Posłuży ktoś poradą? Nowy podjazd zrobiony póżną jesienią,
kiedy zginął śnieg okazało się, że jest pełno białych plam. Zamiast pięknego czerwonego podjazdu i chodnika mam tak jakby wysypane
kafle wapnem albo czymś białym. Próbowałam zmyć wodą, nie pomogło.
Czy należy to szorować czy użyć specjalnych środków?
Jest tego dużo, wygląda okropnie, nie do przyjęcia.
Nazaryjczyk
06-04-2006, 07:05
WYKWITY NA POWIERZCHNI BETONOWEJ KOSTKI BRUKOWEJ
Wykwity na powierzchni betonu wibroprasowanego, a szczególnie betonowej kostki brukowej, są przedmiotem licznych reklamacji i negatywnych emocji zarówno producentów, jak i odbiorców. W procedurach Instytutu Badawczego Dróg i Mostów w Warszawie oraz projekcie normy PN-S....1998 „Drogi samochodowe. Nawierzchnie z drobnowymiarowych elementów betonowych", wykwity na powierzchni betonu traktuje się jako zjawisko o charakterze estetycznym i nie są one czynnikiem dyskwalifikującym, pod warunkiem, że beton spełnia wszystkie inne wymagania. Jak wykazują jednak wieloletnie doświadczenia praktyczne, pojawienie się wykwitów, a szczególnie narastająca ich intensywność podczas dłuższej eksploatacji betonu, może być świadectwem jego niewłaściwej jakości lub gwałtownie rozwijających się procesów destrukcyjnych.
Celem poniższego artykułu jest zapoznanie Czytelni*ków ze skomplikowanymi procesami fizykochemicz*nymi towarzyszącymi powstawaniu wykwitów i z metodami zapobiegania ich obecności.
Przyczyny powstawania
Ze względu na czas powstawania i skalę zjawiska, wykwity dzieli się na dwie grupy: pierwotne i wtórne. Natomiast ze względu na charakter, wykwity można podzielić na następujące rodzaje:
wykwity węglanowe spowodowane karbonizacją Ca(OH)2,
wykwity spowodowane podciąganiem kapilarnym i krystalizacją na powierzchni betonu łatwo roz*puszczalnych soli zawartych w betonie np. siar*czanów i chlorków alkalicznych lub soli rozpu*szczalnych, podciąganych z gruntu podłoża, na którym ułożono kostkę,
wykwity spowodowane krystalizacją produktów korozji betonu np. korozji ekstrakcyjnej, chlorko*wej i siarczanowej.
Główną przyczyną powstawania wykwitów wę*glanowych jest karbonizacją wodorotlenku wap*niowego, powstającego w wyniku hydrolizy krze*mianów wapniowych zawartych w cemencie, zgodnie z reakcją:
Wykwity pierwotne występują zwykle na całej po*wierzchni betonu. Powstają bardzo szybko i prak*tycznie nie da się ich uniknąć. Jest to jednak zjawi*sko o tak niewielkiej skali, że nie wpływa na jakość i estetykę wyrobów betonowych. Mają one charakter lekkiego, białego nalotu, który w procesie
eksploatacji kostki brukowej stosunkowo szybko znika, bowiem pierwotny wykwit węglano*wy reaguje, z CC>2 zawartym w powietrzu, tworząc łatwo rozpuszczalny w wodzie wodorowęglan wap*niowy, zgodnie z reakcją:
Ca (OH)2 + CO2 -> Ca CO3 + H2O
