Přísady do betonu jsou chemické látky, které upravují některé vlastnosti čerstvého nebo ztvrdlého betonu. Za posledních třicet let prošly neuvěřitelným vývojem a tento vývoj stále pokračuje. V současnosti se mezi celosvětově nejpoužívanější přísady řadí skupina superplastifikačních přísad na bázi polykarboxylát éterů (PCE), jejichž výhodou je, že molekuly PCE působí nejen elektrostatickým odpuzováním, jako tomu bylo u předchozích superplastifikačních přísad, ale i sterickým odpuzováním molekul vody a cementu.
Obecně se ví, že staří stavitelé používali různé materiály pro modifikaci vlastností betonu, a to buď pro zjednodušení jeho zpracování, nebo pro prodloužení trvanlivosti konstrukce. Avšak počátky použití přísad do betonu vyráběných průmyslově byly zaznamenány až na počátku 20. století, a to jen ojediněle. Tehdy se zjistilo, že provzdušňovací přísady zlepšují vodonepropustnost a odolnosti proti mrazu a tání.
Po druhé světové válce se ve světě začala chemie do betonu zavádět masivněji, protože s pomocí lignosulfonátů a později výrazněji i melaminsulfonátů a naftalensulfonátů bylo možné zlepšit zpracovatelnost betonu při snížení vodního součinitele, popř. V ČR a v ostatních východoevropských zemích nastal zlom v 90. letech, kdy přísady etablovaných firem ze západní Evropy postupně nahradily těch několik lokálních produktů na trhu. Výhodou pro výrobce betonu bylo široké portfolio specializovaných produktů a doprovodný servis, který firmy poskytovaly při zavádění produktů bezplatně. Na konci tisíciletí už ale výrobce betonu v ČR nepoužívající přísady byl jen výjimkou.
Vývoj superplastifikačních přísad
PCE byly představeny v Japonsku v roce 1986 po cca jedenáctiletém výzkumu, ale jejich zavádění v Evropě začalo až na konci let devadesátých. A ani tehdy vzhledem k ceně nebylo jejich použití časté. Avšak jakmile se zjistil jejich přínos a potřebné suroviny se začaly vyrábět i v Evropě, došlo ke snížení nákladů na výrobu, jejich použití masivně vzrostlo.
Ačkoliv byl vliv PCE přísad na konzistenci významný - jejich účinnost byla dramaticky vyšší než u dosavadních surovin na bázi melaminsulfonátu či naftalensulfonátu -, nebyly současně dostatečně robustní, aby mohly být snadno eliminovány změny složek betonu či standardní kolísání vlastností složek betonu. Až možnost projektovat stavbu molekuly dané přísady, tzn. vyrábět a spojovat různé polymery, měnit délku hlavního řetězce a postranních řetězců či elektrický náboj, vytvořila podmínky pro revoluci v použití přísad.
Čtěte také: Beton a voděodolnost
Zatímco do konce 90. let jsme měli k dispozici složky na vývoj superplastifikační přísady, které by se daly spočítat na prstech jedné ruky, za posledních 15 let se počet polymerů na bázi PCE, ale i jiných surovin několikanásobně rozrostl. To znamená, že jsme schopni reagovat na požadavky projektu, a dokonce umožnit projektantům a statikům dříve netušené možnosti.
Je třeba prodloužit dobu zpracovatelnosti na 4 h a i déle? Potřebujeme čerstvý beton čerpat do výšky 500 m? Výrazně zrychlit hydrataci? Právě náhradou dřívějších surovin přísadami na bázi PCE bylo možné přejít od běžně používané plastické konzistence (sednutí 100 až 150 mm) na tekutou konzistenci (sednutí nad 200 mm nebo lépe rozlití od 550 do 850 mm). Tento přechod zlepšil homogenitu zhutnění čerstvého betonu, jeho čerpatelnost i rychlost zpracování. Bylo možné zlepšit také povrch betonu a trvanlivost.
