawania zarodków krystalizacji wo-dorotlenku wapnia.
Do opóźniaczy nieorganicznych na-leżą przede wszystkim dobrze roz-puszczalne w wodzie związki fosforu, boru, fluoru, chromu i arsenu, a tak-że tlenki metali: ołowiu, cynku, wa-nadu i cyny.
Fosforany, stosowane jako domiesz-ki opóźniające, to głównie fosfora-ny sodu, np. ortofosforafosfora-ny Na3PO4, Na2HPO4·2 H2O, a zwłaszcza piro-fosforany, np. Na4P2O7·10 H2O.
Mechanizm ich działania polega na wytrącaniu na powierzchni cemen-tu nierozpuszczalnego fosforanu tri-wapnia Ca3(PO4)2. Podobnie działają fluorki, np. NaF powoduje powstanie nierozpuszczalnej warstewki difluorku wapnia CaF2.
Borany, np. dziesięciowodny heptaok-sotetraboran sodu Na2B4O7·10 H2O, opóźniają powstawanie etryngitu. Po-dobne zjawiska mają miejsce w obec-ności związków metali; tworzą się warstewki nierozpuszczalnych wodo-rotlenków i soli kompleksowych.
Spośród związków organicznych szcze-gólną skutecznością w opóźnianiu wiązania betonu charakteryzują się węglowodany – glukoza, sacharoza,
skrobia, celuloza i ich pochodne; za-wartość 0,05% cukru w stosunku do masy cementu umożliwia opóźnienie wiązania o ok. 4 godz. Przedozowa-nie tego środka (zawartość rzędu 1%
masy cementu) może jednak całkiem zatrzymać wiązanie betonu.
Jako domieszki opóźniające są tak-że stosowane lignosulfoniany wapnia, sodu i amonu, kwasy karboksylowe i hydroksykarboksylowe (np. kwas glu-konowy, kwas cytrynowy) oraz ich sole.
Skutkiem opóźnienia jest umiarkowa-ny, korzystny z praktycznego punktu widzenia, rozkład szybkości wydziela-nia ciepła w czasie. Pozwala to, oprócz kontroli czasu wiązania, na zmniejsze-nie efektu samonagrzewania, co jest szczególnie istotne przy wykonywaniu konstrukcji masywnych i przy betono-waniu w ciepłych porach roku. Pozy-tywnym skutkiem opóźnienia jest pra-widłowy rozwój mikrostruktury betonu i możliwość osiągnięcia w dłuższym okresie wyższej wytrzymałości.
Większość domieszek opóźniających odsuwa w czasie zarówno początek, jak i koniec wiązania oraz zmniejsza wytrzymałość początkową betonu.
Natomiast wytrzymałość w dłuższym okresie jest zwykle większa niż beto-nów bez domieszek (rys. 4).
Wielkość opóźnienia zależy od natu-ry chemicznej modyfikatora (natu-rys. 5) i jego ilości, a także od momentu wprowadzenia domieszki, rodzaju ce-mentu, składu betonu, temperatury składników mieszanki i temperatury otoczenia.
Domieszki opóźniające dodaje się albo w czasie wykonywania betonu, albo po kilku minutach (zwykle ok. dwóch) od pierwszego kontaktu wody z ce-mentem. Wprowadzenie opóźniacza z wodą zarobową eliminuje okres, w którym składniki cementu reagują z wodą przy braku modyfikatora, jed-nak niektóre domieszki (np. lignosul-foniany) działają skuteczniej, kiedy są dodawane nieco później.
Działanie opóźniaczy jest w szero-kim zakresie wprost proporcjonalne do zawartości domieszki. Czynni-kami wpływającymi na skuteczność są też współczynnik w/c oraz sto-pień rozdrobnienia cementu – po-nieważ opóźniacze osadzają się na powierzchni ziaren, w przypadku cementu o większym stopniu roz-drobnienia (większe rozwinięcie po-wierzchni) potrzebna jest większa zawartość domieszki.
Na efektywność działania modyfika-tora wpływa także skład chemiczny
wytrzymałość na ściskanie, MPa
czas, dni
z opóźniaczem bez domieszki z przyśpieszaczem
i mineralogiczny cementu. Generalnie opóźniacze działają na fazy klinkiero-we, ich skuteczność maleje zatem ze wzrostem zawartości dodatków pucolanowych lub hydraulicznych w cemencie.
W szczególnie istotny sposób sku-teczność domieszek opóźniających zależy od temperatury. Ponieważ
Rys. 6
Wpływ temperatury na skuteczność domie-szek opóźniających wiązanie (F. Massazza, M. Testolin, Latest developments in the use of admixtures for cement and concrete,
„Il Cemento” 2/1980) 0
5 10 15 20 25 30 35
0 0,2 0,4 0,6 0,8
początek czasu wiązania, h
zawartość domieszki, % masy cementu
30oC 20oC 10oC wraz ze wzrostem temperatury roś-nie szybkość wszystkich reakcji chemicznych, działanie opóźniające modyfikatora jest tym słabsze, im temperatura jest wyższa (rys. 6).
Ubocznym skutkiem opóźnienia wią-zania cementu może być zwiększenie skurczu plastycznego, jako że wydłu-ża się czas pozostawania mieszanki
w stanie plastycznym; nie stwierdzo-no natomiast wpływu na skurcz wy-sychania.
Podsumowanie
Domieszki przyspieszające, które były jednymi z pierwszych szeroko stosowanych modyfikatorów betonu, obecnie straciły nieco na znaczeniu.
Przyczyniło się do tego zagrożenie, jakie środki chlorkowe stwarzają dla trwałości betonu i żelbetu, a także rozwój technologii cementu i beto-nu. W niektórych obszarach budow-nictwa domieszki te są jednak nadal szeroko stosowane.
Stale rozwijane są środki opóźniają-ce. Modyfikatory te są szczególnie użyteczne w przypadku betonu to-warowego, wytwarzanego w oddale-niu od miejsca wbudowania, betono-wania w wysokiej temperaturze lub wykonywania betonowych konstrukcji masywnych.
Środki regulujące szybkość wiązania i twardnienia betonu stanowią dobrą ilustrację znaczenia domieszek dla współczesnej technologii betonu.
Rys. 5 Ι Opóźnienie wiązania betonu (w/c = 0,45) przez różne domieszki