Wpływ warunków transportu, przechowywania i dozowania na skuteczność działania
domieszek do betonu
THE INFLUENCE OF THE CONDITIONS OF TRANSPORT, STORAGE AND METERING OF THE CONCRETE ADMIXTURES EFFICACY
Streszczenie
Domieszki chemiczne stanowią nieodłączny składnik dobrego betonu, ale nawet najlepsze domieszki mogą stracić skuteczność podczas transportu, przechowywania czy dozowa- nia. Transport i przechowywanie domieszek powinny odbywać się w ściśle określonych warunkach. Zbyt wysoka lub niska temperatura może wpływać negatywnie na związki chemiczne, z których składają się domieszki. Wprowadzenie do zbiorników, w których składuje się domieszki, zanieczyszczeń, bakterii lub innych związków chemicznych także może zmienić skład lub właściwości przechowywanej domieszki. Nieprawidłowe dozowa- nie domieszek podczas produkcji betonu sprawia, że maleje ich skuteczność, a w skrajnych przypadkach domieszki przestają spełniać swoją założoną funkcję. Zmieszanie różnych rodzajów domieszek może także być przyczyną utraty ich pierwotnych właściwości.
W pierwszej części referatu przedstawiono przykłady pogorszenia parametrów domieszek do betonu na skutek ich przemrożenia, zanieczyszczenia lub złego dozowa- nia. W drugiej części opisano procesy degradacji domieszek. W trzeciej podano zasady prawidłowego postępowania z domieszkami chemicznymi podczas ich transportu, prze- chowywania i dozowania (kodeks postępowania).
Abstract
Chemical additives are an integral component of good concrete, but even the best ad- mixtures may lose effectiveness during transport, storage or metering. Transport and storage of admixtures should take place under specific conditions. Too high or low tem- peratures may adversely affect the chemicals that make up the admixtures. Introduction mgr inż. Adam Karbowski – Stowarzyszenie Producentów Chemii Budowlanej
to the tanks, which are stored, impurities, bacteria or other chemicals can also change the admixtures or properties. Incorrect dosage of admixtures during concrete production makes it decreases their effectiveness and, in extreme cases, the dopant no longer meet its established function. Mixing different types of admixtures can also be the cause of losing their original properties.
The first part of the paper presents examples of degradation concrete admixtures due to their freezing, pollution or wrong metering. The second part describes the degradation impurities. The rules for proper handling of chemical additives during transport, storage and metering (Code of Practice) are provided in the third section.
1. Wprowadzenie
Transport, przechowywanie i dozowanie domieszek do betonu stanowią nieodłączne pro- cesy produkcji betonów i wyrobów betonowych. Wieloletnie doświadczenia pokazują, że powyższe procesy mają znaczący wpływ na skuteczność działania domieszek do betonu.
W literaturze znajduje się wiele przykładów degradacji związków chemicznych stosowanych jako domieszki do betonu, pod wpływem czynników fizycznych i che- micznych. Znajdziemy także wiele artykułów poświęconych zagadnieniom dozowania domieszek i efektom wynikającym z ich stosowania. Trudno jednak znaleźć kompleksowe opracowanie, które omawia wpływ warunków transportu, przechowywania i dozowania na skuteczność działania domieszek do betonu. Poniższy referat jest pierwszą próbą ze- brania wiedzy i doświadczeń z tego zakresu w jednym opracowaniu. Z racji ograniczeń objętościowych nie należy traktować niniejszego referatu jako wyczerpujący materiał, a raczej jako zapowiedź większego opracowania, które stanie się wzorem dobrych praktyk i studium najczęściej popełnianych błędów.
2. Przykłady niewłaściwego postępowania
W praktyce popełnia się wiele błędów, które obniżają skuteczność działania domieszek. Znane są nawet przypadki kiedy domieszki straciły swoje właściwości i przestały działać lub ich działanie przynosiło niepożądane efekty. Poniżej przytoczonych zostanie kilka przykładów.
Transport domieszki napowietrzającej odbywał się w nieizolowanym i nieogrzewanym zbiorniku. Temperatura otoczenia wynosiła ok. -20oC. W efekcie doszło do zamrożenia do- mieszki, która po rozmrożeniu i dodaniu do betonu nie napowietrzyła go w oczekiwanym stopniu. Zdarza się także, że kontenery z domieszkami przechowywane są w nieogrzewa- nych pomieszczeniach i dochodzi do identycznych sytuacji jak opisano powyżej.