Do produkcji betonów wibroprasowanych klas po*wyżej B30 stosowane są zwykle cementy marek 42,5 i 52,5 o podwyższonej zawartości alitu (zwykle ok. 65%). Przy stosowaniu cementów wysokoalitowych w dojrzałych zaprawach i betonach, zawar*tość wodorotlenku wapniowego może osiągać po*ziom 25% wagowych (w stosunku do ilości cementu w zaprawie i betonie), tj. 80-100 kg/m1 betonu. Po wprowadzeniu wody zarobowej do mieszanki betonowej natychmiast rozpoczyna się proces hy*dratacji i hydrolizy krzemianów wapniowych. W wyniku tych procesów powstaje nasycony roz*twór wodorotlenku wapniowego. Rozpuszczalność Ca(OH)2 w wodzie jest bardzo dobra i wynosi w temperaturze 20°C ok. 1300 mg/l. Obecność nasyconego roztworu Ca(OH)2 w porach i na powierzchni twardniejącego betonu jest źró*dłem tzw. wykwitów pierwotnych. Wodorotlenek wapniowy krystalizuje z roztworu wypełniającego pory betonu oraz roztworu tworzącego tzw. film wodny na jego powierzchni. Krystalizacja wodoro*tlenku następuje w wyniku częściowego odparowa*nia wody i osiągnięcia przez ten roztwór stanu prze*sycenia w stosunku do CafOH^. Powstający wodo*rotlenek wapniowy w obecności dwutlenku węgla z powietrza bardzo szybko ulega karbonizacji, two*rząc kalcyt CaCC>3.
Węglan wapniowy - kalcyt - jest bardzo słabo roz*puszczalny w wodzie (14 mg/l w temp. 20°C), stąd bardzo duża łatwość jego powstawania w momen*cie krystalizacji: Ca(OH)2 z roztworu. Tworzący się węglan wapniowy zatyka (kolmatuje) pory kapilarne, czyli transportowe, w betonie i blokuje dalsze powstawanie wykwitów węglano*wych. Mechanizm kolmatacji porów kapilarnych pokazuje rys. 1.
Spadek stężenia jonów Ca2+ w wodzie porowej u wylotu kapilary (w wyniku krystalizacji bardzo sła*bo rozpuszczalnego kalcytu) powoduje uruchomie*nie dyfuzji jonów Ca2ł z wnętrza betonu na jego po*wierzchnię, poprzez pory kapilarne. Zakolmatowana produktami karbonizacji kapilara nie stwarza jednak możliwości transportowych dla roztworu nasycone*go Ca(OH)2, co praktycznie uniemożliwia dalsze powstawanie wykwitów.
rys1. Mechanizm kolmatacji porów kapilarnych w betonie
Wykwity pierwotne występują zwykle na całej powierzchni betonu. Powstają bardzo szybko i praktycznie nie da się ich uniknąć. Jest to jednak zjawisko o tak niewielkiej skali, że nie wpływa na jakość i estetykę wyrobów betonowych. Mają one charakter lekkiego, białego nalotu, który w procesie eksploatacji kostki brukowej stosunkowo szybko znika, bowiem pierwotny wykwit węglanowy reaguje, z CC>2 zawartym w powietrzu, tworząc łatwo rozpuszczalny w wodzie wodorowęglan wapniowy, zgodnie z reakcją:
Ca CO3 + CO2 + H2O -> Ca (HCO3)2
Rozpuszczalność wodorowęglanu wapniowego jest w wodzie bardzo dobra i wynosi aż 1 7300 mg/l w temperaturze 20°C, co powoduje, że jest on wymywany bez trudności przez naturalne opady atmosferyczne.
Jak wykazują doświadczenia praktyczne, jeśli wyprodukowany beton spełnia wymagania normy w zakresie nasiąkliwości i wytrzymałości na ściskanie, a także spełnia warunek szczelności, wtórne wykwity węglanowe nie powinny powstawać, a wykwity pierwotne zanikają samoczynnie po 1-2 latach eksploatacji betonu.
