Konrad Grzesiak
Sposób na ekonomiczny i przyjazny beton
samozagęszczalny
METHOD OF OBTAINING MORE COST EFFECTIVE AND FRIENDLY SELF-
COMPACTING CONCRETE (SCC)
Streszczenie
W niniejszym referacie zostanie opisany nowy system dla przemysłu budowlanego
 Smart Dynamic ConstructionTM , umożliwiający producentom gotowych do użycia
mieszanek betonowych uzyskanie oszczędności energii, wyższej trwałości betonu oraz
zmniejszenie kosztów procesu budowlanego, jak również redukcję emisji CO2, a także
oszczędność czasu i pieniędzy. Zastosowanie nowego systemu umożliwia zapewnienie
betonom klasy S4 i S5 wyższych parametrów wydajnościowych, przy równoczesnym
zachowaniu cech samozagęszczalności i takiej samej łatwości produkcji, jak w przypadku
betonu standardowego. W rzeczywistości stworzono całkowicie nową generację betonów,
łączących w sobie zalety betonu wibrowanego metodami tradycyjnymi oraz betonów
samozagęszczalnych, dotyczących łatwości produkcji i wytrzymałości w standardowych,
codziennych zastosowaniach.
System Smart Dynamic Construction obejmuje mieszankę o zawartości cząstek
drobnych wynoszÄ…cÄ… do 380 kg, specjalnie opracowany superplastyfikator najnowszej
generacji oraz zupełnie nowy na rynku VMA w formie płynnej, stanowiący kluczowy
element tego rewolucyjnego rozwiÄ…zania.
Abstract
This paper shall describe a new system for the building industry  Smart Dynamic Con-
structionTM , which allows the producers of ready-to-use concrete mixes to save energy,
obtain better durability of concrete and lowering of construction costs and reduction of
CO2 emission, as well as saving time and money. Application of the new system allows
for providing S4 and S5 class concretes with higher efficiency with simultaneous rema-
inż. Konrad Grzesiak  Dział Domieszek do Betonu, BASF Polska Sp. z o.o.
ining of the self-compacting features and the same ease of production as in case of the
standard concrete. In fact it has been created a completely new generation of concrete
which combines the advantages of concrete vibrated with the use of traditional methods
and self-compacting concrete as regards the ease of production and durability in standard
and every day applications.
Smart Dynamic Construction System includes a mix containing fine particles up to
380 kg, specially developed state-of-the-art superplastificator and VMA, completely new
to the market, which is the key element of this revolutionary solution.
Sposób na ekonomiczny i przyjazny beton samozagęszczalny
1. Wstęp
Beton samozagęszczalny wprowadzono na rynek europejski w połowie lat 90, gdzie
stosunkowo szybko spotkał się z pozytywnym odzewem. Wtedy to opublikowano wiele
instrukcji oraz wytycznych, które miały posłużyć jako podręczniki praktycznego zasto-
sowania.
Beton samozagęszczalny jest w tej chwili szeroko stosowany w przemyśle prefabry-
kacji betonowej. To właśnie tam najbardziej uwidaczniają się jego zalety, które można
optymalnie wykorzystać i które gwarantują doskonałe właściwości fizyczne i estetyczne
prefabrykowanych elementów. Szacuje się, że beton samozagęszczalny stanowi 50%
betonu wykorzystywanego przy produkcji prefabrykowanych elementów konstrukcji
nośnych. W przemyśle betonu towarowego sytuacja wygląda zupełnie inaczej. Tutaj od-
setek wykorzystywanego betonu samozagęszczalnego wynosi mniej niż 1%. Skąd bierze
się tak ogromna różnica? [1]
2. Reologia mieszanek
Przeprowadzone dotychczas badania pokazują, że właściwości reologiczne zapraw i mie-
szanek betonowych można bardzo dokładnie opisać za pomocą reologicznego równania
stanu ciała Binghama w postaci:
Ä = Äo +Å‚ ·pl
gdzie: Ä (Pa) jest naprężeniem stycznym przy prÄ™dkoÅ›ci Å›cinania Å‚ (1/s),
Äo (Pa) i ·pl (Pas) oznaczajÄ… odpowiednio granicÄ™ pÅ‚yniÄ™cia i lepkość plastycznÄ….
Granica płynięcia określa wielkość obciążenia koniecznego do wywołania płynięcia
mieszanki. Z chwilą gdy naprężenia styczne przekroczą granicę płynięcia następuje pły-
nięcie mieszanki, a opór płynięcia zależy od lepkości plastycznej; im większa jest lepkość
plastyczna mieszanki tym mniejsza będzie prędkość jej płynięcia [2].
