Domieszki do betonu Dawniej, Teraz i w Przyszłości

O

SO₃Na O

OH

OMe

* *

n

1

Domieszki do betonu –

Dawniej, Teraz i w Przyszłości

Dni betonu, Poland, Oct. 2012 Dr. Klaus Lorenz, BASF

2

Wprowadzenie

Historyczne „Domieszki”

Obecne Domieszki Co dalej?

http://www.geopolymer.org/category/archaeology

http://www.focus.de/wissen/mensch/archaeologie/pyramiden_aid_120255.html http://doernenburg.alien.de/arch/bau/bau_04.php

3

• Według danych historycznych użycie materiałów wiążących podobnych do betonu/cementu pojawiło się około 14000 – 17000 lat temu.

• Są dowody na to, że pewien typ zaprawy był używany w obecnej wschodniej części Turcji,

zawierających wypalone wapno (lub gips) aby łączyć cegły.

• Fenicjanie i Sumerowie mieszali zaprawy z pyłem wulkanicznym - tworząc spoiwo które twardnieje nawet pod wodą, Egipcjanie używali zapraw do budowy ścian.

* W dawnym Egipcie używano głównie wypalanego gipsu aż do 330 r p.n.e. kiedy Grecy pokazali im wypalane wapno.

(Lucas/Harris; „Ancient Egyptian Materials and Industries“, pp. 74-79)

~1400 BC

4

„Vitruvius, „De architectura libri decem“ * (10 książek o architekturze)

Heinz-Otto Lamprecht:

„Opus Caementitium. Bautechnik der Römer“

„ ..aby zabezpieczyć zaprawę przed zgubnym

wpływem mrozu, nadchodzącym każdej zimy należy ją napowietrzyć za pomocą oleju (Ölhefe) –

zabezpieczającym przed penetracja mrozu..”

(wolne tłumaczenie z j. niemieckiego)

* tłumaczenie: http://de.wikipedia.org/wiki/Vitruv )

5

Inne używane domieszki*:

Rzymianie:

• Mleko, smalec, krew (napowietrzenie, urabialność)

• Włosie końskie (przeciwskurczowe)

• Tłuszcz zwierzęcy (łój wołowy..) (napowietrzanie, uszczelnianie)

• Wino (winian) (opóźniacz)

• …?

Majowie:

• Ekstrakt z kory (opóźniacz wiązania)

• …?

Mezo-ameryka, Peru:

• Sok z katusa, latex z plantacji kauczuka

• …?

Europa, średniowiecze:

• Jaja, bycza krew

• …?

Chiny:

• Pasta ryżowa, lakier, olej, melasa, gotowane banany

• …?

* i.e. http://www.pdhengineer.com/courses/c/C-2029.pdf

Źródło: Heinz-Otto Lamprecht: „Opus Caementitium. Bautechnik der Römer“ 6

Źródło: Heinz-Otto Lamprecht: „Opus Caementitium. Bautechnik der Römer“ 7

1920 Ligninsulfoniany (LS) (produkt odpadowy z pulpy celulozowej)

1960 Kondensaty naftalenowo - formaldehydowe (BNS)

1970 Kondensaty melaminowo - formaldehydowe (MSF)

1981 Etery polikarboksylanowe (PCEs)

Odpychanie elektrostatyczne

+ Odpychanie steryczne

Wzrost z dolności

dysper- syjnych

*

O

MO O O

(EO)n CH₃

m n

O

SO₃Na O

OH OMe

* *

n

CH₂ *

*

SO₃Na 3-6

N N N

NH

N CH₂ *

N CH₂

*

CH₂SO₃- CH₂SO₃-

CH₂SO₃-

n

9

Przyczółek L: 84.5 m B: 83.0 m H: 47.5 m

1979 Pierwsze inicjatywy badawcze w Japonii 1982 Pierwszy patent nowej

technologii: „Kwas metakrylowy/ - ester”

1988 Pierwszy wielkiej skali Projekt z eterami poli-

karboksylanowymi Most:

Akashi Channel Bridge

10

cement particle cement

particle

cement particle

Naładowany kręgosłup Elektrostatyczna adsorpcja dyspergatora na nieorganicznym

ziarnie + elektrostatyczne odpychanie

Łańcuch boczny Silne steryczne

odpychanie

poszczególnych ziaren.

