Pokusy o dovoz plastifikačných látok. Fungujú tieto prísady?

Tento článok nadväzuje na článok Pôsobenie prísad na konzistenciu betónu v čase. V ňom sme popisovali spôsob merania účinnosti prísad na udržanie spracovateľnosti, no popisoval metódu merania na maltách. V rámci IQc (Inštitút pre kvalitu v stavebníctve, ang. Institute for Quality in Construction) sme s členmi hovorili o metóde, výsledkoch a podobne. Onedlho nás kontaktovali viacerí zahraniční predajcovia stavebnej chémie s požiadavkou na pomoc pri uvádzaní plastifikačných prísad na trh.

Pre dosiahnutie čoraz špecifickejších požiadaviek na betón a súčasnú optimalizáciu nákladov na cement sa využívajú rôzne prísady. Prakticky neodmysliteľnou súčasťou betónu sú prísady plastifikačné. Umožňujú znížiť dávku zámesovej vody a tým zlepšiť mechanické charakteristiky alebo zlepšiť spracovateľnosť betónu pri nezmenenej dávke vody.

Plastifikačné prísady sa rozdeľujú podľa materiálovej bázy a princípu pôsobenia, ale rovnako aj podľa účinnosti. Menšia pozornosť (ak vôbec) sa venuje ich pôsobeniu v čase. Tak tomu je na úrovni povinných skúšok pre uvedenie prísady na trh. Pre praktické aplikácie v betónoch je tomu inak a obzvlášť pre dlhšiu požadovanú dobu spracovateľnosti (dlhšie dopravné trasy) je potrebné venovať pozornosť vývoju konzistencie.

Tento článok podáva prehľad vývoja pôsobenia údajnej plastifikačnej prísady (v rámci anonymnosti ju budeme označovať) Plastifikátor X v čase pri bežných klimatických podmienkach a pri obvyklom a zvýšenom dávkovaní (t.j. 1 %, 2 %, 3 %, 4 % a 5 % dávka prísady v pomere k množstvu cementu). Rovnako obsahuje aj porovnanie účinnosti Plastifikátora X k referenčnému betónu podľa STN EN 480-1. Posudzoval sa v zmysle STN EN 480-2 pre účel prípadnej následnej certifikácie.

Tabuľka 1: Prehľad použitých receptúr betónu

Zložky	REF.	Porovnávané betóny [kg/m³]
CEM I 42,5 R	350 ±5	350 ±5	350 ±5	350 ±5	350 ±5	350 ±5
Voda	161	154	155	157	159	161
Ťažené kamenivo 0/4	876	876	876	876	876	876
Ťažené kamenivo 4/8	146	146	146	146	146	146
Ťažené kamenivo 8/16	803	803	803	803	803	803
Plastifikátor X	0 %	5 %	4 %	3 %	2 %	1 %

Pre pochopenie princípu pôsobenia plastifikátorov je dôležité uvedomiť si, čo sa deje pri zamiešaní cementu s vodou. Častice cementu sú jemné zrná nepravidelného tvaru, ktorých povrch má kladný a záporný náboj. Pri zamiešaní s vodou dochádza k zhlukovaniu (flokulácii) čiastočiek cementu v dôsledku elektrostatického priťahovania kladne a záporne nabitých povrchov zŕn cementu. V priestoroch medzi zrnami cementu je pritom zadržiavaná časť zámesovej vody. Účinnými zložkami plastifikačných prísad sú povrchovo aktívne látky. Tieto látky sú pri zamiešaní do cementových kompozitov adsorbované na povrchu cementových zŕn a dávajú im záporný elektrický náboj. To vedie k vzájomnému odpudzovaniu zŕn cementu, k ich dispergácii, deflokulácii a k stabilizácii cementovej disperzie.