S vysokou konzistencí je spojeno riziko segregace čerstvého betonu v případě kolísání kvality vstupních materiálů. Zvláště pro samozhutnitelné betony byly vyvinuty nové typy stabilizačních přísad. Původně používané práškové přísady nebyly komfortní pro běžné používání vzhledem k tomu, že na betonárnách bývají jen dávkovače na tekuté přísady. Roku 2007 byla představena inovativní přísada zachycující přebytečnou vodu ve směsi do matrice polymeru, která byla následně patentována. Její použití v samozhutnitelném betonu umožnilo snížit množství cementu či příměsi na m3. Dalším krokem ve vývoji bylo představení nového typu stabilizační přísady v roce 2020, která umožňuje udržet pohyblivost čerstvého betonu v průběhu jeho ukládání, ale razantně zvyšuje třecí síly, jakmile je beton v klidu. To zamezuje nežádoucímu „krvácení“ čerstvého betonu po uložení, což je pozorovaný nežádoucí jev např.
Urychlení procesu tvrdnutí betonu
Běžným požadavkem investorů je zrychlení procesu výstavby. Z hlediska urychlení vývoje počátečních pevností betonu lze beton v prefě proteplit, což je ale spojeno s mikrotrhlinami zkracujícími jeho trvanlivost. Další možností je použití přísad urychlujících tvrdnutí betonu. Tradiční chemie umožňovala dosáhnout obvyklou počáteční pevnost cca 15 až 20 MPa potřebnou pro odbednění po 12 až 15 h dle druhu betonu, třídy cementu, hodnoty vodního součinitele, teploty prostředí atd. Avšak vývoj přísad dosáhl i v této oblasti značného posunu.
V roce 2009 byla patentována přísada očkující beton CSH krystaly. Po přidání krystalů CSH fáze do směsi dochází ke zrychlení průběhu hydratace, takže pevnosti až 40 MPa potřebné pro řezání lan předpjatých nosníků je možné dosáhnout již po 8 h, a to bez proteplení. Pro výrobce to znamená dříve nedosažitelné možnosti urychlení výroby a také efektivnější využití nákladné formovací techniky. V důsledku toho lze např. betonovat na jedné dráze i třikrát denně (pokud je odbedňovací pevnost např. 20 MPa). Na stavbách výškových budov lze i v zimním období dosahovat taktu výstavby jedno podlaží za 6 dní jako např.
Čtěte také: Beton a vodotěsnost
Leštění průmyslových podlah se provádí s určitým odstupem od uložení betonu. Odstup určuje většinou teplota prostředí a čerstvého betonu, ale i další faktory. Pokud se průmyslová podlaha nachází v obytné oblasti, může být leštění problém kvůli zákazu rušení nočního klidu. V takovém případě je možné použít přísadu na bázi CSH krystalů a přestávku před leštěním výrazně zkrátit. Anebo použít přísadu zpomalující tuhnutí a leštit druhý den. Samozřejmě je v takovém případě potřeba zajistit dostatečné ošetření betonu.
Ještě zajímavěji je možné si hrát s průběhem hydratace v případě stříkaných betonů. Požadovaná zpracovatelnost po dobu 4 h je běžně zaručena superplastifikační přísadou s polymerem pro udržení tekuté konzistence tak, aby bylo možné zpracovat stříkacím robotem celý autodomíchávač. Po přečerpání stříkacím robotem se na trysce přidá speciální přísada pro urychlení tuhnutí a tvrdnutí (urychlovač pro stříkané betony), takže se konzistence během několika sekund mění z tekuté na extrémně lepivou a během několika minut získává beton pevnosti umožňující spojení s ostěním tunelu a ztvrdnutí.
Přísady pro speciální aplikace
Speciální kapitolou je vývoj přísad pro výstavbu domů technologií 3D tisku. Zde se jedná o celý komplex druhů chemie a vláken k zajištění udržení tvaru vrstvy, soudržnosti vrstev, sníženého smrštění, vyloučení trhlin, snadné čerpatelnosti a současně rychlého vývoje počátečních pevností, takže optimalizovat průběh hydratace je jedním z klíčových předpokladů. Jedním z prvních domů vytištěných robotem je tzv. Prvok (obr. 4), a to českou firmou Scoolpt, která se zvládla vypořádat s požadavky na konzistenci i na průběh hydratace. Vytištění Prvoka proběhlo v minulém roce v ČR po cca dvouletém vývoji. (více v článku v Beton TKS 5/2020, pozn. Vývoj proběhl také v oblasti přísad redukujících smrštění - podařilo se zvýšit jejich efektivnost. V současné době je možné jejich pomocí v kombinaci s rozptýlenou výztuží polymerovými vlákny např.
