Podstawowe metody pielęgnacji

Pielęgnacja jest to zespół czynności, których celem jest wspomaganie procesu hydratacji cementu, tzn. są to zabiegi podejmowane od momentu ułożenia i zagęszczenia mieszanki betonowej, mające na celu zapewnienie jak najpoprawniejszego przebiegu procesów fizykochemicznych wiązania cementu i tworzenia się struktury wewnętrznej betonu. Zadaniem pielęgnacji jest zapewnienie właściwej temperatury i wilgotności oraz ochrona przed szkodliwie działającymi czynnikami, takimi jak:

wstrząsy i strugi wody czy deszcz, które wypłukują cement ze świeżo zagęszczonej mieszanki oraz młodego betonu. Brak właściwiej pielęgnacji prowadzi z reguły do zaniżania wytrzymałości końcowej, do kruchości betonu oraz nadmiernych odkształceń i spękań [3.1].

Zasadniczą sprawą jest, aby każda konstrukcja betonowa spełniała w sposób ciągły swoje przewidziane funkcje, tj. zachowywała wymaganą wytrzymałość oraz cechy użytkowe przez cały czas wyspecyfikowanego lub tradycyjnie oczekiwanego okresu użytkowania. Wynika stąd, że beton musi wytrzymać takie procesy niszczenia, na które będzie narażony. Beton spełniający wymienione wymagania jest określany jako trwały [3.2]. W związku z tym należy dobrać odpowiednią metodę pielęgnacji, która umożliwi betonowi uzyskanie projektowanej wytrzymałości oraz oczekiwanej trwałości.

Typowe metody pielęgnacji w zależności od pory roku można podzielić na zimowe i letnie. W niniejszej pracy skupiono się na okresie letnim.

Pielęgnacja betonu w okresie letnim nosi nazwę pielęgnacji wilgotnościowej i ma na celu zapobieganie utraty wody z betonu na skutek parowania z jego powierzchni, a także dostarczanie wody do betonu niezbędnej do hydratacji cementu. Istnieją różne sposoby oddziaływań pielęgnacyjnych na mieszankę w celu zapewnienia prawidłowego przebiegu hydratacji. Na rys. 3.1. zestawiono dwie główne metody pielęgnacji jakimi są: oddziaływanie powierzchniowe oraz oddziaływanie wewnętrzne także z zastosowaniem materiałów zmiennofazowych, jako oddziaływanie o charakterze termicznym.

Rys. 3.1. Oddziaływania składające się na pielęgnację betonu uwzględniając (PCM) – na podstawie pozycji [3.3][3.4].

W tym punkcie będą opisane niektóre metody oddziaływań powierzchniowych, a w następnym punkcie tj. 3.2 zostaną przybliżone metody oddziaływań wewnętrznych.

Uzyskanie przez beton planowanych właściwości, takich jak wytrzymałość czy trwałość, uzależnione jest od całego procesu jego projektowania, produkcji, transportu, układania oraz pielęgnacji.

Przed betonowaniem istotne jest odpowiednie przygotowanie powierzchni deskowania (formy). W tym celu zazwyczaj stosuje się środki antyadhezyjne, które umożliwiają łatwe rozformowanie elementu bez uszkodzenia powierzchni licowej elementu lub konstrukcji, dzięki znacznemu zmniejszeniu sił przyczepności pomiędzy powierzchnią roboczą urządzeń formujących a betonem.

W zależności od warunków panujących w trakcie prac betonowych, rodzaju konstrukcji i możliwości technicznych budowy można zastosować różne metody pielęgnacji m.in.:

1) pozostawienie betonu w deskowaniach (np. elementy ścian, słupów, żeber, podciągów, ram, stropów, itp.) – o ile to możliwe ze względu na duże koszty przetrzymywania deskowań,

2) pielęgnację wodną – zraszanie powierzchni betonu mgiełką wodną, utrzymywanie powierzchni betonu zauważalnie mokrej,

3) układanie na powierzchni betonu mokrych mat i zabezpieczanie ich przed wysychaniem,

4) pokrywanie powierzchni mokrego betonu folią budowlaną (rys.3.2.), która powinna być przymocowana przy krawędziach i złączach,

5) zastosowanie domieszek opóźniających wiązanie,

6) nałożenie warstwy piasku (grubości ok. 0,1 m) na powierzchnię betonu, polewanie jej wodą, aby zapobiec wyparowaniu i powstawaniu rys (o ile betonowana powierzchnia jest pozioma),