Konzistencia čerstvého betónu je výrazne ovplyvňovaná dávkou plastifikačnej prísady. Pri veľmi malých dávkach je tento vplyv málo výrazný. S narastaním dávky sa konzistencia postupne zlepšuje – až do určitej dávky. Superplastifikátory sa bežne dávkujú v množstve 0,6 až 1 % prísady z hmotnosti cementu. Dávka prísady potrebná na dosiahnutie vyžadovanej konzistencie závisí aj od začiatočnej konzistencie čerstvého betónu, t.j. konzistencie betónu bez prísady. Pri tuhšej konzistencii treba použiť vyššie dávky prísady a naopak. Pre podrobnosti o pôsobení plastifikačných prísad pozrite článok „Pôsobenie prísad na konzistenciu betónu v čase“ v Materiálech pro stavbu 7/2016.

Experimentálna časť
V experimentálnej časti sa overilo pôsobenie Plastifikátora X na čerstvom betóne pri rôznych percentných zastúpeniach prísady. Zvolil sa postup podľa tabuľky 2 STN EN 934-2, t.j. porovnávanie vlastností pri rovnakej konzistencii. Overil sa vývoj konzistencie čerstvého betónu, pevnosť v tlaku po 7. a 28. dňoch a obsah vzduchu.

Tabuľka 2: Prehľad nameraných hodnôt čerstvého a zatvrdnutého betónu

Vlastnosť	Parameter	Porovnávané betóny						Požiadavka
		REF.	1 %	2 %	3 %	4 %	5 %
Konzistencia	sadnutie kužeľa [mm]	70	70	80	70	70	80	–
	sadnutie po 15 min [mm]	60	70	80	80	80	90	–
	sadnutie po 30 min [mm]	40	60	90	70	80	80	–
	sadnutie po 60 min [mm	30	50	70	60	70	80	–
Obsah vody	dávka vody [kg/m³]	161	161	159	157	155	154	–
	∆ dávka vody vs. REF. [%]	–	0,00	–1,24	–2,48	–3,73	–4,35	–5 %
Pevnosť v tlaku	po 7 dňoch [MPa]	47,1	46,3	48,3	48,9	49,5	50,0	–
	po 28 dňoch [MPa]	59,3	60,2	59,1	63,2	64,1	66,8	–
Zmena pevnosti v tlaku voči REF.	po 7 dňoch [MPa]	–	–1,7	2,5	3,8	5,1	6,2	+10 %
	po 28 dňoch [MPa]	–	1,5	–0,3	6,6	8,1	12,6	+10 %
Obsah vzduchu	*tlaková metóda	1,6	1,7	1,9	1,5	1,8	1,6	2

Na skúšky sa (podľa STN EN 480-1) použil cement CEM I 42,5 R. Ako kamenivo sa (podľa STN EN 480-1) použilo prírodné kamenivo frakcie 0/4, 4/8 a 8/16. Ako plastifikačná prísada sa použil Plastifikátor X.

Skúšobné metódy na čerstvom betóne

Skúšky na referenčnom čerstvom betóne a čerstvom betóne s plastifikačnou prísadou Hydroefekt sa vykonávali v laboratóriu. Skúšobné metódy použité na čerstvom betóne boli nasledovné:

1. Výroba kontrolnej zámesi referenčného betónu a zmeranie, nastavenie na konzistenciu sadnutím 70 ±10:
– stanovenie konzistencie;
– nameranie obsahu vzduchu;
– výroba vzoriek na skúšky pevnosti v tlaku.

2. Výroba vzoriek s dávkou prísady 1 %, 2 %, 3 %, 4 % a 5 %:
– stanovenie konzistencie;
– nameranie obsahu vzduchu;
– výroba vzoriek na skúšky pevnosti v tlaku.

Skúšobné metódy na zatvrdnutom betóne
Skúšobné metódy použité na zatvrdnutom betóne boli zhodne použité aj pri referenčnom betóne, aj pri betóne s dávkou prísady 1 %, 2 %, 3 %, 4 % a 5 %, a to:
– pevnosti v tlaku po 7 dňoch;
– pevnosti v tlaku po 28 dňoch.

Zistenia a ich interpretácia
Pôsobenie Plastifikátora X sa overovalo aj na reálnom betóne, konkrétne na 6 variantoch (referenčný betón, betón s dávkou prísady 1 %, 2 %, 3 %, 4 % a 5 %). Podrobnosti o nameraných hodnotách spracovateľnosti, obsahu vzduchu, pevnosti v tlaku po 7 a 28 dňoch [MPa] sú uvedené v tabuľke 2.