11

Ziarno cementu

Szybkość adsorbcji eteru polikarboksylanowego oraz szybkość tworzenia wczesnych faz hydratacji cementu

muszą być dopasowane!

Etryngit

Ziarno cementu

- - - - - - - - - - - - - -

Sposób działania

13

Burj Khalifa

828m

100,000 t zbrojonego betonu 330,000 m³ UHPC

606m ^: światowy rekord w

pionowym pompowaniu betonu

jednym ciągiem.

14

Syntetyczne

Wielo molekułowe polimery

Etery celulozy Welan Gum

Nanokrzemionka Etery skrobi

O

O * OH

O O

* O

HO OH HO

O HO

HO O

n

C

O O

O O

O OH O

OH OH

O

O OH OH OH

OH OH OH

C

* *

O O

HO OH CH₃

O

O O

O O

OH CH₂OH

HO

O

COOH CH₂OH

OH

OH OH

O

CH₃

OH HO

HO O

CH₂OH

HO OH HO

O

oder

15

XSEED video

From „We create chemistry tour“

English version nowe/ostatnie odkrycie

W technologii przyspieszaczy:

Klasyczne przyspieszacze*:

• CaCl

• Nitraty,

• Ttiocyjaniany,

• Mrówczany,

• Gliniany,

• Szkło wodne,

• …

* Patrz V.S. Ramachandran, Concrete Admixtures Handbook, 2nd Ed.: Properties, Science and Technology

16

Beton był, jest i będzie w przyszłości odgrywał

kluczową rolę dla rozwoju kultur i miast. Kreuje w nas odpowiedzialność i motywuje w dążeniu do znajdowania zastosowań przyjaznych dla środowiska, łącząc w sobie

wysoką trwałość, bezpieczeństwo i jakość tworzonych konstrukcji.

W 2010 globalna produkcja cementu wynosiła około 3 miliardów ton.

To zgrubnie można przeliczyć na około 10 miliardów m

lub ~ 24 miliardy ton betonu w jednym tylko roku – Stawia to beton pod względem ilościowym największym

tworzonym przez człowieka materiałem na świecie.

17

WTC jest budowane z

betonu zawierającego mniej niż 30% całkowitego

udziału spoiwa jakim jest OPC /klinkier!

Aby to osiągnąć mamy różne podejścia:

• Na całym świecie ludzie pracują nad wynajdywaniem nowoczesnych spoiw poza obecną normą (np EN 197) pozwalające na redukcję emisji CO₂.

Aczkolwiek w bliskiej perspektywie beton jaki znamy oparty na OPC (cemencie portlandzkim) jako spoiwie będzie ogrywał dominującą rolę.

To nad czym cały czas pracujemy to:

• Ciągła poprawa jakości betonu, jak również dążenie do obniżenia ilości czystego cementu portlandzkie

potrzebnego do osiągnięcia wymaganych parametrów.

Stanowi to duże wyzwanie dla aspektów takich jak: zdolność pompowania, kontrola lepkości, trwałość i właściwości mechaniczne

18

Domieszki

• Niewrażliwe na zanieczyszczenia z gliny

• Do recyklingu kruszyw

• Do kontroli jakości i ilości powietrza w betonie

• Dla nowych spoiw (innych niż cement portlandzki)

• Dla materiałów kompozytowych

• Do kontroli lepkości betonu (wysoki udział pyłów) i kontrolowanej pompowalności

• Do kontroli wzrostu kryształów w sposób celowy

• …

… to pozostanie zarówno wymagające jak i ciekawe!

19