Beton jest materiałem znanym od dawna, lecz w ostatnich latach coraz powszechniej stosowany do produkcji np. dachówek cementowych. W związku z tym pojawiły się nowe wymagania, inne od tych, które dotyczą wielkogabarytowych prefabrykatów znanych z elementów budynków, stropów czy też betonowych konstrukcji mostów, zapór wodnych itp.
Aby bliżej przedstawić wymagania dotyczące tych nowych zastosowań betonu, czy też zaprawy cementowej przypomnijmy, czym w istocie jest beton: Beton jest mieszaniną kruszywa, wody i cementu oraz ewentualnie kilku innych domieszek i dodatków, (np. pigmenty, dodatki specjalne itp.)
Kruszywa zajmują ok. 70 % składu betonu. Przygotowanie kruszywa pokażemy na przykładzie technologii stosowanej w firmie BRAAS Polska.
Kruszywa naturalne są surowcami kopalnymi, wydobywanymi w odkrywkowych wyrobiskach, a następnie w zależności od potrzeb płukane, przesiewane czy klasyfikowane w hydrocyklonach.
W masie kruszywa naturalnego niepożądane są, zanieczyszczenia organiczne (np. cząstki węgla czy części roślin) gdyż w trakcie ich rozkładu powstają kwasy humusowe wpływające niekorzystnie na przebieg reakcji wiązania cementu, oraz poprzez wchłanianie wody i pęcznienie mogą powodować pęcherze i odpryski na powierzchni zewnętrznej dachówek.
Również pyły mineralne, za które uważa się ziarna mniejsze od 0.063 mm są niepożądane gdyż zmniejszają powierzchnię kontaktu zaczynu cementowego z kruszywem. Również wchłaniają duże ilości wody, dlatego należy dążyć do zminimalizowania stosunku powierzchni zewnętrznej do objętości, gdyż wpływa to na zużycie cementu, który musi dokładnie pokryć powierzchnię ziaren.
Oznaczenie składu ziarnowego odbywa się metodą analizy sitowej. Metoda polega na przesianiu próbki kruszywa przez zestaw sit i zważeniu ilości kruszywa zatrzymanej na każdym z nich. Na podstawie tych pomiarów określa się tzw. krzywą uziarnienia, która musi mieścić się w obszarze ograniczonym krzywymi granicznymi.
Cement - jest to zwyczajowo stosowana nazwa sproszkowanego materiału wiążącego o właściwościach hydraulicznych, czyli takiego, który po zmieszaniu z wodą twardnieje i zachowuje swoje cechy wytrzymałościowe zarówno w powietrzu jak i w wodzie.
Początki produkcji cementu sięgają 1824 roku, kiedy to anglik Joseph Aspdin uzyskał patent na wytwarzanie cementu portlandzkiego i w rok później uruchomił produkcję tego spoiwa. W Polsce pierwsza cementownia powstała w Grodźcu w 1857 roku jako szósta cementownia na świecie.
- Podstawowymi surowcami w procesie produkcji cementu są wapień, margle oraz glina. Mieszanina tych surowców jest mielona a następnie wypalana w temperaturze ok. 1450 o C w piecu obrotowym.
Kolejnym etapem produkcji jest przemiał produktu wypalania z dodatkiem gipsu lub anhydrytu oraz ewentualnie z innymi dodatkami. Dopiero teraz otrzymujemy cement portlandzki lub, po dodaniu cementu wielkopiecowego albo popiołów lotnych cement hutniczy czy też cement pucolanowy.
- Podstawowym kryterium oceny jakości cementu jest ich klasa tj. wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach twardnienia (w MPa) zaprawy normowej wykonanej z danego cementu. Obecnie Polska Norma przewiduje następujące klasy cementu: 25, 35, 45, 50, 55 i 60.
Dobór wielkości ziarna
Kruszywo i piasek tworzy w betonie szkielet kamienny, nadający wytrzymałość, który powinien spełniać dwa warunki:
- Maksymalnie wypełniać objętość tak, aby ilość pustych przestrzeni była możliwie mała
- Całkowita powierzchnia szkieletu była jak najmniejsza, aby zmniejszyć zapotrzebowanie na cement
Zaczyn cementowy pełni funkcje spoiwa, którego właściwości zależą od ilości wody w stosunku do cementu. Powinno się stosować możliwie niewielką ilość wody w odniesieniu do ilości cementu.