Požiadavky na plastifikačné prísady musia byť v zhode s technickými požiadavkami, ktoré sa uvádzajú v norme STN EN 934-2 [3] v tabuľke 3.

Tabuľka 3: Osobitné technické požiadavky na plastifikačné prísady (pri rovnakej konzistencii) [3]

Č.	Vlastnosť	Porovnávaný betón	Skúšobná metóda	Technické požiadavky
1	Zníženie obsahu vody	EN 480-1 porovnávaný betón I	sadnutie EN 12350-2 alebo rozliatie EN 12350-5	v skúšobnej zmesi o ≥ 5 % v porovnaní s kontrolnou zmesou
2	pevnosť v tlaku	EN 480-1 porovnávaný betón I	EN 12350-3	7 a 28 dní: skúšobnej zmesi ≥ 110 % kontrolnej zmesi
3	Obsah vzduchu v čerstvom betóne	EN 480-1 porovnávaný betón I	EN 12350-7	skúšobnej zmesi  ≤ 2 % z objemu zmesi nad kontrolnou zmesou, ak výrobca nestanoví inak

Podľa normy STN EN 934-2 [3] má plastifikačná prísada znížiť potrebu vody na dosiahnutie rovnakej konzistencie ako referenčný betón aspoň o 5 %. Túto požiadavku sa nepodarilo splniť ani v jednom variante dávkovania. Výsledné zníženia dávky vody indikujú, že ubraté množstvo vody je nahradené kvapalnou fázou prísady. Prísada preto z hľadiska plastifikačného účinku pôsobí dominantne ako voda.

Prvá skúška, ktorá bola vykonaná na referenčnom betóne aj pri betóne s dávkou prísady 1 %, 2 %, 3 %, 4 % a 5 %, bola stanovenie konzistencie. Konzistencia sa merala štandardným postupom – sadnutím Abramsovho kužeľa v zmysle STN EN 12350-2 [5]. Klasifikácie konzistencie čerstvého betónu podľa sadnutia kužeľa je v tabuľke 4.

Tabuľka 4: Klasifikácia konzistencie čerstvého betónu

Stupeň	Sednutí v mm
S1	10–40
S2	50–90
S3	100–150
S4	160–210
S51)	≥ 220

Z obr. 1 vyplýva, že pre pôsobenie Plastifikátora X v betóne nie je rozhodujúca dávka prísady, ale primárne nastavenie prvotnej konzistencie na hodnotu sadnutia kužeľa (na obrázku REF). Potom je potenciál zlepšiť konzistenciu a predĺžiť spracovateľnosť aj s malou dávkou prísady (1,0 %). Vývoj konzistencie v čase potvrdil predpoklad pôsobenia dominantne kvapalnej fázy Plastifikátora X, nahradzujúcej vodu. Výsledky po 60 minútach však naznačujú isté pôsobenie materiálovej bázy, no rozhodne nie je technicky významné. Je porovnateľné s „najslabšími“ plastifikátormi na trhu – na báze lignosulfonanov.

Ďalšou skúškou na čerstvom betóne bolo nameranie obsahu vzduch. Podľa normy STN EN 934-2 [3] má byť obsah vzduchu v čerstvom betóne s plastifikačnou prísadou menší ako 2 %. Táto podmienka bola splnená, keďže obsah vzduchu pri betóne s dávkou prísady 1 %, 2 %, 3 %, 4 % a 5 % je nižší ako 2 %. Plastifikátor X teda určite nepôsobí ako prevzdušňovacia prísada a ani nespôsobuje neželané a neregulované „napenenie“ betónu.

