Nová generácia prísad na úpravu viskozity čerstvého betónu v praxi

Samozhutniteľný betón (ďalej SCC) je v Slovenskej republike známy od roku 2000. (V Japonsku a USA bolo jeho používanie rozšírené už od konca 80. rokov). Dôvody na použitie SCC sú zrejmé: úspora pracovných síl pri ukladaní, vyššia kvalita betónovej zmesi, úspora energie, lepšie pracovné podmienky atď.

Do roku 2008 sa receptúry SCC (Self Compating Concrete) riešili takpovediac výlučne návrhmi tzv. práškového typu, kde homogenitu tekutého betónu zabezpečoval vysoký obsah cementu a prímesí. To so sebou ale prinášalo nevýhodu v podobe diametrálne vyššej ceny, a tým aj nižšej konkurencieschopnosti oproti štandardne zhutňujúcemu betónu. Očakávania, že sa samohutniaci betón začne vo zvýšenej miere používať, sa preto nenaplnili, a to najmä v krajinách s nižšou cenou pracovnej sily. Výnimkou boli prípady, keď bol navrhnutý vysoký stupeň vystuženia betónu alebo sa vyskytli iné mimoriadne požiadavky. V týchto prípadoch bolo použitie SCC klasického typu samozrejmé, či dokonca jediným možným riešením. Ďalšou diskutovanou témou bola citlivosť SCC zmesi na kolísanie obsahu zámesovej vody.

Momentálne sa však šance na väčšie využívanie SCC vďaka novým výsledkom výskumu spoločností pôsobiacich v oblasti chémie ovplyvňujúcej viskozitu betónu a tým aj jeho stabilitu, zvýšili. Použitie nových stabilizačných prísad v praxi ukázalo, že z práškového typu SCC je možné prejsť na typ SCC s viskozitou modifikujúcimi prísadami (VMA – Viscosity Modifying Agent), ktoré zlepšujú schopnosť samozhutnenia. Betónová zmes je robustnejšia (odolnejšia menším zmenám v zložení betónu), menej sa lepí a rýchlejšie tečie.

Prísady na úpravu viskozity čerstvého betónu (VMA)
Prísady modifikujúce viskozitu stabilizujú čerstvý betón významným zvýšením hodnoty hranice toku a nepatrným zvýšením plastickej viskozity. Doteraz používané prísady modifikujúce viskozitu, bohužiaľ, nevytvárali dostatočnú stabilitu čerstvého betónu. Vo všeobecnosti možno definovať ich schopnosť vybalansovania nadbytku zámesovej vody do maximálne 5 litrov/m³ betónu. Z praxe vieme, že kolísanie vlhkosti piesku vnáša do zmesi často nadbytok zámesovej vody, niekedy až 10 litrov. Následkom takéhoto nadbytku vody dochádza k presunu zmesi do nestabilnej oblasti čerstvého betónu a betón segreguje. Novovyvinuté prísady dokážu naviazať aj viac ako 10 litrov nadbytočnej zámesovej vody na meter kubický (betónu).

Mechanizmus pôsobenia týchto prísad sa zakladá na priľnavosti vody k hydrofilným reťazcom za vzniku hydratačného obalu, ktorý modifikuje plastickú viskozitu pasty. Súčasne spôsobuje adsorpciu na viac ako jednej častici (premostenie) a zároveň má vysokú molekulovú hmotnosť [3].

Použiť ich možno do tradične zhutne­ného betónu, v prefabrikácii, ako aj v trans­portbetóne.

Koncept Smart Dynamic Construction pre transportbetóny
Koncept Smart Dynamic Construction prináša systém, ako vyrobiť a uložiť robustné SCC triedy C16 / 20 (a vyššie) pri každodennom použití s minimálnymi dodatočnými výrobnými nákladmi. S pomocou prísady VMA sa zmes SCC dá vyrobiť z menej ako 380 kg jemných častíc do 0,125 mm. To znamená úsporu 150 – 200 kg jemných častíc oproti bežným receptúram SCC. Dosiahnutie optimálnej dávky zámesovej vody sa zabezpečí superplastifikačnou prísadou (napr. rady Glenium SKY). Takýto betón má označenie Smart Dynamic Concrete (ďalej len SDC) [2].

