budownictwo • technologie • architektura

29

Na wst´pie nale˝y podkreÊliç, ˝e omawiana grupa 
nowoczesnych kompozytów betonowych wywodzi 
si´ wprost z tradycyjnego betonu zwyk∏ego. Stano-
wi ona bowiem jeden z efektów konsekwentnej i od 
dziesiàtków lat prowadzonej modyfi kacji  tradycyj-
nego betonu cementowego. Podstawowym celem 
tej modyfi kacji by∏o redukowanie pewnych „przy-
rodzonych” mankamentów tego materia∏u. Betony 
wysokowartoÊciowe stanowià doskona∏y przyk∏ad, 
jak stopniowo eliminujàc lub znacznie ograniczajàc 
niedostatki materia∏u tradycyjnego, uzyskaç 
mo˝na tworzywo o 

nowych, korzystniejszych 

w∏aÊciwoÊciach. Warto w tym miejscu podkreÊliç, 
˝e grupa betonów wysokowartoÊciowych to nadal 
grupa betonów cementowych, tyle ˝e wykonywa-
nych z nowoczesnych spoiw cementowych wyso-
kiej jakoÊci. Dodatkowymi wyró˝nikami tych beto-
nów sà ma∏e wartoÊci wskaênika wodno-spoiwowe-
go i nieroz∏àcznie z tym zwiàzana koniecznoÊç sto-
sowania nowoczesnych domieszek plastyfi kujàcych 
lub up∏ynniajàcych. W 

przypadku betonów 

o najwy˝szych  wytrzyma∏oÊciach  konieczne  jest 
tak˝e stosowanie dodatków mineralnych, zw∏aszcza 
zaÊ py∏u krzemionkowego. Jak widaç, wspomnia-
ne ograniczanie niedostatków betonu zwyk∏ego 
– traktowanego jako prosty trójsk∏adnikowy uk∏ad 
sk∏adajàcy si´ z cementu, kruszywa i wody – nie 
by∏oby mo˝liwe bez post´pu w innych dziedzinach: 
chemii i technologii cementu oraz chemii polime-
rów. Pierwsze da∏o technologowi betonu ca∏y wa-

chlarz spoiw o ró˝nych w∏aÊciwoÊciach, zaÊ drugie 
zaowocowa∏o pojawieniem si´ kolejnych generacji 
Êrodków uplastyczniajàcych i up∏ynniajàcych. 
W kraju betonami wysokowartoÊciowymi BWW 
(ang. HPC – high performance concrete) przyj´to 
umownie nazywaç betony klas powy˝ej B50, któ-
re oprócz wysokiej wytrzyma∏oÊci na Êciskanie 
charakteryzujà si´ tak˝e i innymi cechami tech-
nicznymi na podwy˝szonym poziomie. Cechy te to 
g∏ównie trwa∏oÊç w  warunkach oddzia∏ywania czyn-
ników Êrodowiskowych, niska przepuszczalnoÊç 
dla Êrodowiskowych mediów ciek∏ych i gazowych, 
wysoka odpornoÊç na Êcieranie itp. 
G∏ównymi powodami si´gania przez konstrukto-
rów po betony wysokowartoÊciowe jest mo˝liwoÊç 
zmniejszenia przekrojów elementów i dzi´ki temu 
istotne obni˝enie ci´˝aru w∏asnego konstrukcji oraz 
uzyskanie elementów o wysokiej trwa∏oÊci. 

Ogólne zasady projektowania
Projektowanie sk∏adu ka˝dego betonu, w 

tym 

tak˝e betonów wysokowartoÊciowych, opiera si´ 
w ogólnoÊci na odpowiednim: 
–  kszta∏towaniu w∏aÊciwoÊci i doborze iloÊciowym 

zaczynu cementowego (sk∏adajàcego si´ w przy-
padku BWW z cementu, ewentualnego dodatku 
mineralnego, wody i domieszki up∏ynniajàcej)

–  doborze jakoÊciowym i iloÊciowym kruszywa
– kszta∏towaniu jakoÊci wi´zów (przyczepnoÊci) 

mi´dzy zaczynem i ziarnami kruszywa. 

