 O chemii i cemencie po raz kolejnyNa tej stronie wspomniano już nieco o tzw. "chemii" stosowanej do cementu. Te kilka słów to za mało, by tak naprawdę zrozumieć pewne współzależności, jakie są związane z próbami polepszenia lub eliminacji pewnych właściwości, jakie dają różne dodatki stosowane do zapraw, betonów itd. Cement - sam z siebie jest najważniejszy, gdyż stanowi podstawę, na którą będziemy oddziaływać. Cementów jak wiadomo jest wiele rodzajów, a każdy z nich ma swoje dodatki, przy czym jakość i skład części z nich zależy od sposobu, w jaki spalano węgiel czy stosowano tzw. współspalanie (czyli dodatki typu "bio" lub "eko" - zwykle w postaci rozmaitych rodzajów roślin, które mają zastąpić węgiel w ograniczaniu emisji szkodliwych substancji). Dla osób próbujących stworzyć coś lepszego, ciekawszego niż zwykły beton, jest to bardzo jasny sygnał, ba - wręcz wymóg, by nie stosować cementów typu II i "gorszych", tylko skupić się na tych oznaczonych symbolem CEM I. Niestety nawet jeśli będzie stosowany cement takiej klasy czystości, należy brać pod uwagę, że jak to ładnie określa polska norma ilość "cukru w cukrze", czyli klinkieru w cemencie wynosi minimum 95%, czyli tak naprawdę różne dodatki mogą stanowić nawet do 5% składu cementu. W teorii to nic nie znaczy, lecz w praktyce może oznaczać to bardzo dużo. Co ciekawe jeden z producentów ma w swej ofercie dwa (w teorii takie same) rodzaje cementu, oznaczone tak samo i tej samej klasy. W skrótowym opisie workowanego możemy przeczytać, że bazą do jego produkcji jest "kamień wapienny mielony". W cemencie sprzedawanym luzem już tej informacji nie ma. Dla nas jest to o tyle istotne, że nawet jeśli owa informacja nie byłaby zawarta we wszelkich danych technicznych czy kartach charakterystyk, jakie owa cementowania ma "psi obowiązek" udostępnić na nasze zapytanie, to mamy pewność, że w workowanym cemencie spotkamy się ze stosunkowo dużą zawartością kamienia wapiennego, którego tylko teoretycznie limit jest ograniczony do owych 5%. Piszę teoretycznie, gdyż tak naprawdę bardzo niewielu odbiorców kupujących cement w workach sprawdza skład cementu w warunkach laboratoryjnych, a skład, który takim cementem obraca dysponuje (najzupełniej zresztą legalnie i zgodnie z prawem) dokumentami udostępnionymi przez producenta. Aby jeszcze zagmatwać istotę rzeczy - każdy cement zachowuje się inaczej, jeśli chodzi o samą reakcję na chemię i odporność na "przedawkowanie". Można przyjąć, że im większa wytrzymałość cementu, tym bardziej wrażliwy on będzie na "dowolność" w dawkowaniu. Jest to o tyle istotne, że jeśli cement jest "odporny" na przedawkowanie, to nie powinny nam zaburzyć pewnych procesów, pewnych zachowań "pomyłki" w ilości, tym istotniejsze, im więcej jest składników dodawanych do mieszanki. Cement może być także "oporny" na stosowanie tego co mu "wrzucamy". Oznacza to, że granica, za którą zaczyna się oczekiwana reakcja, może być nie tylko przesunięta (dużo większe ilości), ale i bardzo cienka - czyli bardzo szybko zaczną się niepożądane procesy. Mogą nimi być zbyt szybkie twardnienie lub jego brak, zbyt mocne upłynnienie lub wręcz przeciwnie. Wszystko to oznacza, że zaczynając stosować daną markę cementu oferowaną przez konkretnego producenta, najpierw istnieje bezwzględna konieczność empirycznego sprawdzenia jego zachowania względem tego czym dysponujemy, a potem ścisłe trzymanie się tegoż cementu. Każda zmiana może oznaczać duże lub bardzo duże problemy, których opanowanie może zająć nawet nie dni, a tygodnie. Do podstawowych rodzajów chemii, jaką można spotkać, należą plastyfikatory. Ich podstawowym zadaniem jest zmniejszenie koniecznej ilości wody zarobowej niezbędnej, by można było wykonać pożądany element czy wyrób, by zaprawa (także samopoziomująca) mogła być gotowa do użycia. Ich skład