Ke kamenivu, vodě a cementu, které tvoří základ betonu, se za účelem dosažení lepších vlastností výsledného materiálu přidávají ještě nejrůznější příměsi a přísady. Nejde o totéž. Jako příměsi označujeme práškovité látky, například křemičité úlety, popílek nebo barevné pigmenty. Přísady jsou látky chemické, jež mohou zlepšovat zpracovatelnost betonu, zpomalovat nebo naopak urychlovat jeho tuhnutí a podobně. Co přesně to znamená v praxi, se dozvíte v následujícím článku.

Počátky použití průmyslově vyráběných přísad do betonu byly zaznamenány až na počátku 20. století, a to jen ojediněle. Tehdy se zjistilo, že provzdušňovací přísady zlepšují vodonepropustnost betonu a jeho odolnost vůči mrazu a tání. V současnosti tvoří hlavní skupinu celosvětově používaných přísad takzvané superplastifikátory na bázi polykarboxylátových éterů (PCE), jejichž výhodou je, že u molekul PCE dochází nejen k elektrostatickému odpuzování – jak tomu bývalo u vývojově starších superplastifikačních přísad –, ale i ke sterickému odpuzování molekul vody a cementu. Zatímco do konce devadesátých let jsme měli k dispozici složky na vývoj superplastifikačních přísad, které by se daly spočítat na prstech jedné ruky, za posledních 15 let se počet polymerů na bázi PCE, ale i jiných surovin, o řád rozrostl. To znamená, že nyní jsme schopni reagovat na požadavky projektu, a dokonce otevřít projektantům a statikům dveře k dříve netušeným možnostem. Je potřeba prodloužit dobu zpracovatelnosti na čtyři hodiny i déle? Potřebujeme směs čerpat do výšky 500 metrů? Výrazně zrychlit hydrataci a odbednit už za šest hodin po uložení betonu? Stačí použít vhodnou kombinaci polymerů a betonová směs splní daný požadavek.

Ovlivnění konzistence betonu

Tento vývoj přispěl ke zlepšení homogenity zhutnění betonové směsi, čerpatelnosti i rychlosti zpracování betonu. Také bylo najednou možné zkvalitnit jeho povrch a prodloužit jeho trvanlivost. Díky superplastifikačním přísadám na bázi moderních polymerů bylo možné následně vyvinout i technologie jako vysokohodnotné a ultravysokohodnotné betony – u nichž je pro zajištění tekuté konzistence třeba snížit vodní součinitel až pod hodnotu 0,20 – či samohutnicí betony a samonivelační potěry vyznačující se extrémní tekutostí směsi.

S vysoce tekutou konzistencí je v případě kolísání kvality vstupních materiálů spojeno riziko segregace směsi. V roce 2007 byla představena a následně patentována inovativní stabilizační přísada MasterMatrix SDC 100, zachycující přebytečnou vodu ve směsi do matrice polymeru. Její použití v samohutnicí směsi umožnilo snížit množství cementu či příměsí na metr krychlový betonu.

Ovlivnění rychlosti hydratace

V roce 2009 byla patentována přísada Master X-Seed očkující beton C-S-H fází, která urychluje růst aktivních krystalů hydrátu křemičitanu vápenatého mezi zrny cementu, čímž zlepšuje proces hydratace – již po osmi hodinách (a to bez proteplení) je možné dosáhnout pevnosti až 40 MPa, jež je potřebná pro řezání lan předpjatých nosníků. Samozřejmě tomu musí odpovídat i třída cementu a vodní součinitel. Na stavbách výškových budov lze i v zimním období dosahovat taktu výstavby jedno podlaží za šest dní, jako například při stavbě 155 metrů vysoké budovy Marienturm ve Frankfurtu nad Mohanem (požadované odbedňovací pevnosti 26 MPa bylo v zimním období dosaženo do 12 hodin).

Speciální kapitolou je vývoj přísad Master Builders Solutions pro výstavbu domů technologií 3D tisku. Zde jde o celý komplex druhů chemie a vláken zajišťujících udržení tvaru vrstvy, soudržnosti vrstev, sníženého smrštění, vyloučení trhlin, snadné čerpatelnosti a současně rychlého vývoje počátečních pevností, takže optimalizovat průběh hydratace je jeden z klíčových předpokladů. Jedním z prvních domů na světě vytištěných robotem je tzv. Prvok, a to českou firmou Scoolpt, která se zvládla vypořádat s požadavky na konzistenci i průběh hydratace. Vytištění Prvoka proběhlo v minulém roce v Česku zhruba po dvouletém vývoji.