Jeśli natomiast proces powstawania wykwitów węglanowych będzie postępował, może to świadczyć o popełnionych błędach technologicznych w zakresie:
projektowania betonów,
niewłaściwego (niezgodnego z receptą) składu mieszanki betonowej, będącego skutkiem zmiennej jakości kruszyw lub niewłaściwego funkcjonowania układów ważąco-dozujących węzła betoniarskiego,
niewłaściwych warunków zagęszczania betonu
niewłaściwych warunków dojrzewania i pielęgnacji betonu.
Na fotografiach 1, 2, 3 pokazano przykłady wtórnych wykwitów węglanowych na powierzchni betonowej kostki brukowej.
Sposoby zapobiegania
Żeby wtórne wykwity węglanowe nie pojawiały się, należy wyeliminować przyczyny ich powstawania, a więc trzeba:
stosować surowce wyjściowe o należytej jakości,
prawidłowo zaprojektować skład mieszanki betonowej,
zapewnić prawidłowe warunki wibroprasowania wyrobów,
zapewnić prawidłowe warunki dojrzewania betonu.
Jakość surowców wyjściowych
Cement
Ponieważ do produkcji betonowej kostki brukowej stosowane są zwykle cementy wysokoalitowe CEM l klas 42,5 i 52,5, ilość wodorotlenku wapniowego powstającego podczas hydrolizy krzemianów wapniowych będzie porównywalna. Lansowana przez niektórych producentów cementu opinia, że tylko ich cementy nie powodują powstawania wykwitów węglanowych, nie ma żadnego uzasadnienia merytorycznego.
Przeprowadzone badania w tych samych warunkach technicznych wykazały, że na stopień jasności powierzchni betonu, określony metodą nefelometrycz-ną, większy wpływ posiada naturalne wybarwienie cementu, aniżeli ilość powstałych wykwitów węglanowych.
Naturalne wybarwienie cementu jest jego cechą tożsamą, uzależnioną od zawartości tlenków barwiących w klinkierze, i ma zmienny charakter tylko w granicach szarości cementu. Może to mieć pewne znaczenie dla propagacji pigmentów i uzyskania ładniejszych, czystych barw betonu, jednak nie ma to istotnego wpływu na powstawanie wykwitów węglanowych zarówno pierwotnych, jak i wtórnych. Również stosowanie cementów niskoalkalicznych nie jest gwarantem uniknięcia wykwitów pierwotnych czy wtórnych. Badania przeprowadzone przez P. Kressego wykazały bowiem, że cementy o zróżnicowane] zawartości alkaliów wykazują bardzo zbliżone skłonności do powstawania wykwitów pierwotnych i nie tworzą wykwitów wtórnych, jeśli spełnione zostały kryteria poprawności technologicznej w produkcji betonu.
Cementy niskoalkaliczne należy natomiast stosować, gdy kruszywa użyte do produkcji betonu wykazują podwyższoną reaktywność alkaliczną. Alkalia zawarte w cemencie nie są źródłem powstawania wykwitów (siarczanowych, chlorkowych),
jeśli beton zostanie prawidłowo wykonany, bowiem, jak wykazują badania, jony sodowe i potasowe są bardzo dobrze wiązane przez fazę CSH, główny składnik stwardniałego zaczynu cementowego.
Kruszywa
Zakładając, że kruszywa spełniają odpowiednie wymagania norm w zakresie cech użytkowych, skład ziarnowy i jego stopień zmienności odgrywają kluczową rolę dla możliwości powstawania wykwitów. Szczególne znaczenie w technologii betonu wibro-prasowanego mają kruszywa drobne - piaskowe. Jak wykazują doświadczenia praktyczne, krajowe piaski wykazują istotne niedostatki w zakresie wymagań dla technologii betonu wibroprasowanego. Niedostatki te dotyczą:
zbyt niskiej zawartości frakcji (poniżej 0,125 mm). Zwykle sytuuje się ona na poziomie 1-2 %, co przy punktach piaskowych, w granicach 47-55 %, powoduje, że udział tej frakcji w stosie okruchowym mieszanek betonowych spada do poziomu około 1%, przy pożądanym udziale 5-7 %
zbyt niskiej lub zbyt wysokiej zawartości frakcji 1-2 mm,
co utrudnia uzyskanie ciągłości krzywej uziarnienia stosu okruchowego
zbyt wysokich wahań uziarnienia zarówno
piasków, jak i kruszyw grubych.