jest najróżniejszy, zaś w zależności od siły i zakresu zastosowania bardzo często można znaleźć określenia "plastyfikator" lub "superplastyfikator". Ten drugi, jak sama nazwa wskazuje, oczywiście dużo mocniej wpływa na mieszankę, dużo bardziej zmienia jej właściwości. Dość częstą "przypadłością" plastyfikatorów i ich silniejszych braci jest delikatne opóźnienie początkowych czasów wiązania cementu, co jest równoważone przez choćby zwiększenie wytrzymałości wczesnych lub końcowych, mrozoodporności itp. Mało zauważanym podziałem, bywa że w ogóle nieuwzględnianym, jest ich zastosowanie. Część z nich jest przeznaczona do wyrobów betonowych, także wibroprasowanych, betonów towarowych, wylewek oraz zapraw. Dla nas jest to istotny podział. Jako że elementy betonowe powinny nie mieć tzw. "raków" czyli "niedolanych" miejsc na ściankach, to plastyfikatory przeznaczone w tym celu ułatwiają to. Betony towarowe tego nie wymagają, za to zwiększony nacisk położony jest na samozagęszczenie i ułatwienie rozlania, czasem samopoziomowanie. Wreszcie w tynkach - plastyfikatory często na celu mają zastąpienie w tej roli wapna. To, jaki ich rodzaj zostanie wybrany, będzie stosowany, musi zależeć i to bezwzględnie od tego, co w końcowym efekcie musimy uzyskać, co ma być stworzone. Zły wybór (przecież wszystko jest do cementu, czy szerzej: zapraw i betonów) spowoduje, że cała praca - np. w przypadku betonu architektonicznego - najzwyczajniej pójdzie na marne, bo zniwelowane zostaną te efekty, które miały świadczyć o jakości i przeznaczeniu betonu. Każdy plastyfikator, każdy środek ma dwa bardzo istotne dokumenty, które muszą być przeczytane, zanim jakikolwiek środek zostanie zastosowany. Pierwszy z nich to karta techniczna, drugi - to karta charakterystyki. To z nich dowiemy się o składzie, interakcjach, a co najważniejsze o tym, do czego jest on dokładnie przeznaczony. To w nich zostanie znaleziona także najważniejsza informacja, czyli jaki jest zakres stosowania i względem czego. Taka informacja ma zwykle postać typu "stosuje się od 0,1 do 1,5% w stosunku do ilości cementu, zalecane zastosowanie to 0,8%". Co to oznacza? Producent przeprowadził badania w podawanym zakresie i w nim ów środek spełnia swoje zadanie; być może obejmowały one także szerszy zakres, lecz powyżej wartości 1,5% przy zastosowanym rodzaju cementu (jaki to był - nie wiemy) istniały na przykład trudności z utrzymaniem własności mieszanki. W badaniach okazało się także, że zakres, w którym wartości zmieniają się najszybciej jest ograniczony wartością 0,8%. Produkując nietypowe mieszanki, betony - nie możemy się sugerować "zalecanym" zastosowaniem - być może ilość czy klasa cementu spowoduje, że dopiero górne wartości sprawią, że jego własności będą pożądane. Granica 1,5% (w tym przykładzie) jest dla stosującego informacją, że wszystko co powyżej dzieje się na jego własną odpowiedzialność, czyli może się okazać, że osiągnie dokładnie to, co chciał, a może się okazać, że wręcz przeciwnie, bo nastąpią procesy, które wszystko zniweczą. Upłynniacze - są to środki mające na celu sprawić, żeby mieszanka zachowywała się bardziej jak ciecz, a mniej jak ciało stałe lub słaboplastyczne, przy znacznie zmniejszonej ilości wody koniecznej do tego procesu. Zwykle mają także właściwości uplastyczniające, choć nie w takim stopniu jak "klasyczne" plastyfikatory. Można spotkać się z ich stosowaniem zarówno jako środek typu "dwa w jednym" jak i "uzupełnienie" dla plastyfikatora. W tym drugim wypadku jasnym i oczywistym jest sprawdzenie, jak dwa środki na siebie wpływają. Jeśli w teorii, wynikającej ze wspomnianych już wcześniej dokumentów (karta i charakterystyka) wynika, że nie ma teoretycznych przeciwwskazań do ich stosowania, można je łączyć, lecz trzeba dokładnie zbadać, jak wzajemnie wzmacniają swe