MasterMatrix LF

Náhrada 50-70 kg jemných podílů

Nový produkt zvyšuje stabilitu a zlepšuje homogenitu betonových směsí se sníženým obsahem jemných podílů

Vyčerpávání přírodních zdrojů je v současné době vážným tématem po celém světě. Vzhledem k tomu, že výroba betonu stále roste, aby pokryla potřeby způsobené růstem populace a modernizací infrastruktury, je stavební průmysl nucen zajistit odpovědné využívání souvisejících přírodních zdrojů. Předcházení vzniku odpadů a využívání místně dostupných materiálů z důvodu minimalizace přepravních vzdáleností budou přispívat ke globálním výzvám souvisejícím s životním prostředím a ochranou planety. MasterMatrix LF je nová stabilizační přísada, která byla vyvinuta společností Master Builders Solutions s cílem zlepšit stabilitu a homogenitu betonu. MasterMatrix LF dokáže kompenzovat 50 až 70 kg jemných částic (částic o průměru < 250 μm) na m³ betonu, případně 30-40 litrů cementové pasty. Označení „LF“ v názvu znamená „low fines“ (nižší množství jemných částic).

Je obecně známo, že „dobře zpracovatelný“ beton vyžaduje určitý obsah jemných částic, aby bylo dosaženo požadované kvality, tj. homogenního stavu směsi, která se snadno lije, čerpá a ukládá. Beton s nedostatkem jemných částic je náchylný k segregaci a špatné čerpatelnosti. V důsledku toho je ukládání betonu složitější a trvá déle. Ideální množství jemných podílů ve směsi bylo tradičně dosahováno kombinací běžných komponent – cementu, drobného kameniva a příměsí nahrazujících cement (supplementary cementitious materials – SCMs) jako jsou popílek, vápenec nebo struska. V současné době v betonu často chybí potřebný obsah jemných částic z několika důvodů:

a. Dostupnost popílku a strusky se neustále snižuje.

b. Dávkování cementu je snaha snížit na minimum, aby se snížily vyprodukované emise CO₂.

c. Dostupnost kvalitního drobného kameniva se snižuje, což nutí výrobce betonu k hledání způsobů, jak používat méně kvalitní, ale snadno dostupné písky.

MasterMatrix LF zajišťuje stabilitu a homogenitu betonových směsí a pomáhá řešit složení receptury v podmínkách s nedostatkem vhodných surovin:

Nedostatek popílku, který nutí výrobce betonu zvyšovat množství cementu v betonových směsích, s čímž je spojené zvýšení emisí CO₂ a nákladů.

Nedostatek jemných podílů v drobném kamenivu z důvodu, že lokálně dostupný písek jemné částice obecně neobsahuje, nebo byly vyplaveny při praní tohoto kameniva. Za těchto podmínek mají výrobci betonových směsí na výběr přimíchávání dražších písků dopravovaných z větších vzdáleností nebo zvyšování obsahu cementu ve směsích. Obě řešení negativně ovlivňují cíle udržitelného rozvoje a zvyšují náklady.

Nedostatek jemných částic (popílku nebo vápencového fileru) v samozhutnitelném betonu (SCC) je vyvažován zvýšeným dávkováním cementu nebo použitím jiného druhu fileru, což nutí výrobce betonu k investici do dalšího skladovacího sila. Použití přísady MasterMatrix LF snižuje potřebu dávkování většího množství cementu nebo příměsí, což výrazně snižuje náklady.

Používání cementů s nízkým obsahem slínku se z důvodu udržitelnosti neustále zvyšuje. Pro dosažení požadovaných tlakových pevností se proto výrobci betonu často uchylují k dalšímu snižování obsahu vody v betonové směsi. Za těchto podmínek se snižuje objem cementové pasty (celkové množství jemných částic a vody ve směsi), což negativně ovlivňuje zpracovatelnost, čerpatelnost a kvalitu ukládání betonu. Přísada MasterMatrix LF byla navržena tak, aby zajistila stabilitu betonu, který obsahuje cement s nízkým obsahem slínku a sníženou dávku vody.

MasterMatrix LF: praktické příklady

V případech nestability betonových směsí, kdy je limitováno množství jemných částic, zajišťuje přísada MasterMatrix LF požadovanou plastickou viskozitu materiálu. Byly testovány dva případy, kdy byl použit MasterMatrix LF jako kompenzace nedostatku jemných částic ve směsi.

Příklad 1

V tomto případě bylo 30 kg/m³ vápencového fileru nahrazeno odpovídajícím množství drobného kameniva. Referenční beton s dávkou cementu 270 kg/m³ a 16 % částic drobného kameniva velikosti pod 250 μm, má celkový obsah jemných částic 448 kg/m³. Pro srovnání, beton s nízkým obsahem jemných částic, u něhož byl vápenec nahrazen stejným objemem písku, má díky použití přísady MasterMatrix LF celkové množství jemných částic pouze 423 kg/m³, což odpovídá snížení množství jemných částic o 25 kg/m³.

