Primum non nocere

Sławomir Gąsiorowski

Autor odnosi się do zagadnienia ściśle wiążącego się z regułą „primum non nocere”. Chodzi o efekty uboczne wywołane nadmiernym napowietrzeniem zapraw cementowych. Od czasu gdy w latach 90-tych pojawiły się na rynku plastyfikatory, wokół ich stosowania narosło tyle błędnych przekonań, że warto niektóre z nich wyjaśnić.

„Primum non nocere” – po pierwsze nie szkodzić. Ta zasada etyczna znana jest już studentom medycyny. Ma ona przypominać lekarzom, aby przed podjęciem leczenia pacjenta rozważyli, czy ich działanie nie spowoduje nieodwracalnych szkód w zdrowiu pacjenta. Rozszerzając wspomnianą zasadę na budownictwo, lekarzami są projektanci i wykonawcy, a pacjentami budynki i ich użytkownicy. W myśl zasady „primum non nocere” osoby zaangażowane w proces budowlany powinny podejmować tylko takie działania, które dobrze przysłużą się zarówno stawianym obiektom budowlanym, jak i ich przyszłym użytkownikom.

W niniejszym artykule chciałbym odnieść się tylko do jednego zagadnienia, które w mojej opinii ściśle wiąże się z regułą „primum non nocere”. Chodzi mianowicie o efekty uboczne wywołane nadmiernym napowietrzeniem zapraw cementowych. Norma PN-EN 934-3 Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu. Część 3: Domieszki do zapraw do murów wyróżnia dwa typy domieszek, które mogą być stosowane w zaprawach murarskich. Są to: domieszka napowietrzająco-uplastyczniająca oraz domieszka opóźniająca wiązanie (znacznie wydłużająca czas zachowania właściwości roboczych). Najbardziej popularnym typem domieszek stosowanych na polskich budowach są domieszki napowietrzająco-uplastyczniające. Zwyczajowo nazywane są „plastyfikatorami”. Bez większych trudów można je kupić w wielu składach i marketach budowlanych. Od czasu gdy w latach 90-tych pojawiły się na rynku, wokół ich stosowania narosło tyle błędnych przekonań, że warto niektóre z nich wyjaśnić.

1. Czy plastyfikator (domieszka chemiczna) jest zamiennikiem wapna?

Domieszka nie jest zamiennikiem wapna. Nie jest to również prawdą nawet wówczas, jeśli taka informacja została umieszczona na etykiecie opakowania. Tego typu stwierdzenia należy traktować wyłącznie w kategoriach działań marketingowych mających wspomóc sprzedaż. Wapno jest samodzielnym materiałem wiążącym powietrznym, twardniejącym w obecności wilgoci i CO₂ zawartego w powietrzu. Natomiast domieszka jest związkiem chemicznym lub mieszaniną związków chemicznych nieposiadającą właściwości wiążących. Szacuje się, że aby uzyskać w zaprawie podobne do wapna działanie należy zastosować 5-7 różnego rodzaju domieszek (opóźniające wiązanie, uplastyczniające, zwiększające więźliwość wody, zwiększające sprężystość, etc). Jednak nawet przy zastosowaniu w zaprawie rozlicznych domieszek nie udaje się wywołać w niej zjawiska „samoleczenia” drobnych, włosowatych mikro-uszkodzeń. Za proces ten odpowiedzialne jest właśnie wapno i jak dotychczas nie wynaleziono tego „czegoś” co dałoby podobny efekt. Proces „samoleczenia” zaprawy jest niezmiernie ważny z punktu widzenia utrzymania szczelności połączenia murarskiego. Ponieważ mury ulegają odkształceniom, to w zaprawach dochodzi do pojawienia się mikropęknięć. Dzięki zjawisku „samoleczenia” zaprawy, konstrukcja murowa odporna jest na atak wody, co podnosi jej trwałość oraz powoduje ograniczenie prawdopodobieństwa pojawienia się wykwitów solnych na murach licowych.