działanie. W takich wypadkach, kiedy następuje łączenie dwóch silnych rodzajów środków chemicznych, bardzo istotne jest to, jak "czysty" jest cement, gdyż może się bez problemu okazać, że nawet niewielkie dodatki w postaci kamienia wapiennego czy innych "pyłów", "żużli" czy "diabli wiedzą czego" określonych przez producenta jako "drugorzędne" - czyli o ilości mniejszej jak 5%, spowodują takie zmiany i takie procesy chemiczne, o jakich nam się nie śniło w najczarniejszych koszmarach. Niestety czasem dowiedzenie się czy (a jak tak, to jakie) są owe "nieważne" dodatki, w ilości tych 5%, przypomina walkę z wiatrakami i może być niemal niemożliwe. Upłynniacze stosowane są bardzo często do betonów samozagęszczalnych, wylewek samopoziomujących itd., przy czym niemal normą jest to, że każdy z rodzajów zastosowań oznacza istotne różnice w stosowaniu tego rodzaju chemii, podobnie zresztą jak we wspomnianych już wcześniej plastyfikatorach. Przyśpieszacze czasu/początku czasu wiązania - czasem traktowane jako środki wspomagające używanie zapraw/betonu w warunkach zimowych, gdyż przyśpieszony czas wiązania oznacza, że beton zacznie wiązać w tempie "na już", czyli zacznie się sam ogrzewać poprzez choćby wydzielanie ciepła w trakcie wiązania i nie przemarznie. Ich stosowanie powinno być bardzo ostrożne. W skrajnych przypadkach ich zastosowanie może oznaczać, że zaprawa lub mieszanka zacznie nam wiązać już w trakcie mieszania, jeszcze w betoniarce. Będzie się tak działo, jeśli będą stosowane cementy, które mają naprawdę duże początkowe przyrosty wytrzymałości, oraz temperatura będzie sięgać "aż" kilka - kilkanaście stopni powyżej zera. Może się wtedy zdarzyć tak, że nie tylko zostanie zniszczony zalew dużej partii, ale także maszyny, w których był on przygotowany. Istnieją cementy, których wytrzymałość po 24 godzinach sięga grubo powyżej 20 MPa, a dodając przyśpieszacz jeszcze to wzmacniamy. Pomijając to, może się okazać, że niewłaściwie zastosowanie tego rodzaju środków spotęguje wszelkie problemy, które wynikają z gwałtownych przyrostów wytrzymałości: należą do tej grupy mikropęknięcia w betonie, nadmierne skurcze, brak możliwości kontroli zapotrzebowania cementu na wodę. Napowietrzacze - ich rolą główną jest właściwe napowietrzenie mieszanki, czyli sprawienie, że w betonie, w zaprawach utworzą się niewielkie bąbelki powietrza poprawiające mrozoodporność, wymagane bardzo często w tynkach czy klejach. Jako że ubocznym lub drugorzędnym działaniem tego typu środków jest także uplastycznienie zaprawy, pozwolenie jej by się łatwo poddawała zaciąganiu - często są one stosowane zamiast plastyfikatorów w zaprawach, gdyż pozwalają na zastosowanie w nich gorszych rodzajów cementów z rożnymi dodatkami. Owe bąbelki powietrza w takich zaprawach stanowią miejsce, w których mają osadzać się niepożądane sole (wykwity, naloty) wynikające z faktu, że w cementach są alkalia, a ich skład jest zwykle daleki od doskonałości. Ilość napowietrzacza jaka jest stosowana, a zwykle są to bardzo mocno działające środki, wynika z tego, jaka ilość owych bąbelków, czyli jaki stopień napowietrzenia owej zaprawy ma być. W skrajnych wypadkach jest to ponad 40%. W tym miejscu nasuwa się kilka refleksji nad tym, jak zmiana jakości cementu, jak eliminacja pewnych używanych od setek lat składników gwałtownie wymusiła modyfikację w nieco mniejszym stopniu betonów, a w ogromnym zapraw. Jeszcze w połowie XX wieku, a na jego początku tym bardziej, tym co w zupełności niemal odpowiadało zarówno za plastyczność, jak i napowietrzenie było wapno gaszone. Obecnie jest ono eliminowane niemal w ogóle i zastępowane przez zamienniki uplastyczniające i środki napowietrzające, a także związki biobójcze, by nie pozwolić rozwijać się glonom w zaprawach. Dawniej jeszcze nawet w latach 20. tynki zewnętrzne