V betóne SDC sa kombinujú výhody tradične vibrovaného betónu a samozhutňujúceho betónu. Smart Dynamic Concrete je ekonomicky zaujímavý druh SCC. Vyrába sa z materiálov, ktoré sa používajú bežne. Ďalšou výhodou je, že pri jeho výrobe netreba intenzívny technologický dozor ako pri bežných SCC. Cena je výrazne nižšia než pri tradičnom SCC. Smart Dynamic Concrete tečie rýchlejšie a vďaka nižšej lepivosti rýchlejšie prebieha aj jeho ukladanie.

Všetky výhody samozhutniteľného betónu ostávajú zachované. Betón SDC nevyžaduje hutnenie, čo znamená, že pracovníci nemusia byť vystavení žiadnemu hluku ani zdravotne škodlivým vibráciám. Betónovanie technológiou Smart Dynamic Construction prinieslo stavebným firmám veľmi výraznú úsporu času. Proces ukladania zvládne jeden pracovník, ktorý navyše ušetrí až 40 % pracovného času. Výsledkom je, že produktivita práce je až 5-krát vyššia. Jeho výroba je pritom rovnako jednoduchá ako pri štandardnom betóne, pretože zmesi sú menej citlivé na zmeny obsahu vody.

Výhodou je rovnomerná homogenita betónu vo všetkých častiach konštrukcie bez porúch zapríčinených ľudským faktorom pri hutnení. Zvýšená súdržnosť betónu a výstuže, ako aj zlepšenie povrchov sú dané kvalitnejším obalením výstuže betónovou zmesou.

Tab. 2: Porovnanie nákladov na výrobu a ukladanie tradičným spôsobom zhutňovaného betónu a SDC

Tento betón sa v priebehu rokov 2008 až 2009 úspešne ukladal na početných stavbách v Čechách i na Morave. Ide predovšetkým o horizontálne konštrukcie, kde je výhodnosť tejto technológie najviac viditeľná. V praxi sme porovnali tradične zhutňovaný betón s betónom technológie SDC a tu sú niektoré príklady:

Príklad 1
Strop kostola Cirkvi bratskej v Litomyšli
Realizačná firma: První Litomyšlská stavební, a. s.
Výrobca betónu: HOLCIM Česko
Veľkosť projektu: 40 m³ betónu
Betón triedy: C 25/30
Slump/flow: 630 – 660 mm počas 60 minút

Výhodou je rýchlosť a jednoduchosť ukladania čerstvého betónu, zrýchlenie betonáže z 8 na 3 hodiny a zníženie počtu pracovníkov zo 4 na 2.

Nedošlo k ovplyvneniu rýchlosti oddebnenia ani konečnej pevnosti. Použitím tejto technológie sa ušetrilo 141 EUR (3,54 EUR/m³).

Príklad 2
Základová doska v Hronově
Výrobca betónu: Bezedos
Veľkosť projektu: 35 m³ betónu
Betón triedy: C 16/20
Slump/flow: 620 mm počas 60 minút
Zrýchlenie betonáže: zo 4 na 2 hodiny
Úspora pracovných síl: namiesto 4 iba 2 pracovníci.
Použitím tejto technológie sa ušetrilo 139 EUR (3,96 EUR/m³).

Na výsledkoch prevádzkových testov možno demonštrovať úspory stavebnej firmy, ktorá sa rozhodne použiť tento typ betónu. Použitie technológie SDC znamená výrazné skrátenie času ukladania betónu. To zase znižuje náklady na čerpadlo betónu a autodomiešavače.