Ogólne zasady projektowania 
betonów wysokowartoÊciowych

By projektowaç sk∏ad betonów wysokowartoÊciowych, konieczna jest znajomoÊç nowych, mo˝e nieco bardziej 
skomplikowanych doÊwiadczalnych zale˝noÊci mi´dzy jakoÊciowym i iloÊciowym sk∏adem materia∏u 
a jego w∏aÊciwoÊciami na etapie mieszanki i betonu stwardnia∏ego.

projektowanie betonów

fot. Micha∏ Braszczyƒski

Numer specjalny 2003: Domieszki do betonu

30

Nale˝y tu podkreÊliç, ˝e obydwa najwa˝niejsze wy-
magania stawiane BWW (wysoka wytrzyma∏oÊç na 
Êciskanie i wysoka trwa∏oÊç) sà zbie˝ne, bowiem 
czynniki, dzi´ki którym mo˝liwe jest uzyskanie 
wysokich wytrzyma∏oÊci sprzyjajà równoczeÊnie 
wysokiej trwa∏oÊci i 

vice versa. Reasumujàc, 

aby uzyskaç beton o 

mo˝liwie najwy˝szej 

wytrzyma∏oÊci i najni˝szej przepuszczalnoÊci dla 
mediów zewn´trznych – która zazwyczaj w sposób 
dominujàcy decyduje o trwa∏oÊci – konieczne sà: 
– 

maksymalizacja wytrzyma∏oÊci (a wi´c 
i szczelnoÊci) stwardnia∏ego zaczynu, zwiàzana 
g∏ównie z minimalizacjà wskaênika wodno-spo-
iwowego oraz stosowaniem odpowiednich do-
datków mineralnych i 

domieszek chemicz-

nych umo˝liwiajàcych, przy z 

regu∏y bardzo 

ma∏ej zawartoÊci wody, uzyskanie odpowiedniej 
urabialnoÊci mieszanki

– 

maksymalizacja wytrzyma∏oÊci i 

szczelnoÊci 

materia∏u kruszywa, zwiàzana z 

doborem 

materia∏u kruszywa i jego uziarnieniem 

–  maksymalizacja mocy wi´zów, jakie ∏àczà oby-

dwa te komponenty oraz szczelnoÊci strefy sty-
kowej, co zwiàzane jest z obydwoma wymienio-
nymi wy˝ej czynnikami. 

Nie mo˝na tu oczywiÊcie zapominaç o nies∏ychanie 
wa˝nej roli innych czynników technologicznych, 
jak efektywnoÊç zag´szczania mieszanki betono-
wej, czas i warunki piel´gnacji itp. 

Projektowanie jakoÊciowe, podstawowe 
wymagania dotyczàce sk∏adników BWW
Dla wykonania scharakteryzowanego wczeÊniej 
betonu wysokowartoÊciowego konieczne jest, co 
oczywiste, stosowanie sk∏adników o odpowiednich 
w∏aÊciwoÊciach. Dotyczy to spoiwa cementowego, 
kruszywa, domieszki up∏ynniajàcej oraz ewentual-
nych dodatków mineralnych. 
Je˝eli mowa o cemencie, to najcz´Êciej zaleca si´ 
stosowanie spoiw o 

rzeczywistej wytrzyma∏oÊci 

na Êciskanie nie mniejszej od oko∏o 45 MPa 

oraz o 

sk∏adzie mineralogicznym i 

rozdrobnieniu 

pozwalajàcym na uzyskanie szczelnej mikrostruk-
tury ukszta∏towanego ju˝ stwardnia∏ego zaczynu. 
Poniewa˝ betony BWW sà z regu∏y wykonywane 
z udzia∏em domieszek up∏ynniajàcych (superplasty-
fi katorów), zaleca si´, aby stosowany cement zawie-
ra∏ mo˝liwie ma∏o (<10%) glinianu trójwapniowego 
C