Zajištění odolnosti proti mrazu a tání
Výše zmíněné provzdušňovací přísady, které stály na počátku rozvoje přísad, jsou stále běžně používané pro zajištění odolnosti proti mrazu a tání (zvláště v kontaktu s posypovými solemi). Jejich účinnost však závisí na velikosti pórů, které vzniknou po zamíchání (pro odolnost betonu proti cyklování mrazem jsou vhodné jen mikropóry do velikosti 0,3 mm). Většina pórů vzniklá přidáním provzdušňovací přísady je však větší než 0,3 mm a ty bohužel zapříčiňují pokles pevnosti betonu.
Velikost pórů je ovlivněna množstvím okolností, které není jednoduché vždy uhlídat, takže se může stát, že změnou podmínek či míchání dojde k nežádoucí změně celkového obsahu vzduchu i snížení obsahu tolik potřebných mikropórů. Novinkou pro dosažení odolnosti proti mrazu a tání se solemi je použití tzv. mikrokuliček a příp. superabsorbérů. Ty mají definovanou velikost a po zamíchání do směsi vytvoří mikropóry pouze potřebné velikosti, a to i v případě změny složek betonu nebo změny míchání. Tím odpadá potřeba zkoušek obsahu vzduchu čerstvého betonu a současně je garantována odolnost betonu, i když se změní podmínky míchání či ukládání.
Čtěte také: Složení nemrznoucích přísad
Krystalizační práškové přísady jsou používány desetiletí a v případě nedostatečného ošetření betonu vyplní vzniklé mikrotrhliny pomocí krystalů. Oříškem bylo vyvinout tekutou krystalizační přísadu tak, aby nezačala krystalizovat již před zamícháním do betonu.
Vliv přísad na ochranu životního prostředí
Jak bylo uvedeno výše, dříve bylo hlavním důvodem pro použití chemie do betonu zajištění trvanlivosti betonu, příp. usnadnění jeho zpracování. Před cca 50 lety začalo být velkou motivací i snížení nákladů na m3 betonu. I v minulosti chemie do betonu přispívala také k ochraně prostředí, jen se to nekvantifikovalo. Bralo se to jako takový bonus.
Přísady do betonu tím, že zvyšují trvanlivost betonu, prodlužují životnost staveb, což znamená i snížení potřeby rekonstruovat. Současně dochází redukcí množství vody do betonu při stejné zpracovatelnosti pomocí přísad ke značnému snížení čerpání spodních vod. Při množství výroby 10 milionů m3 betonu v ČR (údaj za 2017) a odhadem průměrné spotřeby záměsové vody na m3 cca 180 l a dále průměrném faktoru redukce spotřeby vody přísadami cca 15 % (odhady autora) docházíme k úspoře spodní vody ve výši 270 milionů litrů za jediný rok (10 000 000 m3 × 180 l × 15 %). Za 60 let by tato voda naplnila např. brněnskou přehradu (v překladu Prýgl).
Dále tím, že se redukuje množství vody do betonu, klesá při stejném vodním součiniteli i hmotnost cementu v m3 betonu. Při předpokladu snížení spotřeby vody o 15 % je při stejném vodním součiniteli také spotřeba cementu nižší o 15 %. To jsou např. pozitiva přísad do betonu, která dostáváme jaksi mimoděk. V současné době ovšem dochází k daleko větší snaze o ochranu životního prostředí, která cílí na další snižování výroby slínku (a tudíž používání nových náhradních pojiv), na náhradu tradičního kameniva za recyklované, na náhradu ocelové výztuže za polymerní rozptýlenou výztuž.
To jsou výzvy, kterým budeme čelit v budoucnu stále více. S velkým potěšením jsem se v posledních dvou letech zúčastnil zavádění technologie betonu se 100% náhradou přírodního kameniva za recyklované kamenivo z demolice (předrcený beton, a dokonce předrcená cihelná suť). Vzhledem k neobvyklým vlastnostem recyklátu bylo v případě běžných přísad na bázi PCE hlavním problémem udržet požadovanou konzistenci po dobu 120 minut. Splnění požadavku umožnila až inovativní molekula pro superplastifikační přísadu.