7) ochrona betonu przed odparowaniem wody wprowadzonej do betonu na etapie jego wytwarzania i wbudowywania poprzez pokrycie powierzchni preparatami błonotwórczymi (żywicznymi lub parafinowymi) – stosowana zwłaszcza do pokrywania elementów wielkopowierzchniowych, np. posadzki, drogi, płyty parkingowe, place logistyczne i płyty lotniskowe, co przedstawia rys. 3.2.,

Rys 3.2. Mechaniczne natryskiwanie preparatu błonkotwórczego i pokrywanie powierzchni folią

8) ochładzanie mieszanki betonowej ciekłym azotem o temperaturze – 193^oC odbywa się zazwyczaj w bębnie betoniarki samochodowej. Ciekły azot magazynowany jest w oddzielnym agregacie w wytwórni, a po napełnieniu betoniarki samochodowej mieszanką, wprowadzany jest do jej wnętrza specjalną końcówką. Bęben betoniarki powinien obracać się z możliwie największą szybkością, chłodzenie betonu należy prowadzić w ten sposób, aby azot dodawać przerwami. Przerwy w chłodzeniu mieszanki mają na celu ochronę części mechanicznych betoniarki przed ich uszkodzeniem. Obniżenie temperatury 5,5 m³ mieszanki w bębnie betoniarki samochodowej o około 5^oC wymaga jej chłodzenia przez około 8 minut [3.5].

Rys.3.4. Schładzanie mieszanki betonowej ciekłym azotem [3.6].

9) dodanie schłodzonej wody zarobowej lub skruszonego lodu do mieszanki - metoda ta pozwala na obniżenie temperatury mieszanki betonowej o 12–18°C poniżej temperatury otoczenia[3.7].

Na podstawie badań doświadczalnych ustalono, że obniżenie temperatury kruszywa o 16^oC spowoduje obniżenie temperatury całej mieszanki o 10^oC. Wynika to z faktu, że wagowo kruszywo stanowi 70 ÷ 85% masy wszystkich składników mieszanki

betonowej. Natomiast dodanie jednego kilograma lodu do mieszanki betonowej obniża temperaturę całej mieszanki o 7.8^oC. Wskazane jest, aby temperatura wyjściowa (startowa) mieszanki betonowej nie przekroczyła 16^oC , lecz w krajach leżących w strefie klimatu zwrotnikowego jest to bardzo trudny warunek do osiągnięcia.

Temperatura wyjściowa mieszanki betonowej nie powinna być wyższa niż 32^oC.

Temperaturę T świeżej mieszanki można łatwo obliczyć na podstawie temperatury jej składników wg wzoru:

(1)

gdzie:

- T- temperatura w ^oC,

- W – masa składnika na jednostkę objętości betonu,

- indeksy a, c, w odnoszą się odpowiednio do kruszywa, cementu i wody (wody zarobowej oraz wody w kruszywie),

- wartość 0,22 jest w przybliżeniu stosunkiem ciepła właściwego suchych składników

do ciepła właściwego wody i może być stosowana zarówno w systemie jednostek SI, jak i systemach brytyjskim oraz amerykańskim [3.2].

W celu utrzymania wody zarobowej w niższej temperaturze niż temperatura otoczenia w krajach gorącego klimatu, zbiorniki na wodę należy pomalować na biało i najlepiej utrzymać je z dala od promieniowania słonecznego, tzn. w miarę możliwości przechowywać w cieniu. Rury odprowadzające wodę ze zbiornika do produkcji trzeba lokować pod ziemią, w cieniu albo przynajmniej pomalować na biało.

Należy podkreślić, że w ciepłych krajach różnica temperatury wody zarobowej pomiędzy dwoma zbiornikami jednym koloru czarnego, a drugi białego wynosi 17^oC (na korzyść białego).

Kombinacja wymienionych metod pielęgnacji w gorącym i suchym klimacie jest możliwa, a nawet wskazana [3.8]. W przeszłości ograniczana była maksymalna temperatura powietrza, przy której można było układać beton. Ograniczenie to nie jest rozsądne w krajach o bardzo wysokich temperaturach otoczenia.

Z tego powodu trwają poszukiwania nowych metod pielęgnacyjnych, które pozwolą przekroczyć wspomniane bariery klimatyczne oraz technologiczne i stąd

pomysł na zastosowanie materiałów zmiennofazowych kapsułkowanych w superabsorbentach polimerowych (SAP - Superabsorbent Polymer).