3

A. ZawartoÊç tego sk∏adnika wp∏ywa bowiem istot-

nie na efekt up∏ynnienia mieszanki betonowej i jej 
stabilnoÊç w czasie. 
Kruszywo kamienne, którego materia∏ posiada niemal 
zawsze lepsze w∏aÊciwoÊci ni˝ stwardnia∏y zaczyn ce-
mentowy, powinno byç dobrej jakoÊci, z surowca skal-
nego o mo˝liwie wysokiej wytrzyma∏oÊci, o ziarnach 
posiadajàcych kszta∏t i powierzchni´ sprzyjajàce uzy-
skaniu wysokiej przyczepnoÊci zaczynu oraz o uziar-
nieniu zapewniajàcym mo˝liwie niskà jamistoÊç sto-
su okruchowego (minimalizacja zawartoÊci zaczy-
nu, jako sk∏adnika o w∏aÊciwoÊciach mniej korzyst-
nych). Zalecany maksymalny wymiar ziarna nie po-
winien przekraczaç 10 do 15 mm (w krajowej prak-
tyce 16 mm). Stosowanie wi´kszych ziaren powodu-
je zwi´kszenie niejednorodnoÊci materia∏u oraz sprzy-
ja koncentracji napr´˝eƒ w wyt´˝onym materiale, 
a w konsekwencji obni˝enie jego wytrzyma∏oÊci. 
Ze wzgl´du na wspomnianà ju˝ koniecznoÊç stoso-
wania niskich wartoÊci wskaênika w/c niezb´dnym 
sk∏adnikiem mieszanki staje si´ jedna z wysoko-
efektywnych  domieszek up∏ynniajàcych (super-
plastyfi katorów). Z jednej strony umo˝liwiajà one 
uzyskanie nawet ciek∏ej konsystencji mieszan-
ki przy bardzo niskim wskaêniku wodno-spoiwo-
wym, z drugiej zaÊ powodujà dezagregacj´ sku-
pisk ziaren cementu, pozwalajàc na lepsze wy-
korzystanie spoiwa poprzez zwi´kszenie jego po-
wierzchni w∏aÊciwej. Nale˝y tu zwróciç uwag´, ˝e 
efektywnoÊç dzia∏ania domieszki zale˝y istotnie od 
rodzaju u˝ytego cementu oraz rodzaju wprowa-
dzonego ewentualnie dodatku mineralnego. Z te-
go powodu ka˝dorazowo efektywnoÊç ta musi byç 
sprawdzona doÊwiadczalnie. 
Kolejnym sk∏adnikiem betonu BWW jest zazwy-
czaj  dodatek mineralny. Najcz´Êciej jest nim 
py∏ krzemionkowy, który dzi´ki bardzo wyso-
kiemu rozdrobnieniu (uziarnienie 

≤

1 µm),  bar-

dzo du˝ej powierzchni w∏aÊciwej (oko∏o 20 m

2

/g) 

i 

zwiàzanej z 

tym aktywnoÊci chemicznej, ko-

rzystnie modyfi kuje stwardnia∏y zaczyn cemen-
towy, w tym tak˝e zaczyn w strefi e  jego  kon-
taktu z kruszywem. Nale˝y podkreÊliç, ˝e beto-
ny BWW ni˝szych klas (do oko∏o B70) uzyskaç 
mo˝na w 

warunkach przemys∏owych, stosujàc 

cement o rzeczywistej wytrzyma∏oÊci oko∏o 45 
MPa, zwyk∏e, lecz poprawnej jakoÊci (uziarnienie, 
kszta∏t ziaren, brak zanieczyszczeƒ pylastych) kru-
szywo otoczakowe oraz domieszk´ up∏ynniajàcà. 
Kruszywa z 

materia∏ów kamiennych o 

wysokiej 

wytrzyma∏oÊci oraz py∏ krzemionkowy stajà si´ 
niezb´dnymi, gdy chcemy uzyskaç betony klas 
powy˝ej oko∏o B70. 