Ďalšia vlastnosť, ktorá sa zisťovala, bola pevnosť betónu v tlaku po 7 a 28 dňoch na skúšobných kockách s hranou 150 mm. Podľa normy STN EN 934-2 [3] má mať betón s použitou prísadou pevnosť betónu v tlaku po 7 a 28 dňoch vyššiu o 10 % v porovnaní z referenčnou zmesou. Táto podmienka bola splnená len pri betóne s dávkou prísady 5 %, a to v čase stanovenia pevnosti betónu v tlaku po 28 dňoch. Pri iných dávkach Plastifikátora X sa nepodarilo splniť túto požiadavku. Vývoj nárastu pevnosti betónu pre referenčnú zmes a betón s dávkou prísady 1 %, 2 %, 3 %, 4 % a 5 % sú vyjadrené na obr. 2. Je vidieť isté zvýšenie pevnosti s rastúcou dávkou prísady, no nie adekvátne dávkovaniu, a už vôbec nie spĺňajúce požiadavku STN EN 934-2 (+10 %).

Záver
Z výsledkov vyplynulo, že „Plastifikátor X“ nemožno klasifikovať ako plastifikačnú prísadu, nakoľko nespĺňa dve elementárne podmienky – na zníženie dávky vody pri zachovaní konzistencie a zvýšenie pevnosti. Spĺňa len marginálnu podmienku na nezvýšenie obsahu vzduchu v betóne. Pre úplnú korektnosť treba povedať, že údajný plastifikátor sa z logistických dôvodov zamýšľal dodávať vo forme prášku a na vodný roztok sa mal miešať až na Slovensku. Existuje preto veľmi malá šanca, že jeho účinnosť bola ovplyvnená spôsobom miešania s vodou. Nič to však nemení na fakte, že s veľmi podobnými požiadavkami a výsledkami sme sa stretli viackrát. Vyplýva z toho len jedno – opatrne so „zázračnými“ zahraničnými materiálmi. Dôverujme radšej našim, rokmi overeným dodávateľom stavebnej chémie.

PETER BRIATKA, PETER MAKÝŠ, JANA OLŠOVÁ, JOZEF RECHTORÍK
foto archív autorov

Použité a súvisiace zdroje informácií:
1) STN EN 206-1+NA Betón. Časť 1: Špecifikácia, vlastnosti, výroba a zhoda.
2) STN EN 13670-1 Zhotovovanie betónových konštrukcií.
3) STN EN 480-1 Prísady do betónu, mált a zálievok. Skúšobné metódy. Časť 1: Porovnávané betóny a porovnávané malty pri skúškach.
4) STN EN 934-2+A1 Prísady do betónu. Konsolidovaný text.
5) STN EN 12350-2 Skúšanie červého betónu Časť 2: Skúška sadnutím.
6) Sebök, T. Přísady a přídavky do malt a betonů. Praha: SNTL, 1985.
7) BAJZA, A., a I. ROUSEKOVÁ. Technológia betónu. Bratislava: Jagagroup, 2006.
8) UNČÍK, S. Ovplyvňovanie vlastností betónu prísadami. Bratislava: Nakladateľstvo STU, 2013.
9) UNČÍK, S., a kol. Príručka pre výrobcov betónu. Trnava: Edícia BetónRacio, 2005.
10) http://savt.sk/index.php/sk/vyroba

Ing. Peter Briatka, PhD., (*1982) je absolventem Stavební fakulty STU. V současnosti působí ve společnosti COLAS SK. Specializuje se na technologii betonu, objemové změny betonu, jeho trvanlivost a nedestruktivní zkušební metody. Je členem technické komise TK 5.

Doc. Ing. Peter Makýš, PhD., (*1965) působí na katedře technologie staveb na Stavební fakultě STU v Bratislavě. Věnuje se stavebnětechnologické přípravě, zařízením staveniště, technologii hrubé stavby se zaměřením na betonářské a zdicí procesy a manažerské systémy podle norem ISO.

Ing. Jana Olšová (*1989) je absolventkou a v současnosti i doktorandkou Stavební fakulty STU v Bratislavě. Věnuje se řízení kvality ve stavebních laboratořích a technologiím v inženýrském stavitelství.

Ing. Jozef Rechtorík (*1984) je absolventem Stavební fakulty STU v Bratislavě. V současnosti působí ve společnosti Balkonstav SK a předsedá Inštitútu pre kvalitu v stavebníctve, o. z.