3. Smart Dynamic Concrete
Zazwyczaj beton samozagęszczalny dostarczany przez producenta betonu towarowego
posiada znacznie większą wytrzymałość niż ta, która została zamówiona. Jest to zwią-
zane z dużą zawartością frakcji pylastej, niezbędną do uzyskania właściwości charak-
terystycznych dla betonów samozagęszczalnych. Różne właściwości świeżego betonu
samozagęszczalnego, spowodowane zmienną zawartością składników, kompensowane
są poprzez dopasowanie ilości pyłu i superplastyfikatorów. Wysoka zawartość cementu,
niezbędna do wyprodukowania betonu samozagęszczalnego, zwiększona ilość kruszywa
o bardzo drobnym uziarnieniu oraz związany z tym nakład logistyczny (dodatkowe silosy,
wydłużony czas mieszania, dokładniejsza kontrola jakości surowców) zwiększa koszty
produkcji i tym samym zmniejsza zysk. Redukcja całkowitej zawartości pyłu i cementu
spowodowałaby zmniejszenie kosztów produkcji pod warunkiem, że nie wpłynęłaby ona
negatywnie na właściwości samozagęszczalne betonu.
3
DNI BETONU 2008
Konrad Grzesiak
RozwiÄ…zaniem tego problemu okazuje siÄ™ Smart Dynamic Concrete (SDC). Nowa
technologia umożliwia opracowanie takich receptur dla betonu samozagęszczalnego,
w których zawartość pyłu  (materiał o średnicy uziarnienia wynoszącej 0,125mm), nie
przekracza 380 kg/m3. Wytrzymałość tego betonu można tak jak w przypadku betonu
towarowego sprowadzić do klasy 25  35 MPa, a jego konsystencja mieści się w katego-
riach S4 do S5.
Stosowanie dodatkowych wypełniaczy jest niemalże zbędne, co stanowi kolejny
czynnik zmniejszający koszty. Kluczowym składnikiem mieszanki jest RheoMATRIX,
wysoce wydajny regulator lepkości, który utrzymuje jej jednolitą konsystencję i podnosi
wytrzymałość betonu nie wywierając istotnego wpływu na jego parametry płynności
(niska granica płynięcia), a jednocześnie poprawiając jego lepkość plastyczną. Zawartość
cementu w mieszance oraz współczynnik wodno-cementowy ustalane są w zależności
od klasy wytrzymałości [1].
4. Skrojone na miarę regulatory lepkości
Rozpatrując ogólnie, regulator lepkości stabilizuje mieszankę raczej w wyniku istotnego
zwiększenia jej granicy płynięcia niż lepkości plastycznej. Granice płynięcia mniejsze niż
10 Pa można pominąć. Regulatory zwiększające lepkość plastyczną betonu nie zapewniają
wystarczającej stabilności mieszanki. Mieszanki o lepkości plastycznej przekraczającej
80 Pa są bardzo kleiste i płyną bardzo powoli. Powolna poprawa stabilności oznacza, że
dodanie zaledwie 10 litrów wody na m3 powoduje przejście betonu do stanu niestabilne-
go. Poprawa granicy płynięcia nie wystarcza do ustabilizowania betonu. Trzeba również
poprawić jego lepkość plastyczną. Dopiero dzięki kombinacji obydwu efektów możliwe
staje się poprawienie stabilności mieszanki w stopniu pozwalającym na zmniejszenie
zawartości miału.
RheoMATRIX jest nowoczesnym, wysoce wydajnym regulatorem lepkości, który
zapewnia mieszance wystarczającą lepkość plastyczną, czyli umożliwia właściwe zba-
lansowanie pozornie przeciwstawnych właściwości takich jak płynność, zdolność do
wypełniania małych przestrzeni i odporność na segregację. Mechanizm jego działania
opiera się na procesie przyciągania wody przez łańcuchy hydrofilowe i tworzenie się
Rys. 1. Działanie
Rheomatrix
4
DNI BETONU 2008
Sposób na ekonomiczny i przyjazny beton samozagęszczalny
 kapsułek hydratacyjnych , które modyfikują lepkość plastyczną spoiwa cementowego;
adsorpcji większej liczby cząsteczek (wiązania mostkowe); dużej względnie masie molo-
wej Rheomatrix. Ten wielostronnie działający mechanizm, przedstawiony na rysunku 1,
okazał się niezwykle skuteczny.
