Wprowadzenie mikrowypełniaczy, w tym głównie częściowo aktywnych pyłów krzemionkowych, pozwala zwiększyć gęstość betonu przez dodatkowe wypełnienie przestrzeni pomiędzy ziarnami cementu. Wprowadzony pył, o właściwościach pucolanowych, reaguje z portlandytem i tworzy stopniowo, zwłaszcza na granicy fazy zaczyn–kruszywo, w strefie dotychczas pełnej defektów, jednolitą i ciągłą fazę kontaktową C-S-H (calcium-silicat-hydrat).
Dzięki dodawaniu pyłów krzemionkowych do mieszanki betonowej można uzyskać nawet dwukrotny wzrost wytrzymałości betonu na ściskanie przy dziesięciokrotnym zmniejszeniu przepuszczalności wody oraz kilkakrotny wzrost odporności betonu na działanie mrozu, chlorków i siarczanów. Zastosowanie domieszek uplastyczniających i upłynniających pozwala natomiast zasadniczo zmniejszyć współczynnik w:c przy zachowaniu dobrej urabialności mieszanki betonowej, z jednoczesnym zwiększeniem wytrzymałości betonu.
W celu określenia wpływu zastosowanego pyłu krzemionkowego (pk), kruszywa grubego i superplastyfikatora na podstawowe właściwości betonów wysokowartościowych przeprowadzono badania 18 serii betonów zawierających pył krzemionkowy i superplastyfikator, wykonanych przy użyciu dwóch zestawów kruszyw: piasku kwarcowego i przekruszonego grysu otoczakowego oraz piasku kwarcowego i frakcjonowanego grysu bazaltowego.
Plan doświadczeń
Dla wybranych zestawów kruszyw zaprojektowano i wykonano po 9 mieszanek betonowych w układzie zmiennych pk:c (0,0; 0,05; 0,1) oraz w:c (0,33; 0,36; 0,4). W kompozycjach składu mieszanek jako dodatek zastosowano pył krzemionkowy z Huty Łaziska oraz krajowy upłynniacz. We wszystkich mieszankach zastosowano cement mostowy CEM I 42,5 HSR z cementowni „Rejowiec”. Superplastyfikator w ilości zapewniającej urabialność mieszanek w zakresie konsystencji V-3, mierzonej aparatem Vebe, dodawano w połowie do wody zarobowej i w połowie do przygotowywanej mieszanki. Składy badanych betonów oraz wyniki wybranych badań fizyko-mechanicznych przedstawiono w tabelach 1 i 2.
Do analizy wyników doświadczeń zastosowano metody statystyki matematycznej, co pozwoliło określić funkcje dopasowania wytrzymałości na ściskanie fc28 oraz nasiąkliwości i wodoprzepuszczalności betonów serii BO (żwirowe) i BB (bazaltowe) w zakresie założonych zmiennych w:c i pk:c (rys. 1). Przeprowadzone badania pozwoliły m.in. na określenie przedziału najbardziej efektywnej ilości dodatku pyłu krzemionkowego z uwagi na kryterium maksymalnej wytrzymałości 28-dniowej badanych betonów.
W odróżnieniu od powszechnie przyjmowanej ilości równej 10% w stosunku do masy cementu stwierdzono, że w wypadku badanych betonów optymalna ilość pyłu wyniosła 6–8% masy cementu.
Wytrzymałość na ściskanie
Z analizy wyników badań wytrzymałości na ściskanie wynika, że zasadniczy wpływ na wytrzymałość betonów wywierały parametry: w:c (woda:cement) i pk:c (pył krzemionkowy: cement) przy udziale superplastyfikatora, a także rodzaj i jakość grubego kruszywa. Wzrost wytrzymałości zależał głównie od zmian tych parametrów i warunków dojrzewania. Im mniejszy był stosunek w:c (w granicach od 0,4 do 0,33), tym większa była wytrzymałość na ściskanie betonów. Znaczący wzrost wytrzymałości na ściskanie następował dzięki zwiększaniu dodatku pyłu krzemionkowego, jednak tylko w przedziale od 0 do ok. 7,5% masy cementu. W wypadku wszystkich badanych betonów, w terminach badań od 1 do 28 dni, stwierdzono zauważalny spadek wytrzymałości na ściskanie przy wartości pk:c = 0,1 (tj. po przekroczeniu pk:c = 0,075) (rys. 1–2). Spadek ten był mniej zauważalny po 90 dniach dojrzewania.
Na podstawie wyników badań stwierdzono, że maksymalne wartości wytrzymałości na ściskanie fc28 uzyskały betony wykonane przy zawartości pyłu krzemionkowego 6–8% masy cementu i w:c = 0,33. Udział kruszywa łamanego w betonach BB spowodował uzyskanie wytrzymałości na ściskanie o ok. 10% większej niż w wypadku betonów żwirowych BO.