Fot. 1. Efekt przemrożenia domieszki napowietrzającej
W innym przypadku kontenery z domieszką upłynniającą wystawione zostały na długie oddziaływanie promieni słonecznych i wysokich temperatur. Następnie prze- chowywany w ten sposób plastyfikator został dodany do betonu. Zauważono znaczny spadek efektywności działania tej domieszki. Operator zdecydował się na zwiększenie ilości domieszki i także nie osiągnął zakładanego efektu. Producent betonu zwrócił się do dostawcy domieszek z reklamacją, ale po stwierdzeniu, że domieszki były składowane w warunkach niezgodnych z wytycznymi, wycofał się z roszczenia.
Fot. 2. Zbiorniki z domieszkami narażone na bezpośrednie działanie warunków atmosferycznych
Fot. 3. Efekt bezpośredniego zmieszania domieszki napowietrzającej z domieszką przyśpiesza- jącą proces wiązania
Zgodnie z zaleceniami producentów domieszek, kontenery używane do transportu i przechowywania domieszek powinny być myte i zabezpieczane właściwymi środkami.
Bardzo często zdarza się, że zbiorniki nie są w ogóle myte, nawet przy zmianie rodzaju domieszek.
Niejednokrotnie na dnie zbiornika znajdują się substancje, które wytrąciły się po zmieszaniu różnych domieszek. Na fotografiach 3 i 4 widać zawiesinę, która powstała po zmieszaniu domieszek o zupełnie innym działaniu. W tym przypadku niewielka ilość pozostałej domieszki zupełnie zniszczyła nową dostawę.
Fot. 4. W plastikowej butelce widoczny jest efekt zmieszania różnych rodzajów domieszek Prawidłowo transportowana i przechowywana domieszka może także ulec degradacji na etapie dozowania. Niekiedy zbyt duża odległość od magazynu domieszek do mieszal- nika powoduje, że domieszki są doprowadzane do mieszanki za pomocą długich węży, a te także powinny być zabezpieczone przed wpływem wysokiej lub niskiej temperatu- ry. Znany jest przypadek, kiedy operator węzła nie przeczyścił przewodów, w których znajdowała się domieszka opóźniająca proces wiązania i wprowadził ją zamiast domieszki upłynniającej do dwóch kolejnych zarobów. W efekcie beton dowieziony na budowę długo nie wiązał i nie można było prowadzić prac budowlanych. Niestety takie błędy popełnia się nagminnie, ponieważ panuje przekonanie, że mała ilość innej domieszki nie zaszkodzi.
Fot. 5. Przykład nieprawidłowego sposobu przechowywania domieszek
W dalszej części referatu omówione zostaną procesy wpływające na destrukcję związ- ków chemicznym, które najczęściej stanowią podstawowy składnik domieszek do betonu.
Pozostając w tematyce przykładów niewłaściwego przechowywania lub dozowania do- mieszek należy także zwrócić uwagę na prawidłowe dodawanie domieszek do mieszanki.
Bardzo często pracownicy węzłów nie przywiązują wagi do właściwego czasu kiedy domieszka zostanie dodana do mieszanki. W konsekwencji może to mieć bardzo poważ- ny wpływ na efekt działania domieszki. Największym błędem jest dodanie domieszki jeszcze przed zadozowaniem wody zarobowej. Zauważono, że płynne plastyfikatory wprowadzone na etapie mieszania suchych składników niemal zupełnie traciły swoje właściwości i nie upłynniały mieszanki. Ogólnie przyjmuje się, że domieszki najlepiej wprowadzać razem z wodą zarobową. Z praktyki wiadomo natomiast, że każdy rodzaj domieszki wymaga indywidualnego sposobu dozowania.
Fot. 6. Przykład nieprawidłowego oznaczenia zbiornika z domieszką (kilka etykiet i dodatkowo napis na ściance zbiornika)
Uważa się, że domieszki opóźniające twardnienie najlepiej wprowadzać w formie roztworu w wodzie zarobowej, jednak lignosulfonian wapnia daje większe opóźnienie wiązania kiedy wprowadza się go po kilku minutach od momentu dodania wody zaro- bowej. Wiadomo także, że opóźniacze działają lepiej w niskich temperaturach, a niektóre związki tracą swoje właściwości opóźniające już w temperaturze 60oC.
Domieszki upłynniające najnowszej generacji zawierające karboksylany, także najlepiej wprowadzać po kilku minutach mieszania betonu. Zbyt wczesne dodanie tej domieszki spowoduje utratę efektywności jej działania.
