Optymalizacja wydajności ultralekkiego betonu spienionego za pomocą związku organosilikonowego z dodatkiem dimeticonu

Budowanie lżejszych, mądrzejszych ścian

Współczesne budynki potrzebują ścian, które nie tylko są wytrzymałe, lecz także lekkie, ognioodporne i skuteczne w zatrzymywaniu ciepła. Ultralekki beton spieniony już oferuje niewielką masę i dobrą izolację, jednak często jest zbyt kruchy i chłonny jak na wymagające zastosowania. W badaniu tym sprawdzono, jak powszechny składnik na bazie silikonu — dimeticon — może modyfikować drobne pęcherzyki powietrza w betonie spienionym, tak by materiał stał się zarówno lżejszy, jak i mocniejszy, a także lepiej odporny na wodę i warunki atmosferyczne.

Dlaczego spieniony beton ma znaczenie

Beton spieniony powstaje poprzez mieszanie cementu, piasku, wody i piany pełnej pęcherzy powietrza. Pęcherzyki znacznie zmniejszają gęstość materiału, co jest atrakcyjne przy wysokich budynkach i dla ścian energooszczędnych. Jednak gdy pęcherze są duże i nieregularne, beton traci wytrzymałość i powstają połączenia ułatwiające przenikanie wody i soli. Inżynierowie pragną wersji, która zachowa zalety betonu wypełnionego powietrzem — niską masę, dobrą izolację, odporność ogniową — bez zmieniania materiału w kruchą gąbkę.

Silikonowy zwrot w recepturze

Naukowcy testowali dodanie niewielkich ilości dimeticonu, związku silikonowego powszechnie stosowanego w produktach codziennego użytku, do ultralekkiego betonu spienionego. Przygotowali kilka mieszanek o tej samej docelowej gęstości, ale z różną zawartością dimeticonu — od 0,5% do 2,5% masy cementu. Poprzez staranne rozproszenie dimeticonu w wodzie, a następnie wprowadzenie go do mieszaniny bogatej w pianę, chcieli zmienić sposób tworzenia i stabilizacji pęcherzyków oraz zbadać, jak to wpływa na płynność, czas wiązania, transport wody, wytrzymałość i przewodnictwo cieplne.

Co dzieje się wewnątrz mikroporów

Szczegółowe badania wykazały, że dimeticon działa jednocześnie jako stabilizator piany i środek odpychający wodę. Obniża napięcie powierzchniowe wody w mieszance, ułatwiając powstawanie pęcherzyków i zapobiegając ich łączeniu się w duże pustki. Obrazy mikroskopowe i pomiary porów wykazały, że przy dodatku dimeticonu beton zawiera znacznie więcej małych, dobrze ukształtowanych porów i znacznie mniej dużych, połączonych pustek. Udoskonalona wewnętrzna struktura zmniejszyła szybkość przesiąkania wody i przepływu powietrza oraz ograniczyła migrację szkodliwych jonów chlorkowych nawet o około jedną trzecią w porównaniu z betonem bez dodatku.

Mocniejszy, suchszy, a wciąż lekki

Zmiany na poziomie mikro przełożyły się na zaskakująco duże poprawy właściwości. Przy optymalnej dawce, około 2% dimeticonu, ultralekki beton ponad dwukrotnie zwiększył sztywność i wytrzymałość na ściskanie oraz ponad trzykrotnie zwiększył odporność na pękanie przy rozciąganiu, zachowując jednocześnie bardzo niską masę, z gęstością suchą około 450 kilogramów na metr sześcienny. Materiał kurczył się mniej podczas schnięcia, chłonął znacząco mniej wody i wykazywał niższą łączną porowatość połączoną. Zmieniło się także zachowanie termiczne: ponieważ sieć porów stała się ciaśniejsza, a osnowa stała gęstsza, przewodność cieplna i dyfuzyjność cieplna nieznacznie wzrosły, ale pozostały w granicach odpowiednich dla materiałów izolacyjnych.

Znalezienie optymalnego punktu

Porównanie wszystkich mieszanek wykazało, że około 2% dimeticonu daje najlepszy kompromis: zachowuje ultralekki charakter betonu, jednocześnie zapewniając znacznie wyższą wytrzymałość i trwałość oraz wyraźnie poprawiając odporność na wilgoć i przenikanie soli. Wyższe dawki przynosiły tylko niewielkie dodatkowe korzyści i zaczynały pogarszać urabialność. W praktyce oznacza to, że stosunkowo prosty dodatek na bazie silikonu może przekształcić kruchy beton spieniony w bardziej trwały, odpychający wodę i nadal dobrze izolujący materiał budowlany, co zwiększa jego przydatność do energooszczędnych, długowiecznych ścian i innych lekkich elementów konstrukcyjnych.

Cytowanie: Othuman, M.A.O., Tobbala, D.E., Omar, R. et al. Performance optimization of ultra-lightweight foamed concrete using dimethicone-infused organosilicon compound. Sci Rep 16, 8108 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39334-5

Słowa kluczowe: beton spieniony, lekkie materiały budowlane, dodatki silikonowe, struktura porów, izolacja termiczna