składały się z dwóch warstw: szprycu grubego na ok. 20-30 mm, bazującego na zaprawie stricte wapiennej zwykle z pewnymi naturalnymi dodatkami (kleje kazeinowe, węgiel drzewny i in.) lub na zaprawie wapienno-cementowej. Drugą warstwą był narzut - nieco cieńszy warstwy (ok. 20 mm) nieco słabszy. Mogła to także być zaprawa albo wapienna, albo wapienno-cementowa. Od szprycu różniła się najczęściej wypełniaczem, zamiast ostrego i grubego piasku stosowano znacznie drobniejsze piaski zwane czasem murarskimi. W chwili obecnej na rynku można spotkać dwie "główne wariacje" na temat tynków zewnętrznych, często określanych nawet jako "renowacyjne". W pierwszym wypadku jest to zwykła sucha mieszanka na bazie białego lub szarego cementu, z niewielkim dodatkiem plastyfikatora, lub nawet bez niego o składzie zbliżonym do 1 : 1 (do 2) : 7 (do 9). Ilość wody, jaka jest do takiej mieszanki przeznaczona, oscyluje zwykle w granicach 6 l na worek 25 kg +- 0,5-1 l. Jest to niemalże mieszanka o takim samym składzie, jak jeszcze w latach 80. można było spotkać na każdej budowie, jaka była robiona przez ekipę tynkującą każdy dom, z tym że w tamtym wypadku wapno hydratyzowane (suchogaszone) było zastępowane wapnem gaszonym "tradycyjnie". Postęp. W drugim wypadku skład jest o wiele bardziej imponujący. Można doczytać się cementu (w ilości od nastu do dwudziestu niemalże procent), wypełniacza (piasek itd.), oraz kamienia wapiennego mielonego, dolomitowego lub ogólnie czegoś, co jest wersją jakiegoś związku wapnia w postaci stałej i występującego w naturze. Oprócz tego jest czysta chemia: napowietrzacz (jak wspominałem działa i napowietrzająco, i plastyfikująco), oraz mocny plastyfikator wraz ze środkiem, którego jednym z wielu zastosowań jest "zmiękczanie wody", czasem jest jeszcze jakiś środek biobójczy. Dziwić może tylko po co jest stosowany plastyfikator, kamień wapienny (lub coś podobnego) oraz ów środek do zmiękczania. Ich finalne działanie oraz zastosowanie bardzo ściśle określonych proporcji sprawi, że w wyniku różnych reakcji wapień zawarty w kleju czy zaprawie przekształci się w związek przypominający swoim zachowaniem i wyglądem wapno gaszone tradycyjnie i bardzo podobnie działający. Wyznacznikiem takiego "udziwnionego" składu jest dokładnie określona ilość wody, jaka musi być zastosowana, aby zaprawa nadawała się do użycia. Jak na warunki budowlane jest ona niemal aptekarska, gdyż można spotkać się z opisem na 25 kg 4 l +- 0,2 l, czyli w zasadzie błąd pomiaru na wiadrze, na którym jedynie w przybliżeniu w postaci kreski wytłoczonej na plastiku czy metalu oznaczona jest ilość. Chciałoby się powiedzieć - jakie czasy, taka chemia. Jednocześnie obrazuje to totalną niewiedzę, jaka jest obecnie względem działania "starej i tradycyjnej" chemii. Z drugiej strony - ten przykład pokazuje jaskrawo i wyraźnie, jak krucha jest linia i jak zwęża się granica z dodatkiem każdego kolejnego środka mającego za zadanie zmodyfikować zaprawę czy beton w pożądanym przez nas kierunku. W ekstremalnych wypadkach betonów o ultra wysokiej wytrzymałości ta granica jednoznaczna jest z ową kruchą linią i nie ma miejsca ani marginesu na żaden błąd, ba - nawet dozowanie musi odbywać się w pewnej ściśle ustalonej kolejności, podobnie jak czas mieszania, który ma za zadanie ową wodę - zwykle wraz z chemią - rozprowadzić. Wspomniane wcześniej związki chemiczne występują albo w postaci proszku, albo płynu. Metoda i sposób postępowania także są dokładnie określone. Zasadniczo można wyróżnić trzy formy mieszania:
Włókna polipropylenowe - nie jest to "chemia" w czystej postaci, raczej dodatek zastępujący zbrojenie, ale z racji tego, iż jest to w chwili obecnej bardzo popularny dodatek, także zostanie on ogólnie opisany. Włókna te w teorii są neutralne, odporne na warunki zewnętrzne, w zasadzie niewiele im może zaszkodzić. Dodane do betonu (już nie w teorii) zwiększają odporność na ogień, mróz, ściskanie, ścieranie, warunki w czasie transportu, w samej zaś mieszance poprawiają równomierne rozłożenie różnych frakcji kamienia oraz polepszają i przyśpieszają penetrację wody w czasie mieszania. Wydaje się, że różnią się tylko grubością i długością, lecz tak nie jest. Część z nich może być powlekana specjalnymi nawilżaczami określanymi jako lubrykanty, inne nie. Bardzo łatwo znaleźć potem różnice w zastosowaniu. Te pierwsze są np. przeznaczone do elementów betonowych wibroprasowanych, betonów samozagęszczalnych. Owe delikatne zwilżenie powierzchni, a także duża chłonność wody pozwala w niesprzyjających warunkach (stosunkowo suche mieszanki, niskie w/c) skutecznie łączyć się z niewielką ilością wody i wprasować w istniejącą mieszankę (w wypadku elementów z prasy - dzieje się to pod ciśnieniem maszyny, drugim - pod ciśnieniem samej mieszanki betonowej). Wzięte do ręki tego rodzaju włókna polipropylenowe pozwalają "wycisnąć z siebie wodę". Dużo większa ilość wody może spowodować ich "zlepianie się". Inne - bez zwilżonej powierzchni pozwalają łatwo rozprowadzać się, nawet jeśli ilość wody w mieszance jest duża. Dokładne informacje o konkretnym rodzaju włókna zawarte powinny być w karcie charakterystyki i karcie produktu, zaś na wszelkie pytania powinien odpowiedzieć technolog pracujący dla producenta albo generalnego przedstawiciela. Jeśli takowego nie ma, można spróbować zadzwonić do rodzimego producenta i dopytać się, jakie dokładnie są różnice pomiędzy jednymi i drugimi rodzajami włókien. Pewne ogólne informacje techniczne i te dotyczące specyficznych właściwości będą takie same dla każdego z wytwórców, co pozwoli zorientować się w kluczowych różnicach, jakie wiążą się z każdym typem, który jest w ofercie i wybrać ten dla nas najodpowiedniejszy. Na samym końcu trzeba wspomnieć, że skład mieszanki betonowej, oczywiście poza cementem - czyli to jakie jest wypełnienie - grubość (granulacja), rodzaj wypełnienia, wilgotność, ilość poszczególnych składników także ma wpływ na to, w jaki sposób będą się dane dodatki zachowywać, to "ile wody zostanie wyciśnięte z przysłowiowego kamienia", a ile trzeba będzie dodać, to w jaki sposób będzie wreszcie w czasie mieszania zachowywał się nasz beton. Oznacza to, że tak naprawdę nie ma jednej reguły mówiącej co i ile trzeba dozować, w jaki sposób i ile mieszać. Bardzo wiele czynników wpływa na reakcje zachodzące pomiędzy poszczególnymi składnikami. Owszem w procesie produkcji betonu czy zapraw będą zauważone pewne kierunki w jakich podążą reakcje, lecz ich dokładny wynik niemal zawsze będzie zależał od:
czyli będzie wynikiem praktyki, którą będzie wspierać teoria. Ta zaś mówi, że im czystszy cement, porządniejsze dodatki (skład, jakość, opis, producent), bardziej powtarzalny zarówno jakościowo i ilościowo skład czy receptura naszego betonu, a wilgotność "wyjściowa" stała - tym mniej niemiłych i nieprzewidywalnych niespodzianek napotkamy na drodze. Należy także pamiętać o tym, że w takich próbach i produkcji późniejszej najistotniejszą literaturą, z jaką trzeba się zaznajomić, jest po kolei:
To one pośrednio wpływają na skład mieszanki i tego co, ile i kiedy będzie dodane. To wszystko zaś pomoże uzyskać pożądany efekt, choćby w postaci takiego betonu architektonicznego jaki chcemy lub takiej zaprawy (czasem na "tradycyjnych" składnikach), jaka jest wymagana przez specyfikację na obiekcie, na którym prowadzone są prace. Wiedza działa bowiem w dwie strony: z jednej pozwala nam w pełni wykorzystać całą nowoczesną chemię jaka istnieje, lub z drugiej zrozumieć mądrość tych, którzy stosowali nieraz zapomniane, a zwykle o wiele tańsze i łatwiejsze metody - także do wykorzystania na typowym placu budowy. |
