Choć materiały i technologie były zupełnie inne niż współcześnie, idea prefabrykacji, tzn. tworzenie elementów budowlanych poza miejscem ich ostatecznego przeznaczenia, była już wtedy obecna. Złoty wiek prefabrykacji nastąpił wraz z wynalezieniem cementu portlandzkiego w XIX wie ku. Ten nowy materiał budowlany umożliwił tworzenie wytrzymałych i trwałych elementów żelbetowych. Jednym z pierwszych przykładów były siatkobetonowe donice, opatentowane w 1867 r.
W XX wieku prefabrykacja zyskała jeszcze większą popularność, szczególnie w okresie międzywojennym i po II wojnie światowej. Architekci tacy jak Le Corbusier propagowali ideę budynków modułowych, składanych z elementów prefabrykowanych. Koncepcja ta, choć nie została w pełni zrealizowana,
miała ogromny wpływ na rozwój współczesnej architektury. Obecnie prefabrykacja betonowa to zautomatyzowany proces, w którym wykorzystuje się zaawansowane technologie. Dzięki temu możliwe jest wytwarzanie elementów o skomplikowanych kształtach i bardzo dużej precyzji. Prefabrykacja znalazła zastosowanie w budownictwie mieszkaniowym, przemysłowym, a także infrastrukturalnym i przynosi wiele korzyści zarówno dla inwestorów, jak i wykonawców. Dzięki swoim zaletom, prefabrykacja zyskuje coraz większą popularność i staje się standardem w wielu obszarach budownictwa. Rewolucjonizuje sposób, w jaki projektujemy i budujemy. Nowoczesna
prefabrykacja nie istnieje bez wykorzystania nowoczesnych domieszek do betonu, które umożliwiają osiągnięcie bardzo dobrej jakości finalnego produktu, jakim jest prefabrykat z zachowaniem
wysokiej efektywności całego procesu.
Rodzaje domieszek chemicznych. Domieszka do betonu to substancja dodawana do mieszanki betonowej w niewielkich ilościach (zwykle nie przekraczających 5% masycementu) w celumodyfikacji jej właściwości. Dzięki nim możemy uzyskać beton o specyficznych cechach, dostosowanych do konkretnych wymagań projektowych i warunków eksploatacji. Ich działanie polega na złożonych mechanizmach zarówno chemicznych, jak i fizycznych.
W prefabrykacji betonowej kluczową rolę odgrywają na stępujące rodzaje domieszek:
● superplastyfikatory, z mechanizmem działania opartym na dyspersji cząstek cementu poprzez działania elektrostatyczne i steryczne (odpowiednio zaprojektowane łańcuchy polimerowe) lub adsorpcji na powierzchni cząstek cementu (działanie elektrostatyczne). Superplastyfikatory przeznaczone do prefabrykacji powinny umożliwiać nie tylko znaczną redukcję ilości wody zarobowej, ale również charakteryzować się możliwością uzyskiwania dużej wytrzymałości wczesnej oraz wzorowym wypełnieniem formy, a następnie idealną powierzchnią elementu prefabrykowanego;
● domieszki przyspieszające, powodujące przyspieszenie czasu potrzebnego do osiągnięcia określonej wytrzymałości (przyspieszenie wiązania) lub twardnienia przez dodanie zarodków krystalizacji. Są to nanocząstki, zaprojektowane w celu przyspieszenia procesu hydratacji cementu we wczesnym stadium twardnienia (6 ÷ 12 h). Rozwiązanie w postaci przyspieszacza twardnienia umożliwia uzyskanie nawet 200% wytrzymałości wczesnej elementu prefabrykowanego. Ma to decydujący wpływ na szybkość rozformowania elementu, a tym samym po prawienie i przyspieszenie procesu produkcji. Idealnym przykładem może być przyspieszacz twardnienia Master XSeed;
modyfikatory lepkości zapewniające mieszance betonowej właściwą lepkość plastyczną, czyli umożliwiające właściwe zbalansowanie pozornie przeciwstawnych właściwości, takich jak płynność, zdolność do wypełnienia formy i odporność na segregację przez wykorzystanie odpowiednio zaprojektowanych łańcuchów hydrofilowych tworzących potem tzw. kapsułki hydratacyjne. Tego typu produkty powinny zapewnić właściwe wypełnienie formy w postaci braku rakow i ubytkow oraz przez odpowiednią stabilność mieszanki betonowej i brak segregacji nawet przy bardzo płynnych betonach;
● domieszki zwiększające trwałość elementów prefabrykowanych, tzw., napowietrzacze (zwiększające odporność betonu na działanie czynników atmosferycznych, ta kich jak np. destrukcyjne działanie ujemnej temperatury) oraz domieszki uszczelniające (ograniczające nasiąkliwość i podciąganie kapilarne). Efektem ich działania jest m.in. brak łuszczenia, a nawet kruszenia się elementów prefabrykowanych w wyniku działania mrozu. Przytoczone przykłady domieszek przeznaczonych do stosowania w prefabrykacji umożliwiają zmierzenie się z wyzwaniami, przed którymi stoi ten dział budownictwa.
Są to:
■ wyzwania i wymagania ekologiczne. Zwiększenie udziału cementów z dodatkami mineralnymi, takimi jak popioły lotne czy żużel wielkopiecowy, stawiano we wyzwania przed producentami domieszek. Konieczne jest bowiem za pewnie nie, że domieszki będą kompatybilne z rożnymi rodzajami cementu i nie wpłyną negatywnie na trwałość konstrukcji, przede wszystkim w kontekście mrozoodporności;
■ automatyzacja i doskonalenie procesów produkcyjnych. Praca z mieszankami o gęstej konsystencji staje się standardem w prefabrykacji betonowej, co wynika z oszczędności czasu i pracy ludzkiej. W obliczu braku pracowników, pełna automatyzacja procesów produkcyjnych staje się koniecznością. Automatyzacja w przypadku mieszanek półsuchych, takich jak produkcja kostki brukowej czy elementów kanalizacyjnych, została już w dużej mierze wdrożona. Pełna automatyzacja mieszanek o gęstej konsystencji nadal stanowi jednak wyzwanie. Domieszki muszą gwarantować powtarzalność procesu produkcyjnego i być odporne na zmienne warunki;
■ bardzo dobra jakość elementów prefabrykowanych. Muszą one spełniać rygorystyczne standardy jakości zarówno pod względem wytrzymałości, jak i estetyki. Jest to kluczowe zadanie producentów prefabrykatów betonowych;
■ zrównoważony rozwój, czyli rozwijanie metod produkcji przy jednoczesnym minimalizowaniu negatywnego wpływu na środowisko naturalne przez ograniczenie zużycia surowców i emisji CO2;
■ konkurowanie z innymi materiałami konstrukcyjnymi, takimi jak stal czy drewno, przez innowacje w projektowaniu, produkcji i instalacji prefabrykatów betonowych. Domieszki do betonu pozwalają na precyzyjne dostosowanie właściwości betonu do konkretnych wymagań. Zrozumienie mechanizmów działania oraz czynników wpływających na ich efektywność jest kluczowe do prawidłowego doboru i zastosowania domieszek w praktyce. Stosowanie domieszek w produkcji elementów prefabrykowanych to nie tylko kwestia techniczna, ale przede wszystkim ekonomiczna. Domieszki, poprawiając właściwości betonu, pozwalają na optymalizację procesów produkcyjnych i osiągnięcie znacznych oszczędności.