Pył krzemionkowy

Wymiana cementu na mikrokrzemionkę

Beton jako materiał budowlany towarzyszy nam nieprzerwanie od ponad 100 lat. Niestety jego
główny składnik, czyli cement, nie jest zbyt przyjazny dla środowiska. Od około 30 lat badacze
budownictwa próbują znaleźć materiał, który choć w części zastąpiłby nieekologiczny cement, nie tracącprzy tym parametrów wytrzymałościowych otrzymanego betonu. I tak przypadkiem udało im się
wykorzystać mikrokrzemionkę, produkt uboczny przy produkcji żelazostopów, do zastąpienia cementu w
produkcji betonu.

Jak działa mikrokrzemionka w betonie?

Kiedy pył krzemionkowy jest dodawany do betonu, na początku nie dzieje się nic. W momencie, gdy cement i woda w mieszance zaczynają oddziaływać na siebie, wstępne reakcje chemiczne skutkują powstaniem dwóch związków chemicznych:

• Wodorotlenek wapnia (CH) – wolne wapno, produkt uboczny wypełniający dostępne pory,
• Żel wapniowo-krzemianowo-hydratowy (CSH), który odpowiada za wytrzymałość betonu.

Według Eurpejskiego Komitetu Mikrokrzemionki, dodanie pyłu krzemionkowego do betonu ma silny efekt pucolanowy ze względu na jego wyjątkową przydatność i bardzo wysoką zawartość amorficznej krzemionki. Mikrokrzemionka w mieszance cementowej zwiększy wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie, siłę wiązania i zmniejszy przepuszczalność betonu.

Wpływ mikrokrzemionki na właściwości mechaniczne betonu

Zwiększona wytrzymałość

Jeśli chodzi o trwałość betonu, dodanie mikrokrzemionki zwiększa ogólną trwałość betonu. Rozsądny dobór składników mieszanki betonowej, między innymi zawartości procentowej dodatku krzemionki, pozwala na tworzenie betonów o wysokiej i bardzo wysokiej wytrzymałości. To podwyższenie wytrzymałości betonu jest efektem zmniejszenia porowatości przez mikrokrzemionkę, która szczelnie wypełnia przestrzeń między ziarnami cementu. Trwałość betonu z dodatkiem mikrokrzemionki wzrasta z upływem czasu. Najlepsze efekty uzyskuje się po około 28 dniach 28 dniach od wylania betonu.

Przepuszczalność wody i mrozoodporność

Dodanie mikrokrzemionki do mieszanki betonowej powoduje zmianę strukturalną porów, co zwiększa wodoodporność betonu. Obniżenie współczynnika przepuszczalności betonu poniżej granicy 10-14 m/s poprzez dodanie mikrokrzemionki w ilości do 20% w stosunku do masy spoiwa, przy braku środków upłynniających, potwierdza korzystny wpływ pyłu krzemionkowego na zwiększenie trwałości betonu. Dzięki temu, że mikrokrzemionka chroni beton przed negatywnym działaniem wody, chroni również przed niskimi temperaturami. Przy niskim współczynniku wiązania wody w betonie (0,25-0,30) i zastąpieniu 5-10% cementu pyłem krzemionkowym obserwuje się wzrost mrozoodporności.

Odporność chemiczna

Pył krzemionkowy znacznie zwiększa odporność betonu na działanie agresywnych wód bogatych w
siarczany. Pani dr Wiesława Nocuń-Wczelik w swojej książce „Pył krzemionkowy – właściwości i
zastosowanie w betonie”, nawiązując do prac pana Whilea, Hicksa, Yamato, Soedy i Emoto, stwierdza, że w
betonach, do których do 30% dodano mikrokrzemionkę, co znacznie poprawiło odporność na działanie
wielu kwasów, w tym kwasu solnego, mrówkowego, mlekowego, siarkowego, fosforowego i octowego.
Przyczyną ich trwałości jest relatywnie mniejsza zawartość wodorotlenku wapniowego, w połączeniu z
upakowaną, szczelną strukturą.

Rezystancja

ACI (Amerykański Instytut Betonu) w swoim artykule „Guide for the Use of Silica Fume in
Concrete v. 2012 reapproved” stwierdza, że „ Używanie pyłu krzemionkowego zwiększa rezystancję
elektryczną betonu wraz ze wzrostem ilości użytego pyłu krzemionkowego” (podrozdział 5.4.1).

Inne zalety stosowania mikrokrzemionki w produkcji betonu

Główne zalety stosowania mikrokrzemionki w budownictwie zostały wymienione i opisane powyżej. Inne zalety to:

Ochrona wzmocnienia

Mikrokrzemionka poprawia ochronę antykorozyjną zbrojenia, zwiększa odporność gotowego wyrobu betonowego na penetrację wody oraz wspomaga wzrost wytrzymałości poprzez wtórną reakcję pucolanową. Poprawia reologię mieszanki betonowej.

Zmniejszone ścieranie

Mikrokrzemionka powoduje mniejsze ścieranie betonu, co zwiększa twardość zwartej matrycy spoiny i przyczepność zaczynu do kruszywa. Beton z dodatkiem pyłu krzemionkowego jest również bardziej odporny na erozję.

ŹRÓDŁA:

• Nocuń-Wczelik W., 2005: Pył krzemionkowy – wsłaściowści i zastosowanie w betonie . Kraków: Polski Cement Sp. z o.o.
• https://gharpedia.com/blog/silica-fume-pros-cons-and-effect-on-properties-of-concrete/
• http://www.microsilicafume.eu/web/properties%20of%20silica%20fume%20related%20to%20its%20applications/1011306087/list1187970075/f1.html
• American Cement Instutute, 2012: Przewodnik po stosowaniu pyłów krzemionki w betonie
• Zdjęcia i obrazki:
  • WATER PERMEABILITY
  • 2.0 – https://ceramics.org/tag/weather-delays/
  • 2.1 – https://insideandoutpropertyinspectors.com/can-you-pour-concrete-in-the-rain/
  • 2.2 – https://www.vecteezy.com/
  • 2.3 – https://www.vecteezy.com/
  • CHEMICAL RESISTANCE
  • 3.0 – https://www.canva.com
  • 3.1 – https://www.vecteezy.com/
  • ELECTRICAL PROTECTION
  • 4.0 – https://www.canva.com
  • 4.1 – https://www.vecteezy.com/
  • REINFORCEMENT PROTECTION
  • 5.0 – https://www.canva.com
  • 5.1 – https://www.vecteezy.com/
  • REDUCE ABRASION
  • 6.1 – www.freepik.com