Żeby nie powstały wykwity wtórne, skład ziarnowy kruszyw musi być tak dobrany, żeby zaczyn cementowy, po zagęszczeniu świeżego betonu, wypełnił wszystkie wolne przestrzenie pozostałe po możliwie największym upakowaniu kruszyw. Inaczej mówiąc, należy dążyć do uzyskania betonu o możliwie najniższym udziale porów kapilarnych, o możliwie najniższej średnicy, przy najmniejszym udziale najdroższego składnika mieszanki betonowej, czyli zaczynu cementowego. Na rys. 2, 3 pokazano wpływ różnicy, jaką daje zastosowanie piasków o składzie A i B na wielkość promienia porów kapilarnych w stwardniałym betonie w zależności od objętości zaczynu przypadającego na 1 kg piasku (wg P. Kressego). Przeprowadzone badania ilości zaczynu niezbędnego dla uzyskania betonu szczelnego, przy widocznych na rys. 2 różnicach składu ziarnowego piasku wykazały, że mogą się one różnić w istotny sposób. Nawet, bowiem przy niedużych różnicach krzywych uziarnienia piasku (przy porównywalnych przebiegach krzywych uziarnienia w zakresie frakcji grubszych) ilości zaczynu niezbędnego dla uzyskania najmniejszego
Dla uzyskania takiej ilości zaczynu należy, przy przeciętnym wskaźniku wodno-cementowym w/c = 0,36, wprowadzić dodatkowo ok. 24-27 kg cementu. Jeśli nie wprowadzimy tej ilości cementu, promień porów kapilarnych może wzrosnąć do 5 urn, czyli pięciokrotnie, i wówczas kolmatacja porów kalcytem może w przeciętnych warunkach dojrzewania nie nastąpić, czego owocem mogą być wtórne wykwity węglanowe.
porów kapilarnych (ok. 1 mm) będą się różnić o ok. 25 cm3 na 1 kg piasku w mieszance kruszywowej. Przy przeciętnej zawartości piasku w granicach 650-700 kg/m3 betonu daje to objętość zaczynu w granicach 16-18 litrów.
Dodatki mineralne
Dodatki mineralne, takie jak mielone żużle wielkopiecowe, dodatki węglanowe np. kreda czy popioły lotne, odgrywać mogą bardzo istotną rolę w zwalczaniu nie tylko wtórnych wykwitów węglanowych, ale również wtórnych wykwitów innego pochodzenia.
Stosowanie właściwie dobranych dodatków mineralnych, a szczególnie dodatków o wysokiej aktywności hydraulicznej i/lub pucolanowej powoduje:
zdecydowaną poprawę warunków zagęszczania betonu w warunkach wibroprasowania,
obniżenie porowatości ogólnej, a szczególnie kapilarnej betonu, a tym samym współczynników filtracji i przepuszczalności betonu (szczególnie dojrzałego) poprzez uzupełnienie niedoboru najdrobniejszych frakcji kruszywa drobnego, a także doszczelnienie mikrostruktury betonu produktami reakcji hydrauliczno-pucolanowej o składzie fazy CSH,
zmniejszenie (przynajmniej częściowe) udziału portlandytu - Ca(OH)2 w stwardniałym betonie, który, wiązany w fazę CSH, nie będzie źródłem rozwoju różnych odmian korozji chemicznej,
zmniejszenia zużycia cementu w produkcji betonu, co może przynosić istotne efekty ekonomiczne.