Projektowanie iloÊciowe
– ustalanie iloÊciowego sk∏adu BWW
i jego przebieg
Projektowanie sk∏adu BWW prowadzi si´ przede 
wszystkim metodami doÊwiadczalnymi. Wy-
nika to g∏ównie z tego, ˝e mieszanka betono-

Bieg schodowy w budynku
Polskiego Radia Kraków
wykonany z betonu klasy 
B100

fot. W

ojciech Gruszk

a

budownictwo • technologie • architektura

31

wa nie jest prostym, trójsk∏adnikowym uk∏adem. 
W 

wyniku koniecznoÊci stosowania domieszek 

up∏ynniajàcych oraz aktywnego dodatku mi-
neralnego staje si´ ona uk∏adem co najmniej 
pi´ciosk∏adnikowym, którego w∏aÊciwoÊci sà bar-
dzo czu∏e zarówno na jakoÊciowe, jak i iloÊciowe 
zmiany sk∏adu. Znane i powszechnie stosowa-
ne przy projektowaniu sk∏adu betonów zwyk∏ych 
zale˝noÊci wià˝àce wytrzyma∏oÊç ze sk∏adem 
(równania Bolomeya, Abramsa itp.) w przypadku 
BWW przestajà byç aktualne. Jest to spowodowa-
ne tym, ˝e w przypadku BWW stosuje si´ niskie 
lub bardzo niskie wartoÊci wskaênika w/s, zazwy-
czaj poni˝ej 0,35 (c/w > 2,8), co stanowi granic´ 
stosowalnoÊci równania Bolomeya. 
Podobnie, lecz tym razem z powodu stosowania 
domieszek up∏ynniajàcych, nieaktualnym staje si´ 
tradycyjne równanie konsystencji, uzale˝niajàce 
niezb´dnà iloÊç wody tylko od iloÊci oraz jakoÊci 
spoiwa i kruszywa. 
Jedynym z trzech równaƒ podstawowych, które 
z oczywistych wzgl´dów zachowuje swà wa˝noÊç, 
jest równanie szczelnoÊci, zgodnie z którym suma 
obj´toÊci absolutnych wszystkich sk∏adników ma 
si´ równaç jednostce obj´toÊci zag´szczonej mie-
szanki betonowej. 
Wyniki najnowszych badaƒ dotyczàcych relacji 
mi´dzy sk∏adem i w∏aÊciwoÊciami betonów BWW 
powoli uzupe∏niajà wspomnianà luk´. Równa-
nie typu Bolomeya zastàpiç mo˝na obecnie na 
przyk∏ad doÊwiadczalnym równaniem opracowa-
nym przez de Larrarda [de Larrard F., Gorse J.F., 
Puch C.: Comparative study of various silica fume 
as additives in high performance cementitious ma-
terials, Materials and Structures, vol. 25, 1992, 
265-272], wed∏ug którego wytrzyma∏oÊç betonu 
na Êciskanie dojrzewajàcego 28 dni w warunkach 
normalnych wynosi: 

gdzie: 
k

k

 

– wspó∏czynnik uwzgl´dniajàcy wp∏yw rodza-
ju stosowanego kruszywa [-], (dla wi´kszoÊci 
kruszyw stosowanych do BWW mieÊci si´ on 
w granicach od 4,9 do 5,2) 

k

c

 

– rzeczywista wytrzyma∏oÊç cementu [MPa]

w/c  – wskaênik wodno-cementowy [-] 
pk/c – zawartoÊç py∏u krzemionkowego w stosun-

ku do masy cementu [kg/kg]. 