Výhody použitia SDC:

• Úspora nákladov na pracovníkov zrýchleným ukladaním a zrovnávaním betónu (odpadá hutnenie, prácne zarovnávanie a hladenie),
• zníženie nákladov na čerpadlá betónu a autodomiešavače skrátením času ukladania,
• skrátenie procesu výstavby,
• zlepšenie povrchov,
• zníženie spotreby energie – eliminácia vibračnej techniky,
• prostredie bez hluku, zníženie úrazovosti, ľudský organizmus nezaťažujú emisie a vibrácie,
• rovnomerná homogenita betónu vo všetkých častiach konštrukcie bez porúch spôsobených ľudským faktorom pri hutnení,
• zvýšená súdržnosť betónu a výstuže dokonalým obtečením prútov zmesou.

Po overení v praxi sa túto technológiu rozhodli vyskúšať viaceré stavebné firmy. Vyjadrením ich spokojnosti sú opakované objednávky na tento typ betónu. Súčasne sa rozširuje aj počet betonární, v ktorých sa tento druh betónu namiešava. Vzhľadom na zloženie SDC, ktoré sa približuje štandardne zhutňovanému betónu, zostávajú ostatné vlastnosti (vývoj pevností, zmršťovania atď.) veľmi podobné. Záleží teda iba na realizačných firmách, či možnosť ušetriť využijú.

Superplastifikačné prísady pri výrobe prefabrikátov
Použitím vhodných superplastifikačných prísad možno vyvolať pri výrobe prefabrikátov ich optimálnu interakciu s cementom, hlavne pokiaľ ide o nárast počiatočných pevností, a tým dosiahnuť zníženie nákladov na pretepľovanie a skrátenie času na oddebnenie. Okrem nákladov na pretepľovanie a debnenie sa dajú využitím technológie SCC redukovať aj ďalšie náklady.

Nielenže sa dielce uložili rýchlejšie, ale došlo dokonca k efektívnejšiemu využitiu pracovníkov. Odhadovaná úspora pri zavádzaní SCC je asi 30 % pracovného času. Podobne sa urobilo porovnanie pri úpravách vzhľadu povrchov dielcov.

Podľa druhu dielca sa zmenou technológie dá ušetriť 25 až 75 % pracovného času. Výhodou je aj rovný povrch bez známok použitia stierok upravujúcich vzhľad dielcov, čo svedčí o kvalite výroby.

Ďalšou výhodou ukladania SCC je odstránenie vysokej záťaže pracovníkov hlukom, ktorá vzniká zvlášť pri hutnení dielcov príložnými vibrátormi vo veľkých formách. Normy upravujúce hygienu pracovného prostredia sa tiež z roka na rok menia a sú čoraz prísnejšie. Zlepšením pracovných podmienok je možné zvýšiť produktivitu, docieliť zníženie počtu pracovných úrazov či chorôb z povolania.

Záver
Prísada novej generácie na úpravu viskozity založená na priťažlivosti vody k hydrofilným reťazcom za vzniku hydratačného obalu, v praxi potvrdila výsledky laboratórnych skúšok aj skúsenosti so zavádzaním SDC v ďalších krajinách Európy. Prispieva k výraznej optimalizácii práce – zrýchleniu času ukladania čerstvého betónu a zníženiu počtu pracovníkov ukladajúcich betón. Nezanedbateľnou výhodou je betonáž bez použitia hutniacej techniky s vynikajúcou výslednou kvalitou.

Ing. Ivo Žaloudek, Ing. Vladislav Trefil
Foto: BASF

Ing. Ivo Žaloudek a Ing. Vladislav Trefil pracujú ako produktoví manažéri firmy BASF Stavební hmoty Česká republika, s. r. o.

Recenzoval Ing. Pavol Kňaze, CSc., ktorý je členom prezídia SAVT.

Literatúra
1. Khurana Rabinder, Magarotto Roberta, Moro Sandro: Smart Dynamic Concrete: An innovative step towards a rationalized construction process for the ready mixed industry. CPI – Concrete Plant International 1/2008.
2. Smart Dynamic ConstructionTM A concept for a new generation of highly flowable concrete grades. BFT 03/2008.
3. Joana Roncero, Mario Corradi, Rabinder S. Khurana: New admixture-system for low-fines self compacting concrete, 5th International RILEM Symposium on SCC September 2007, Ghent.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.