Stabilność mieszanek związana jest z jej zdolnością do zachowania jednolitej kon-
systencji oraz stałych właściwości w stanie świeżym podczas procesu zalewania oraz
bezpośrednio po nim. Zwiększenie stabilności następuje poprzez poprawienie lepkości
plastycznej w wyniku odpowiedniego doboru materiału, poprzez zwiększenie gęstości
właściwej oraz zredukowanie średnicy maksymalnej kruszywa.
Wytrzymałość związana jest ze zdolnością świeżej mieszanki do zachowania stałego
przyrostu twardnienia oraz odpornością na zmiany w recepturze, szczególnie gdy chodzi
o niewielkie zmiany w recepturze następujących po sobie mieszanek. Najważniejszym
czynnikiem są tutaj wahania wilgotności piasku. Zmiana wilgotności piasku nawet o 1%
powoduje zmianę zawartości wody w mieszance o ok. 10 l/m3, a to z kolei może w przy-
padku zwykłych betonów samozagęszczalych poważnie wpłynąć na mieszankę.
Na rysunku 2 przedstawiono zmiany zachodzÄ…ce w mieszance Smart Dynamic Con-
crete z Rheomatrix po dodaniu wody w ilości 10 l/m3. Nawet po dodaniu większej ilości
wody beton pozostaje w obszarze stabilnym [1].
Rys. 2. Wpływ Rheoma-
trix na parametry płyn-
ności
5. Korzyści i zalety
Ta innowacyjna koncepcja zaspokaja istniejÄ…ce i stale wzrastajÄ…ce zapotrzebowanie na
bardziej płynne betony i oferuje dla przemysłu następujące korzyści:
" Ekonomiczne
Dzięki jedynemu w swoim rodzaju mechanizmowi działania w betonie można osiągnąć
oszczędności w drobno zmielonych materiałach (< 0,125 mm). Stabilny i wysoce płynny
beton jest bliski samopoziomowania, a zatem pozwala na stosowanie bez dalszego za-
gęszczania. Proces układania jest na tyle łatwy, że do jego wykonania wystarcza tylko
jeden operator, który w dodatku oszczędza ponad 40% swojego czasu pracy. W efekcie
produktywność wzrasta ponad 5 razy!
5
DNI BETONU 2008
Konrad Grzesiak
Wreszcie jest on tak łatwy w produkcji jak standardowy beton, ponieważ mieszanki
są mniej wrażliwe na zmiany w zapotrzebowaniu na wodę.
" Ekologiczne
Niska zawartość materiałów drobno zmielonych (np. cementu), których produkcja powo-
duje emisję CO2 poprawia ekologiczne parametry betonu. Poza tym, ten wysoce płynny
beton idealnie otula zbrojenie, optymalnie chroniąc je przed korozją zewnętrzną. Cecha ta
zwiększa wytrzymałość betonu i w efekcie znacznie wydłuża okres trwałości budowli.
" Ekonomiczne
Dzięki swoim właściwościom samozagęszczającym beton ten nie potrzebuje wibrowa-
nia, co oznacza mniej hałasu i brak wibracji niebezpiecznych dla zdrowia pracowników.
W dodatku nowa konstrukcja mieszanki gwarantuje rodzaj betonu o niskiej lepkości,
zwiększając zatem jego podatność na obróbkę. [3]
6. Wnioski
Postęp w dziedzinie technologii betonu samozagęszczalnego polega na produkcji sta-
bilnej i płynnej mieszanki betonu o zawartości pyłu wynoszącej do 380 kg/m3. zamiast
dotychczas stosowanych 500  550 kg/m3.
Smart Dynamic Concrete jest stworzony do wykorzystania w przemyśle betonu
towarowego, gdzie ponad 95% produkowanego betonu należy do klasy wytrzymałości
35 lub niższej.
PociÄ…ga to za sobÄ… liczne konsekwencje praktyczne i ekonomiczne:
" Redukcja zawartości cementu;
" Brak wypełniaczy;
" Uproszczenie logistyki;
" Redukcja nakładu pracy związanego z kontrolą jakości;
" Ekologiczność  mniej CO2 i poprawa trwałości betonu;
" Ergonomia  brak wibracji, brak hałasu, lepsza urabialność.
Literatura
[1] Khurana R., Magarotto R., Moro S.: BASF Construction Chemicals Italia Spa, 31 100 Treviso,
WÅ‚ochy.
[2] Gołaszewski J.: Objętość zaczynu cementowego w mieszance a reologiczne aspekty działania super-
plastyfikatorów, IX Sympozjum Naukowo-Techniczne Reologia w technologii Betonu, Gliwice 2007.
[3] BASF Polska: RheoMatrix  Folder Techniczny.
6
DNI BETONU 2008