W trakcie dozowania domieszek upłynniających należy także zwracać uwagę na temperaturę mieszanki betonowej, bo z doświadczenia wiadomo, że wzrost temperatury
wpływa odwrotnie na urabialność betonu niezawierającego domieszki. Natomiast niektóre domieszki zwiększają swoją efektywność wraz ze wzrostem temperatury.
Superplastyfikatory natomiast najlepiej dodawać na końcu mieszania betonu, a na- wet 30 minut po zmieszaniu. Wiedząc, że czas transportu betonu może się wydłużyć, przewidzianą dawkę superplastyfikatora należy podzielić na kilka porcji i dodawać co 30 minut. Dzięki temu uzyska się lepszy efekt upłynnienia, w porównaniu do wzorca (kiedy całość domieszki dodano tuż po zmieszaniu). Można także utrzymać płynność mieszanki dodając dodatkową porcję superplastyfikatora, ale należy pamiętać, że nadmiar domieszki może spowodować opóźnienie wiązania.
Fot. 7. Przykład braku szczelności zbiorników z domieszką
Powyższe przykłady jednoznacznie dowodzą, że warunki w jakich transportowane, przechowywane i dozowane są domieszki do betonu mają wpływ na efektywność ich działania. Nie można jednak stworzyć uniwersalnych zasad postępowania dla wszystkich rodzajów domieszek. Dlatego każdorazowo należy stosować się do wytycznych jakich udziela producent domieszki. Oczywiście istnieje zespół dobrych praktyk, których należy przestrzegać bez względu na rodzaj domieszki. Będzie o tym mowa w ostatniej części referatu.
3. Degradacja domieszek
Stosując domieszki chemiczne do betonu musimy pamiętać, że powstają one z różnych związków chemicznych i mogą ulegać oddziaływaniom fizycznym, chemicznym i biolo- gicznym. Wpływ tych czynników może powodować degradację, czyli rozpad związków pierwotnie użytych do stworzenia konkretnej domieszki. Czynniki, które najczęściej i najmocniej przyczyniają się do degradacji domieszek to:
– podwyższona temperatura (degradacja termiczna), – światło słoneczne (fotodegradacja),
– powietrze, a dokładniej tlen (degradacja termoooksydacyjna, oksydacyjna), – woda, kwasy, zasady (degradacja hydrolityczna),
– czynniki korodujące takie jak: kwasy, zasady, utleniacze, inne związki chemiczne (degradacja korozyjna),
– czynniki atmosferyczne takie jak: wiatr, deszcz, śnieg, mróz, smog (degradacja atmos- feryczna),
– czynniki biologiczne takie jak: bakterie, enzymy, grzyby (biodegradacja).
Wpływ wysokiej temperatury na domieszki, może być odwracalny i nieodwracalny.
W pierwszym przypadku dochodzi do przemian fazowych, które po obniżeniu tempera- tury mogą się cofać. Dlatego należy pamiętać, że domieszka pod wpływem temperatury zmienia swoją lepkość i może to wpływać na proces dozowania. W drugim przypadku pod wpływem wysokiej temperatury może dochodzić do rozpadu łańcuchów polimerów.
Taki proces jest nieodwracalny nawet po obniżeniu temperatury. Trzeba jednak powie- dzieć, że procesy nieodwracalne zachodzą przy dość wysokich temperaturach i raczej nie dotyczy to domieszek do betonu.
Bardzo często podwyższona temperatura jest bezpośrednim następstwem oddziały- wania promieni słonecznych, które mogą także powodować degradację fotochemiczną.
Fotodegradacja jest procesem dość skomplikowanym. Generalnie, zachodzi ona gdy energia zaabsorbowanego promieniowania osiągnie poziom energii dysocjacji związków wchodzących w skład domieszek. Dlatego nie można jednoznacznie stwierdzić po jakim czasie ”słońce zepsuje” domieszkę, tym bardziej, że pewnego rodzaju zanieczyszczenia mogą ten proces przyśpieszyć (np. organiczne związki policykliczne pochodzące z za- nieczyszczonego powietrza – smogu). Dlatego należy pamiętać, aby chronić domieszki przed bezpośrednim oddziaływaniem promieni słonecznych. Istnieją oczywiście fotosta- bilizatory zmniejszające szkodliwy wpływ światła, ale podrażają one koszt wytworzenia domieszki, podobnie jak antyutleniacze, które chronią domieszki przed degradacją oksy- dacyjną. Mechanizm oddziaływania tlenu jest także dość skomplikowany i zależy od stanu chemicznego w jakim znajduje się tlen bezpośrednio oddziałujący na domieszkę. Dwa ostatnie czynniki słońce i tlen występujące razem mogą potęgować degradację domieszek i dlatego, oprócz ochrony przed światłem, domieszka powinna być przechowywana w szczelnych zbiornikach. Szczelne zbiorniki są także najlepszym zabezpieczeniem przed bidegradacją, która może się pojawić kiedy do domieszek dostaną się bakterie, grzyby, pleśnie czy enzymy. I znowu współdziałanie, słońca, tlenu i organizmów żywych może znacznie przyśpieszyć proces degradacji domieszek.