Trvanlivost betonu

Uvedené provzdušňovací přísady, jež stály na počátku rozvoje celého tohoto odvětví, jsou stále běžně používány pro zajištění odolnosti betonu vůči mrazu a tání (zvláště v kontaktu s posypovými solemi). Jejich účinnost však závisí na velikosti pórů, které ve směsi vzniknou po zamíchání (odolnost betonu vůči cyklování mrazem je zajištěna jen v případě mikropórů do velikosti 0,30 mm). Novinkou, díky níž lze odolnosti vůči mrazu a tání se solemi dosáhnout, jsou tzv. mikrokuličky MasterAir MHK, případně superabsorbéry MasterSphere. Ty mají definovanou velikost a po vmíchání do směsi vytvoří pouze mikropóry potřebné velikosti, a to i v případě změny složek betonu nebo změny míchání. Tím odpadá potřeba zkoušek obsahu vzduchu v čerstvém betonu a současně je garantována jeho odolnosti i tehdy, jestliže se změní podmínky míchání či ukládání.

Vývojem prošly i přísady redukující smrštění. Jejich pomocí – v kombinaci s rozptýlenou výztuží polymerovými vlákny – je v současné době možné snížit například u průmyslových podlah počet dilatačních spár, což pomáhá šetřit náklady a urychlovat výstavbu.

Již desetiletí jsou používány také krystalizační práškové přísady, jež v případě nedostatečného ošetření betonu vyplňují pomocí krystalů vzniklé mikrotrhliny. Těžko řešitelným úkolem však bylo vyvinout tekutou krystalizační přísadu, a to takovou, která by nezačala krystalizovat ještě před jejím zamícháním do betonu. Teprve před několika lety byla v Česku vyvinuta tekutá krystalizační přísada MasterLife WP 1200, která se vzápětí rozšířila i na další kontinenty.

Životní prostředí

Tím, že použití přísad do betonu zvyšuje jeho trvanlivost – a tedy prodlužuje životnost staveb, které není nutné tak často rekonstruovat –, nepřímo přispívá i k ochraně životního prostředí. Díky přísadám navíc dochází i k redukci množství vody spotřebované k výrobě betonu, a to při zachování stejné zpracovatelnosti. V roce 2017 bylo v Česku vyrobeno zhruba 10 milionů metrů krychlových betonu, k čemuž bylo odhadem na metr krychlový spotřebováno v průměru 180 litrů záměsové vody. Použitím přísad by došlo k redukci spotřeby vody přibližně o 15 procent (odhad autora), což by v Česku vedlo k úspoře zhruba 270 milionů litrů vody za jediný rok. Ruku v ruce s redukcí množství spotřebované vody dochází v betonu i k poklesu množství cementu. Sníží-li se spotřeba vody o 15 procent, sníží se – při stejném vodním součiniteli – o 15 procent i spotřeba cementu, a tedy i množství emisí CO₂ vznikajících při jeho výrobě.

V současné době ovšem dochází k daleko větší snaze o ochranu životního prostředí. Ta cílí na další snižování spotřeby slínku (použitím nových náhradních pojiv), na nahrazování tradičního kameniva recyklovaným a nahrazování ocelové výztuže polymerní rozptýlenou výztuží. To jsou výzvy, kterým budeme v budoucnu čelit stále více. V posledních dvou letech výrobci cementu zavádějí na trh množství typů cementů s novými druhy příměsí, pro něž byla letos na trh uvedena řada superplastifikačních přísad MasterCO₂re, umožňujících udržet zpracovatelnost tam, kde dosavadní chemie selhává.

S velkým potěšením jsem se zúčastnil zavádění technologie betonové směsi se stoprocentní náhradou přírodního kameniva recyklovaným materiálem z demolice (předrcený beton, a dokonce předrcená cihelná suť). Splnění požadavků umožnila až inovativní molekula pro superplastifikační přísadu MasterSuna RCA 3065. I v tomto případě šlo o pionýrskou práci technologů v Česku (v tomto případě firem ERC-TECH, Skanska a Master Builders Solutions) a současně o světový unikát.

Závěrem

Požadavky betonářského průmyslu jsou motivací k neustálému vylepšování technologií a ke spolupráci různých profesí nejen v rámci stavebnictví, ale i napříč dalšími průmyslovými odvětvími, a to celosvětově. 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 jsou samohutnicí a ultravysokohodnotné betony, výstavba 3D tiskem, masivní využití recyklátů a náhrad cementu a další. To všechno by ovšem nebylo možné bez zápalu lidí, kteří měli vizi, dokázali překonat počáteční nezdary a dovedli zavedení jednotlivých technologií do zdárného cíle. I v Česku se naštěstí můžeme pyšnit odborníky a vizionáři, kteří se dokážou prosadit i ve světovém měřítku a posouvají betonářský průmysl stále kupředu.

MBS CZ-SK
www.master-builders.solutions.com/cs-cz