Wskaźnik wodno cementowy i mrozoodporność betonu
Kolejnym istotnym parametrem wpływającym na własności betonu i jego konsystencję oraz urabialność zaprawy jest ilość wody w stosunku do ilości użytego cementu tzw. wskaźnik w/c.
Zaczyn cementowy w trakcie reakcji hydratacji wypełnia się gęsto ułożonymi, stwardniałymi produktami tej reakcji. Jednak pomiędzy nimi pojawiają się wolne przestrzenie zwane porami. Kształt i ilość porów ma decydujący wpływ na wytrzymałość i trwałość zaczynu cementowego. Niewielkie pory żelowe (od 0.1 do 0,01 ľm) nie mają dużego znaczenia, jednak większe pory kapilarne powodują znaczne pogorszenie wytrzymałości i trwałości betonu. Są one wynikiem stosowania zbyt dużej ilości wody zarobowej, która w procesie twardnienia zabiera miejsce produktom hydratacji a następnie wyparowuje pozostawiając puste przestrzenie. Istnienie kapilar poza osłabieniem przekroju, powoduje takie zjawiska jak podciąganie kapilarne wody, zwiększenie nasiąkliwości, czy tez korozję betonu.
W przypadku zbyt dużej wilgotności betonu i zbyt dużej ilości kapilar może dochodzić do karbonizacji wodorotlenku wapnia wewnątrz kapilar, co prowadzi do zniszczenia korozyjnego betonu.
Zagęszczanie i formowanie dachówek
W świetle powyższych informacji istotne jest prawidłowe zagęszczenie zaprawy w trakcie formowania wyrobów, w tym przypadku dachówek. Firma BRAAS formuje gotowe produkty na taśmie, po której poruszają się aluminiowe palety, podkłady do produkcji. Na te palety nakładana jest zaprawa cementowa, a wałek z łopatkami wstępnie zagęszcza masę. Następnie paleta trafia pod wałek tak wyprofilowany, aby uformował zewnętrzną powierzchnię dachówki, oraz już dokładnie, dynamicznie docisnął zaprawę na palecie. Trzecim elementem formującym powierzchnię zewnętrzną jest kalibrator, czyli element o profilu dachówki, przez który przechodzi wstęga uformowanych dachówek, na leżących blisko obok siebie paletach i ich powierzchnia zewnętrzna jest wygładzana.
Następnie wilgotne dachówki są pokrywane warstwą wodorozcieńczalnej farby akrylowej, opatentowanej przez firmę BRAAS pod nazwą NOVO, która wiąże się ze świeżym betonem i gruntuje podłoże. Teraz już tak przygotowane produkty trafiają do komór suszących, gdzie w stałej temperaturze i przy stałej wilgotności następuje proces wiązania cementu. Po okresie wstępnego wiązania, gdy produkty osiągają wymaganą wytrzymałość wstępną, opuszczają komory i trafiają z powrotem na linię produkcyjną. Tam są najpierw oddzielane od aluminiowych palet, malowane drugą warstwą farby NOVO, i po przejściu przez stanowisko ostatecznej kontroli trafiają do maszyny pakującej. Po zapakowaniu w folię, w pakiety po 40 lub 36 sztuk w zależności od modelu są składowane w magazynie przez okres 28 dni, przed dopuszczeniem do sprzedaży. W tym czasie dalej następuje wiązanie cementu i wzrost wytrzymałości dachówek. Jeszcze sprawdzenie wytrzymałości po sezonowaniu i gotowe dachówki dopuszcza się do sprzedaży.
- W efekcie własności dachówek wyprodukowanych z zaprawy cementowej spełniają wymagania ustanowionej również w Polsce normy europejskiej PN EN 490: 2000, która w tym zakresie podaję minimalną siłę łamiącą, świadczącą o wytrzymałości dachówek oraz granice nasiąkliwości i przesiąkliwości dachówek, wpływające również na mrozoodporność.
Spełnienie wymagań wcześniej podanych gwarantuje utrzymanie tych parametrów na poziomie bezpiecznym dla długoletniego użytkowania, co firma BRAAS dokumentuje gwarancją obejmującą 30 lat.
Jednak trwałość czy też okres użytkowania dachówek cementowych jest znacznie dłuższy. Potwierdza to spojrzenie na historię produkcji, która zapoczątkowana została przez Alberta Krohera w 1844 roku, a jego dachówki służą do dzisiaj, lub też tylko na historię firmy BRAAS, która technologię masowej produkcji dachówek opanowała w 1954 roku, a dachówki z pierwszych lat produkcji dalej z powodzeniem spełniają swoją funkcję.