Wydaje się, że istnieje duża świadomość, iż oprócz powyżej opisanych czynników degradujących, wpływ na domieszki ma jeszcze wiele innych czynników takich jak do- datek kwasów czy zasad lub innych zabrudzeń jak np. oleje, smary, kleje lub inne środki, które można znaleźć na węźle betoniarskim.
Krótki przegląd błędów w stosowaniu domieszek i czynników które powodują ich degradację nie pozostawia złudzeń, że należy przestrzegać wskazówek, które zawarte są w wytycznych środowiskowych oraz zaleceń producentów domieszek. W ostatniej części referatu znaleźć można zbiór zasad, które powstały z myślą o użytkownikach domieszek.
Przestrzeganie tych rad pozwoli uniknąć błędów, które znacznie obniżają efektywność działania domieszek do betonu.
4. Zbiór dobrych praktyk
Bazując na wieloletnich doświadczeniach producentów i użytkowników domieszek do betonu stworzono kodeks postępowania dla użytkowników domieszek do betonu. Stosując się do poniższego zbioru zasad można uniknąć wielu kosztownych konsekwencji, które bezpośrednio wynikają z obniżenia efektywności działania domieszek do betonu. Kodeks postępowania powstał z inicjatywy niemieckiego stowarzyszenie chemii budowlanej (Deutsche Bauchemie), ale jego treść jest uniwersalna i może być przydatna, w każdym kraju i na każdym kontynencie. Poniższe treści zostały wybrane jako najważniejsze z kil- kustronicowej broszury.
4.1. Zamawianie domieszek
• Zamawiając domieszkę należy dokładnie wpisać jej nazwę i potrzebną ilość.
• W trakcie dostawy sprawdzić dokumentację i zadbać o właściwe oznakowanie zbior- nika, w którym domieszka będzie przechowywana.
• Należy pamiętać o okresie przydatności domieszki, uwzględniając to przy zamawianiu, tak żeby zapewnić ciągłość pracy, ale jednocześnie nie zamawiać na zapas, nie wiedząc kiedy będzie możliwe zużycie nadmiaru.
4.2. Przechowywanie domieszek
• Magazyn domieszek powinien być tak blisko mieszalnika, jak to jest tylko możliwe.
• Pomieszczenie, w którym magazynowane są domieszki powinno być chronione od mrozu i bezpośredniego działania promieni słonecznych.
• Jeżeli to możliwe wskazane jest aby magazyn domieszek był ogrzewany w okresie zimowym.
• Pomieszczenie z domieszkami powinno być zamykane, a dostęp do domieszek powinny mieć wyłącznie osoby upoważnione.
• Należy unikać wykorzystania magazynu do innych celów (laboratorium, warsztat, itp.).
• Zbiorniki powinny być zawsze szczelnie zamknięte i zabezpieczone przed zanieczysz- czeniem (np. materiały wiążące) lub zakażeniem biologicznym, które zawsze znajduje się w kruszywie czy glebie.
• Okres i sposób przechowywania domieszek należy skonsultować z dostawcą. Ponadto z każdej dostawy powinno się pobrać próbkę.
• Łatwy dostęp do zbiorników pozwala utrzymać czystość i bezpieczeństwo.
• Zbiorniki powinny być czyste, a etykiety na nich widoczne i czytelne.
• Pod zbiornikami powinny być zamontowane zbiorniki wanny, do którym może być odprowadzona zawartość zbiornika w razie jego uszkodzenia.
• Ponadto przy planowaniu i budowie magazynu domieszek trzeba uwzględnić uwa- runkowania środowiskowe oraz inne przepisy związane z BHP i ochroną środowiska.