Jednà z propozycji mo˝liwego przebiegu projekto-
wania sk∏adu BWW ilustruje pokazany obok sche-
mat, w którym zastosowane skróty oznaczajà: 
C, PK, K

d

, K

g

, W  – zawartoÊç odpowiednio ce-

mentu, py∏u krzemionkowego, kruszywa 
drobnego i grubego oraz wody [kg/m

3

]

ρ

c

, 

ρ

pk

, 

ρ

kd

, 

ρ

kg

 

– g´stoÊci sk∏adników jak 

wy˝ej [kg/dm

3

]

ρ

Êr k

=U

kd

ρ

kd

+U

kg

ρ

kg

 – Êrednia wa˝ona g´stoÊç 

kruszywa, obliczana z 

uwzgl´dnieniem 

udzia∏u kruszywa drobnego (U

kd

) i grube-

go (U

kg

); wartoÊç potrzebna tylko w przy-

padku, gdy obydwa kruszywa ró˝nià si´ 
g´stoÊcià

f

c28

=

k

k

k

c

1+3,1 w/c

1,4 – 0,4exp (-11 pk/c)

2

Przyj´cie za∏o˝eƒ:

klasa wytrzyma∏oÊci,

konsystencja,

przeznaczenie betonu
i warunki eksploatacji

JakoÊciowy dobór 

sk∏adników

Oszacownie wartoÊci w/c

(lub w/s) oraz pk/c

niezb´dnych dla uzyskania

wymaganej wytrzyma∏oÊci

betonu

Przyj´cie iloÊci cementu

(C 

≥ 

C

min

), dodatku (PK)

i wody (W) oraz obliczenie

obj´toÊci zaczynu:

V

z

=C/

ρ

c

+PK/

ρ

pk

+W

Obliczenie obj´toÊci 

kruszywa: V

k

=1000 – V

z

Obliczenie masy

kruszywa: K= V

k

ρ

Êr k 

i jego rozdzielenie na

piasek i kruszywo grube

Wst´pne ustalenie sk∏adu:

C; PK, K

d

, K

g

, W

Wykonanie zarobu

próbnego i ustalenie

iloÊci

superplastyfi katora

Powtórne wykonanie

zarobu i weryfi kacja

 w∏aÊciwoÊci mieszanki

i betonu stwardnia∏ego

Dobór rodzaju, klasy i przyj´cie

minimalnej zawartoÊci cementu

Dobór rodzaju 

superplastyfi katora

Dobór i ustalenie sk∏adu

ziarnowego kruszywa

np. z zale˝noÊci de Larrarda

dla BWW zazwyczaj:

C = od 400 do 500 kg/m

3

PK = od 00,5 do 0,1 C

W = W/C • C

KOREKTY

niezgodne

zgodne

KOREKTY

Schemat ilustrujàcy jeden 
ze sposobów post´powania 
podczas projektowania 
sk∏adu BWW

Podsumowanie
Jak widaç, dla bardziej doÊwiadczonego projek-
tanta projektowanie sk∏adu BWW w istocie nie-
zbyt ró˝ni si´ od projektowania sk∏adu betonów 
zwyk∏ych. Zasadnicza ró˝nica polega na tym, i˝ 
przy projektowaniu sk∏adu BWW konieczna jest 
znajomoÊç nowych, mo˝e nieco bardziej skom-
plikowanych doÊwiadczalnych zale˝noÊci mi´dzy 
jakoÊciowym i iloÊciowym sk∏adem materia∏u a je-
go w∏aÊciwoÊciami na etapie mieszanki i beto-
nu stwardnia∏ego. Zwróciç te˝ nale˝y uwag´ na 
koniecznoÊç staranniejszego jakoÊciowego doboru 
sk∏adników, czemu sprzyjajà przepisy nowej nor-
my PN-EN 206-1. 

prof. Jacek Âliwiƒski

Politechnika Krakowska