Z hlediska konzistence obě betonové směsi nevykazují žádné zjevné rozdíly a jsou si dost podobné, jak naznačují fotografie (Obr. 1).

a) Referenční beton

b) „Low fines“ beton

Srovnání směsí bylo provedeno také pomocí měření pevnosti betonu v tlaku. Po zkoušce zachování zpracovatelnosti byly zhotoveny zkušební krychle o rozměrech 150x150x150 mm pro každou betonovou směs. Pevnost v tlaku obou betonů je velmi podobná, obě směsi obsahovaly stejné dávky cementu a vody. Můžeme konstatovat, že MasterMatrix LF výrazně neovlivňuje výsledné vlastnosti ztvrdlého betonu.

Příklad 2

Druhý případ vychází ze situace, kdy výrobci betonu zvyšují podíl drceného písku z důvodu nedostatku přírodního těženého písku, což může vést ke snížení stability betonové směsi. Rozdíl v zrnitosti obou písků je znázorněn na obrázku 2., z nějž je patrné, že drcený písek má nižší množství propadu materiálu sítem 250 μm. Modul jemnosti (modul zrnitosti) přírodního písku byl 3,11, zatímco u drceného písku byl 3,69.

Obrázek 2: Porovnání zrnitostí obou použitých písků

Tabulka 4: Složení referenčního betonu, „Low fines“ betonu bez MasterMatrix LF a „Low fines“ betonu
s MasterMatrix LF v kg/m3

Obr. 4: Referenční beton

Obr. 5: „Low fines“ beton bez MasterMatrix LF

Obr. 6: „Low fines“ beton s MasterMatrix LF

Účinnost MasterMatrix LF jako přísady zlepšující reologii umožnila úplnou eliminací přírodního písku ve složení betonové směsi.

Betonové směsi byly porovnávány měřením počáteční konzistence podle normy EN 12350-5 (zkouška rozlitím) a měřením množství vzduchu v čerstvé směsi. Kromě toho byly pořízeny fotografie, které ukazují případnou segregaci nebo nestabilitu směsí. Nakonec byly zhotoveny zkušební krychle o rozměrech 150x150x150 mm k ověření pevnosti v tlaku po 1, 7 a 28 dnech.

Betonové směsi měly téměř stejnou konzistenci (rozlití ≈ 600 mm), ale beton s nízkým obsahem jemných částic bez MasterMatrix LF na okraji segreguje, což je příznak nestability směsi. Po přidání MasterMatrix LF nedochází k segregaci betonu, celkově se vzhled betonu zlepšuje a je srovnatelný s referenčním betonem.

Obrázek 7: Vývoj pevností betonu v tlaku

Naměřený obsah vzduchu v betonu s nízkým obsahem jemných částic, který obsahuje MasterMatrix LF byl mírně vyšší než referenční beton. Přesto se přebytečný vzduch z betonu účinně odvádí z matrice prostřednictvím vibrací, což dokazuje graf s vývojem pevností v tlaku (obr. 7).

Mechanismus působení MasterMatrix LF

Účinnost technologie MasterMatrix LF je zajištěna pomocí kombinace dvou mechanismů, které jsou popsány v následujících odstavcích.

Optimalizace reologie

Optimalizace reologie je zajištěna pomocí navržených polymerů, které zlepšují stabilitu a homogenitu s pouze mírným zvýšením plastické viskozity. Mnoho konvenčních přísad modifikujících viskozitu, jako jsou ethery celulózy, zajišťuje homogenitu, ale tyto přísady mají nevýhodu výrazného zvýšení viskozity. MasterMatrix LF vykazuje ve směsi nižší smykové napětí, což umožňuje betonu snadnější rozlití, jakmile je směsi dodána energie. Na rozdíl od tradičních přísad modifikujících viskozitu, u MasterMatrix LF nová molekula vytváří síť, která k sobě váže všechny částice (obr. 8). Síla těchto vazeb závisí na smykovém napětí působícím v betonové směsi. Když je smykové napětí nízké, nedochází k segregaci těžších částic zvýšením plastické viskozity matrice. Při zvýšení smykového napětí se síť částečně uvolní a viskozita se sníží. V praxi tento efekt dává betonu požadovanou reologii od výroby až po ukončení tuhnutí.

Tribologický efekt s třením/rozptylem energie

Tento lubrikační efekt funguje podobně jako u mechanických ložisek, kde MasterMatrix LF obklopuje pevné částice uvnitř betonové směsi, aby se snížilo tření mezi částicemi a došlo k rozptýlení energie (obr. 9).

Kombinace obou účinků zajišťuje celkovou stabilitu betonu (obr. 10)

Závěry

MasterMatrix LF je inovativní řešení od společnosti Master Builders Solutions, které zlepšuje homogenitu a stabilitu betonu a zajišťuje vynikající čerpatelnost a zpracovatelnost v případě, že křivka zrnitosti směsi obsahuje nedostatek jemných částic. Technologie MasterMatrix LF nabízí mnoho výhod, které zahrnují snížení emisí CO₂, lepší využití přírodních zdrojů, nižší provozní náklady a nižší spotřebu energie, což celkově vede ke snížení nákladů na výrobu betonu.