2. Zarówno wapno jak i domieszka poprawiają urabialność zaprawy cementowej.

Jest to prawda, ale… Poprawę urabialności przy stosowaniu wapna uzyskuje się dzięki temu, że heksagonalne cząstki wapna otaczając ziarna piasku oraz cementu działają jak smar zmniejszający wewnętrzne tarcie pomiędzy składnikami zaprawy. Natomiast domieszka napowietrzająca wprowadza do zaprawy wiele drobnych pęcherzyków powietrza, które działając jak kulki w łożysku powodują poprawę urabialności zaprawy. Struktura zaprawy cementowo-wapiennej oraz zaprawy cementowej z domieszką napowietrzającą jest zupełnie różna, co dobitnie ilustrują zdjęcia poniżej. Ma to daleko idące konsekwencje jeśli chodzi o przyczepność zaprawy do cegły. Zaprawy zawierające wapno wykazują zdecydowanie większą przyczepność i szczelność połączenia z cegłami niż zaprawy z domieszkami napowietrzającymi. To właśnie dzięki zaprawom wapiennym do dzisiejszych czasów przetrwały liczne budynki wznoszone przed setkami, czy nawet tysiącem lat.

Zdjęcie 1. Zaprawa z wapnem

Zdjęcie 2. Zaprawa cementowa z domieszką napowietrzającą

3. Zdrowy rozsądek fachowca podpowie mu ile dodać plastyfikatora.

Taką instrukcję stosowania przeczytałem na etykiecie opakowania jednej z domieszek. Tymczasem norma europejska PN-EN 934-3 określa wyraźnie, że co prawda zalecany zakres dozowania to ten określony przez producenta na podstawie praktycznych doświadczeń, ale równocześnie informuje, że stosowanie zalecanego dozowania nie oznacza, że zgodność z niniejszą normą będzie spełniona w całym zakresie (pkt 3.5). Wynika to z faktu, że efekt działania domieszki uzależniony jest od chemii cementu. Aby dobrać proporcje plastyfikatora dla uzyskania zakładanych rezultatów, zaleca się przeprowadzenie w danych warunkach próby z materiałami, które mają być stosowane. W przedmowie do normy PN-EN 480-1 Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu. Metody badań. Beton wzorcowy i zaprawa wzorcowa do badania stwierdzono:

„Podczas opracowywania tej normy przez SC3 niektórzy jej członkowie wyrażali pogląd, szczególnie podtrzymywany przez Francję i Włochy, że badanie domieszek z użyciem trzech dodatkowych rodzajów cementu może nie dostarczyć zadowalających informacji odnośnie do zachowania domieszek na placu budowy. Jest to spowodowane złożonym współdziałaniem domieszek i cementów, zależnym od chemicznego i mineralogicznego składu cementu, który nawet w obrębie jednego rodzaju i klasy może się znacznie różnić. W związku z tym doradza się użytkownikom sprawdzenie działania domieszki podczas badań wstępnych z użyciem innych składników betonu, które będą stosowane na placu budowy”.

Dokładnie te same słowa można odnieść do zapraw wykonywanych na placu budowy. O tolerancji dozowania wspomina Tablica 21 normy PN-EN 260-1, w której podano iż przy dozowaniu domieszek wymagana jest tolerancja ± 5%. Jeśli przyjąć za jednym z producentów domieszek, że na 50 kg cementu powinno stosować się 16 g plastyfikatora, to dla tej ilości wymagana jest dokładność dozowania 16g ± 0,8g. W warunkach prawie wszystkich polskich budów jest to niemożliwe do spełnienia ze względu na brak laboratorium polowego dbającego o przestrzeganie receptur zapraw. Przy tak dużej dokładności odmierzania domieszki łatwo o jej przedozowanie. W przypadku domieszek napowietrzających powoduje to drastyczny spadek przyczepności do cegły lub bloczka.