Požadavky betonářského průmyslu jsou motivací k neustálému zlepšování se v technologii, ke spolupráci nejen ve stavebnictví, ale i napříč průmyslovými odvětvími, ke kontaktu s technology (i v ostatních zemích), s projektanty, s investory a ke sdílení poznatků. Znamená to, že je třeba neustále vyvíjet nové báze přísad tak, aby bylo možné udržet kvalitu betonu dle požadavků v nových podmínkách a čelit novým výzvám. Inovativní chemie do betonu umožnila zavedení náročných technologií jako samozhutnitelné betony, ultra vysoce odolné betony, výstavbu 3D tiskem, masivní využití recyklátů a náhrad cementu atd. a její vývoj bude pokračovat. To by ovšem nebylo možné bez zápalu lidí spolupracujících na projektech, kteří měli vizi, dokázali překonat počáteční nezdary a dotáhli zavedení jednotlivých technologií do zdárného cíle.
Ukládání betonu v chladném počasí
V chladném počasí je třeba věnovat ukládání betonu zvláštní péči. Pokud se beton nechá zmrznout, dojde k jeho zničení. I v případě, že teploty neklesnou pod bod mrazu, beton bude tvrdnout mnohem pomaleji než za standardních podmínek. Při teplotách vzduchu pod -10°C nedoporučujeme provádět ukládání betonových směsí. Čerpání betonových směsí je možno do -5°C.
CEMEX Czech Republic, s.r.o. vyrábí a dodává betony v souladu s platnými předpisy ČR (ČSN EN 206-1 změna Z3, STO). V souladu s požadavky platné normy ČSN EN 206-1 změna Z3 kapitola 5.2.8. nesmí být teplota čerstvého betonu v době jeho dodávání menší než +5 °C. Pokud se požaduje jiná minimální teplota betonu nebo se požaduje maximální teplota, pak musí být uvedena s dovolenými odchylkami.
Po uložení betonu do konstrukce je nutné jej chránit vhodnými opatřeními tak, že teplota povrchu betonu neklesne pod + 5 °C dokud beton nedosáhne pevnosti, při které může odolávat mrazu bez poškození (obvykle > 5 MPa, záleží na třídě betonu,- orientačně po dobu min.
Přehled některých přísad a jejich vlastností
- Master X-Seed 100: Inovativní přísada urychlující tvrdnutí betonu, která podporuje rychlý nárůst počátečních pevností i při nízkých teplotách.
- MasterSet R 433: Zpomalovací přísada určená pro běžné, železobetonové i předpjaté betony.
- MasterKure 220WB: Ochranný nástřik na čerstvý beton, ideální pro velké plochy a podlahy či betony s nízkým vodním součinitelem (UHPC, GRFC, aj.).
- MasterSet 10M: (Zimní) přísada ideální pro betonování za nízkých teplot. Urychluje tuhnutí, zvyšuje hydratační teplo betonu a zajišťuje jeho odolnost vůči mrazu.
- MasterFinish DF 880: Odpěňovací přísada pro výrobu vysoce jakostního pohledového betonu, která zamezuje vzniku kaveren a zajišťuje vysoce kvalitní betonové povrchy. Transparentní až mírně nažloutlá kapalina.
- Superplastifikátor do betonů a cementem pojených hmot: Zajišťuje významné snížení obsahu záměsové vody až o 20 %, což vede k výraznému zvýšení počáteční i konečné pevnosti betonu.
- Nemrznoucí přísada: Ideální řešení pro zimní stavební projekty, kdy teploty klesají až na -10 °C. Chrání beton před nevratným poškozením způsobeným zamrznutím záměsové vody a následnou expanzí.
Zlepšuje zpracovatelnost betonů, zvyšuje odolnost vůči působení mrazu. Urychluje tvrdnutí a umožňuje zpracovatelnost betonů a cementem pojených hmot při teplotách až do -10 °C. Díky svému složení nepůsobí korozivně na ocelovou výztuž. Nižší množství alkálií omezuje alkalicko-křemičitou reakci a vznik trhlin, které mohou tímto vznikat.
(P210) Chraňte před teplem, horkými povrchy, jiskrami, otevřeným ohněm a jinými zdroji zapálení. (P305+P351+P338) PŘI ZASAŽENÍ OČÍ: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny a pokud je lze vyjmout snadno.
tags: #přísady #do #betonu #proti #mrazu #druhy