4.3. Konserwacja i czyszczenie zbiorników
• Zawartość zbiornika powinna być szczelnie zabezpieczona przed zanieczyszczeniami, dlatego otwory napełniania i kontrolne muszą być zamknięte. Szczelność zapewnia także prawidłowe działanie środków konserwujących, które (w fazie gazowej) zabez- pieczają wewnętrzne ścianki zbiornika.
• Należy regularnie kontrolować zawartość zbiorników z domieszkami.
• Zbiorniki powinny być czyszczone raz w roku. Standardowo można tego dokonać strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem. Wskazane jest także stosowanie środka konserwującego, ale tę czynność warto skonsultować z dostawcą domieszek, bo więk- szość dostarczanych środków zawiera konserwanty. Ewentualne zanieczyszczenia lub osady należy usunąć, a w razie skażenia (np. grzyb) zbiornik powinien być dokładnie wyczyszczony i zdezynfekowany. Te same czynności trzeba przeprowadzić w prze- wodach i instalacjach dozujących.
• Zbiorniki powinny być czyszczone przy każdej wymianie domieszek z zachowaniem powyższych zaleceń.
• Ciągłe stosowanie jednego rodzaju domieszek pozwala na dopełnianie zbiorników zgodnie z zaleceniami producenta.
4.4. Dozowanie domieszek
Istnieją różne systemy dozowania i dlatego nie można udzielić prostych wskazówek do- tyczących sposobu dozowania. Należy jednak pamiętać o kilku podstawowych zasadach.
• Jeżeli to możliwe każda domieszka powinna być odmierzana osobno.
• Niektóre rodzaje domieszek nie mogą być ze sobą mieszane i dlatego należy zwrócić się z przedmiotowym pytaniem do producenta lub dostawcy domieszek.
• Instalacje dozujące (przewody, węże, pompy, urządzenia odmierzające) muszą posiadać właściwe dopuszczenia. W razie napraw i konserwacji należy stosować wyłącznie ma- teriały do tego odpowiednie. Dla przykładu nie wolno łączyć różnych metali w jeden przewód lub używać niewłaściwych elementów z tworzyw sztucznych (np. gumowych złączek) ponieważ mogą być one spęcznione przez środki przeciwspienające zawarte w domieszkach.
• Przewody powinny być chronione przed mrozem i nadmiernym nagrzaniem.
• Przewody nie powinny tworzyć tzw. „ślepych zaułów”, w których zbierają się do- mieszki.
• System dozowania i pomiaru powinien być regularnie czyszczony i konserwowany.
• Czas i kolejność dozowania powinien ustalić technolog po konsultacjach z producentem domieszek. Niedopuszczalne jest prowadzenie tego procesu według „wygody” ope- ratora. Jeżeli nie ma możliwości właściwego prowadzenia procesu dozowania należy zmodernizować system dozowania.
4.5. Utylizacja resztek domieszek i wody użytej do mycia
• Do utylizacji resztek domieszek lub wody użytej do mycia zbiorników należy zatrudnić właściwą firmą.
• W wyjątkowych przypadkach można dodać wodę z płukania zbiorników do mieszanki betonowej. Należy to robić wyłącznie po konsultacjach z dostawcą domieszek.
• Nigdy nie wolno używać wody, która została użyta do mycia skażonych zbiorników lub instalacji.
5. Podsumowanie
W referacie przedstawiono najważniejsze aspekty związane z wpływem transportu, prze- chowywania i dozowania domieszek do betonu na efektywność ich działania. Przytoczone przykłady zobrazowane zostały zdjęciami i spotykane są w praktyce na tyle często, że należy im poświęcić więcej uwagi. Dlatego warto prowadzić dalsze badania potwierdza- jące w jakim stopniu transport, przechowywanie i dozowanie wpływa na efektywność domieszek do betonu. Referat nie pozostawia czytelnika bez praktycznych uwag co należy robić aby unikach powszechnych błędów. Podsumowując krótki spis dobrych praktyk zawartych w powyższym materiale można stwierdzić, że stan wiedzy na temat domieszek do betonu jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na efektywność ich działania.
Literatura
[1] Kurdowski W.: Chemia cementu i betonu. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2010, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013
[2] Łukowski P.: Domieszki do zapraw i betonów. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2008 [3] Rabek J. Współczesna wiedza o polimerach. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010 [4] Code of Practice. Storing and Metering Concrete and Mortar Admixtures. Deutsche Bauchemie, 2012