4. Stosowanie plastyfikatorów umożliwia prowadzenie prac murarskich w niskich temperaturach.

Tego stwierdzenia nie potwierdzają ani normy, ani aprobaty techniczne wydane dla domieszek przez Instytut Techniki Budowlanej. Należy więc przyjąć, że podobnie do zapraw cementowo-wapiennych graniczną temperaturą stosowania zapraw cementowych z domieszkami jest +5°C. Przy stosowaniu w obniżonych temperaturach zapraw cementowych z domieszkami napowietrzającymi należy liczyć się ze znacznym spadkiem wytrzymałości mechanicznej zaprawy. Jest to wynikiem tego, że wraz ze spadkiem temperatury rośnie ilość powietrza wprowadzonego do zaprawy podczas jej mieszania. Zmienia się również struktura pęcherzyków, które są większe niż podczas mieszania w temperaturze +20°C. Szczególnie groźna dla trwałości muru okazuje się sytuacja, kiedy prace murarskie prowadzi się w obniżonych temperaturach. W takich warunkach w ciągu pierwszych 5 dni wytrzymałość zaprawy utrzymuje się na bardzo niskim poziomie rzędu 0,3 MPa. Łatwo wówczas o wyboczenia lub pękanie muru dociążonego np. przez świeżo wylany strop.

5. Stosowanie domieszek napowietrzających powoduje wzrost mrozoodporności zaprawy.

Nie każde napowietrzenie zaprawy czy betonu powoduje wzrost ich mrozoodporności. Wszystko zależy od miejsca ulokowania się pęcherzyków powietrza. Jeśli pęcherzyki znajdują się poza kapilarami występującymi w zaprawie, wówczas nie obserwuje się wzrostu mrozoodporności tworzywa. Zaprawa nabiera mrozoodporności dopiero wówczas, kiedy kuliste pory przecinają kapilary. Wymagane jest również, aby wielkość porów zawierała się w granicach 10-60 µm. Z analizy aprobat technicznych ITB wynika, że większość przebadanych przez ITB domieszek do zapraw cementowych nie powoduje wzrostu mrozoodporności zaprawy właśnie ze względu na to, że pęcherzyki powietrza znalazły się poza kapilarami lub ich rozmiar nie jest odpowiedni do wywołania mrozoodporności tworzywa.

Podsumowanie

Samodzielne stosowanie domieszek na palcu budowy obarczone jest dużą niepewnością co do efektów, jakie zostaną osiągnięte. Ta niepewność spowodowana jest złożonym współdziałaniem zachodzącym pomiędzy domieszką a danym rodzajem cementu. Wynika ona również z wymaganej dokładności dozowania (nie posiadając odpowiednich warunków laboratoryjnych, łatwo o przedozowanie). Nie bez znaczenia jest również temperatura otoczenia w jakiej stosuje się domieszki. Dlatego w normie amerykańskiej ASTM C-270 podane zostało:

4.1.4. Admixtures – Admixture such as coloring pigments, air-entraining agents, accelerators, retarders, water-repellent agents, antifreeze compounds, and other admixtures shall not be added to mortar unless specified (…).

W tym zapisie widać wyraźnie zasadę primum not nocere – a więc nie stosuj domieszek, jeśli nie ma ku temu jakiś specjalnych powodów. Jeśli już stosowane są domieszki napowietrzające, to zawartość powietrza w zaprawie nie powinna przekraczać 12%. W Australii ustawodawcy poszli jeszcze dalej i postanowili, że na placu budowy dodawanie do zapraw jakichkolwiek domieszek jest zabronione. Norma PN-EN 934-3 jest bardziej liberalna i jako górną granicę zawartości powietrza w zaprawie podaje wartość 17 ± 3%. Ale i tego się na budowach nie przestrzega. Skutki takiego liberalnego podejścia do zawartości powietrza w zaprawie nie kazały na siebie długo czekać. Nadużywanie domieszek na budowach (szczególnie w okresie obniżonych temperatur) doprowadziło do drastycznego spadku jakości murów. Pękające ściany, wykwity na murach licowych, utrata przyczepności są na porządku dziennym. Ilustracją złamania zasady primum not nocere niech będą poniższe zdjęcia, obrazujące historię pewnego muru, gdzie do poprawy urabialności zaprawy cementowej zastosowano jeden z najbardziej popularnych w Polsce plastyfikatorów, który dostępny jest w licznych składach budowlanych. Na czerwono zaznaczono miejsca utraty przyczepności zaprawy do cegły. Zdjęcie z 05-10-2009 pokazuje obszary gdzie wymagana była naprawa muru. A wystarczyło zastosować zwykłą zaprawę cementowo-wapienną.