Dodatki mineralne powinny charakteryzować się odpowiednią jakością (szczególnie popioły lotne z węgla kamiennego), co regulują stosowne wymagania obowiązujących norm zarówno krajowych, jak i zagranicznych. Ich stosowanie nie jest tak proste i potrzebuje ono rzetelnego doświadczenia producentów betonu oraz stworzenia odpowiednich warunków organizacyjno-technicznych.
Domieszki chemiczne
Jak wykazują wieloletnie doświadczenia krajowe i zagraniczne, domieszki chemiczne o działaniu upłynniająco-plastyfikującym i hydrofobizującym zdecydowanie korzystnie wpływają na jakość betonu wibroprasowanego, w tym także przyczyniają się do ograniczenia możliwości powstawania wykwitów wtórnych. Korzystna rola prawidłowo dobranych domieszek chemicznych wynika z:
poprawy zdolności do homogenizacji mieszanek betonowych konsystencji wilgotnej,
polepszenia zdolności do zagęszczania mieszanek betonowych w procesie wibroprasowania, co ostatecznie poprawia wytrzymałość betonu, mrozoodporność i odporność na korozję chemiczną
oraz obniża nasiąkliwość stwardniałego betonu i ogranicza wykwity wtórne,
ograniczenia zbyt szybkiego odsychania wody zarobowej z mieszanki betonowej,
oddziaływania lekko napowietrzającego na mieszankę betonową, co tworzy korzystne warunki kształtowania odpowiedniej struktury porów stwardniałego zaczynu cementowego (w kierunku wzrostu udziału porów żelowych o średnicy < 2 nm), co szczególnie poprawia mrozoodporność betonu narażonego na oddziaływanie środków odladzających,
poprawy zwartości mieszanki betonowej podczas wibroprasowania, co ogranicza możliwość klejenia się jej do stempla i matrycy formy,
lepszej propagacji pigmentów w betonie 4 możliwości skrócenia czasu zagęszczania mieszanek betonowych.
Z całą mocą należy podkreślić, że korzyści ze stosowania domieszek chemicznych, również w zakresie możliwości ograniczenia wykwitów, nie są w stanie wyeliminować błędów projektowania składu mieszanki betonowej czy też niedostatków w zakresie stanu technicznego urządzeń, a szczególnie węzła betoniarskiego i wibroprasy. Mogą jednakże korzystnie wpływać, na odwrażliwienie procesu technologicznego z tytułu np. wahań w dopuszczalnych granicach składu ziarnowego kruszyw.
Warunkiem prawidłowego i skutecznego zastosowania domieszek chemicznych jest ich dostosowanie do rodzaju
używanego cementu oraz warunków organizacyjno-technicznych i technologicznych przygotowania mieszanek betonowych, tj. czasu przerobu mieszanek betonowych, sposobu dozowania i postaci domieszek chemicznych oraz warunków homogenizacji mieszanek betonowych.
Woda zarobowa
Ilość wody zarobowej, a szczególnie wahania jej zawartości w mieszance betonowej, może mieć kluczowe znaczenie dla powstawania zarówno wykwitów pierwotnych, jak i wtórnych. W tabeli 1 przedstawiono schematycznie, jakie skutki dla powstawania wykwitów pierwotnych i wtórnych może przynieść niedowartościowanie lub przewartościowanie mieszanek betonowych wodą zarobowa. Jak wynika z przedstawionego schematu, w technologii betonu wibroprasowanego utrzymanie optymalnej i niezmiennej ilości wody zarobowej wpływa nie tylko na zapewnienie odpowiedniej jakości betonu, ale tworzy przesłanki dla zmniejszenia do minimum możliwości powstawania wykwitów.
Utrzymanie niezmiennej w czasie i optymalnej ilości wody zarobowej w mieszance betonowej możliwe jest po stworzeniu odpowiednich warunków magazynowania kruszyw oraz wprowadzeniu automatycznego pomiaru ilości wody zarobowej w kruszywie lub mieszance betonowej