BETONY W PREFABRYKACJI KUBATUROWEJ
Trwałość, odporność i redukcja śladu węglowego
Prefabrykacja to jeden z najbardziej zaawansowanych technologicznie obszarów współczesnego budownictwa. Z kolei do największych wyzwań branży należy transformacja ekologiczna. Na styku tych dwóch sfer rozwijają się nowoczesne cementy niskoemisyjne oraz projektowane na ich bazie betony specjalne.
Elementy takie jak belki sprężone, dźwigary o rozpiętości ponad 36 m czy słupy o wysokości 24 m, a także płyty stropowe żebrowe typu TT oraz płyty kanałowe owysokości 500 mm jeszcze kilkanaście lat temu były produkowane przez niewielki odsetek firm. Obecnie obserwujemy jednak intensywny rozwój tych technologii u naszychklientów. Jednocześnie rosną wymagania środowiskowe,które wymuszają istotne ograniczenie śladu węglowegomateriałów konstrukcyjnych. Odpowiedzią na jedne i drugie potrzeby są oparte na cementach niskoemisyjnychbetony specjalne, w tym mieszanki o wysokich wytrzymałościach wczesnych i końcowych, łączące efektywność technologiczną z odpowiedzialnym podejściem do środowiska.
Nowa generacja cementów do prefabrykacji
Przez dekady standardem w prefabrykacji kubaturowej były cementy portlandzkie CEM I, charakteryzujące się stabilnością i powtarzalnością parametrów. Zawdzięczały te cechy recepturze opartej na co najmniej 95-proc. zawartości klinkieru portlandzkiego. Zastosowanie go gwarantowało dobrą urabialność mieszanki oraz wysokie wytrzymałości wczesne betonu przy jednoczesnej optymalizacji czasu potrzebnego na projektowanie receptury.
Obecnie obserwujemy jednak systemową zmianę technologiczną polegającą na stopniowym wdrażaniu cementów portlandzkich żużlowych oraz wieloskładnikowych, takich jak TURBO CEM II/A-S 52,5 R oraz DYNAMIK SP CEM II/A-M (S-LL) 52,5 R. Produkty te, obecne w portfolio Holcim Polska, oferują porównywalne lub wyższe parametry użytkowe przy jednoczesnym znaczącym obniżeniu śladu węglowego. Wynika to z częściowego zastąpienia klinkieru dodatkami mineralnymi, takimi jak żużel wielkopiecowy oraz składniki wapienne.
Transformacja ta ma wymiar nie tylko środowiskowy. Z punktu widzenia technologii prefabrykacji najważniejsze SAsą właściwości mieszanki betonowej oraz jej zachowanie w cyklu produkcyjnym, szczególnie przy krótkich czasach dojrzewania elementów. Badania laboratoryjne oraz testy produkcyjne pokazują, że odpowiednio zaprojektowane składy betonów na bazie cementu CEM II/A-S 52,5 R zapewniają stabilną konsystencję, wysoką urabialność oraz bardzo dobre przyrosty wytrzymałości wczesnej.
Trwałość infrastrukturalna – funkcja mikrostruktury
W prefabrykacji kubaturowej trwałość konstrukcji jest parametrem równie istotnym jak wytrzymałość mechaniczna. Nowoczesne cementy wieloskładnikowe sprzyjają tworzeniu się bardziej zwartej mikrostruktury zaczynu cementowego, co ogranicza porowatość kapilarną i zwiększa odporność betonu na agresywne oddziaływanie środowiska.
Dodatek żużla wielkopiecowego, składnika o pożądanych właściwościach hydraulicznych, wiąże wolny wodorotlenek wapnia i stabilizuje strukturę matrycy cementowej. W rezultacie powstaje beton o zwiększonej odporności na oddziaływania przemysłowe, agresję siarczanową, a także chlorki pochodzące ze słonej wody i inne wyzwania związane ze środowiskiem morskim.
Z punktu widzenia inwestora oznacza to wydłużenie projektowanego okresu eksploatacji elementów konstrukcyjnych, a tym samym obniżenie kosztów cyklu życia obiektu. Współczesne standardy projektowe coraz częściej uwzględniają analizę LCC (life cycle cost), czyli całkowity koszt użytkowania konstrukcji w całym okresie jej funkcjonowania.
Korzyści środowiskowe i ekonomiczne
Zastosowanie cementu CEM II/A-S 52,5 R w prefabrykacji pozwala obniżyć jej ślad węglowy o około 15 proc. w porównaniu z tradycyjnym cementem portlandzkim. Dla producentów prefabrykatów działających w modelu raportowania ESG oraz w ramach zobowiązań Science Based Targets Initiative ma to znaczenie strategiczne, ponieważ umożliwia ograniczenie emisji zakresu trzeciego (Scope 3) bez konieczności zmiany technologii produkcji.
Korzyści mają również wymiar ekonomiczny. Przy założeniu, że cena zakupu cementu CEM II/A może być niższa nawet o ponad 7 proc., w skali całej mieszanki betonowej przekłada się to na oszczędność rzędu 8 proc. Dodatkowy efekt stanowi poprawa jakości powierzchni prefabrykatów, co ogranicza konieczność wykonywania prac kosmetycznych, takich jak szpachlowanie czy naprawy powierzchniowe. Efektem jest obniżenie zarówno kosztów materiałowych, jak i nakładów pracy.
Prefabrykacja – poligon innowacji materiałowych
Produkcja prefabrykatów kubaturowych stanowi doskonałe środowisko do wdrażania nowych rozwiązań materiałowych, ponieważ cały proces odbywa się w kontrolowanych warunkach technologicznych. Pozwala to na precyzyjne dozowanie składników, monitorowanie parametrów dojrzewania oraz szybkie testowanie nowych receptur.
W takich warunkach cementy nowej generacji mogą w pełni ujawnić swoje właściwości, a producenci zyskują możliwość optymalizacji mieszanek pod kątem konkretnych zastosowań konstrukcyjnych.
W praktyce oznacza to możliwość pełnego zastąpienia cementów CEM I bez pogorszenia parametrów technologicznych czy estetycznych prefabrykatów. Jest to istotny argument dla projektantów i wykonawców, którzy oczekują stabilności jakościowej oraz powtarzalności produkcji.
Strategia na lepszą przyszłość
Nowoczesne spoiwa, takie jak TURBO CEM II/A-S 52,5 R oraz DYNAMIK SP CEM II/A-M (S-LL) 52,5 R, pokazują, że możliwe jest jednoczesne zwiększenie efektywności technologicznej, obniżenie kosztów produkcji oraz redukcja emisji CO2. W kontekście elementów kubaturowych stosowanych w dużych obiektach, takich jak hale logistyczne, stadiony czy centra handlowe, ma to strategiczne znaczenie, ponieważ pozwala połączyć bezpieczeństwo konstrukcyjne z odpowiedzialnością środowiskową.
Betony specjalne stosowane w prefabrykacji wchodzą dziś w nową fazę rozwoju. Kluczowe stają się nie tylko parametry mechaniczne, lecz także trwałość w długim okresie eksploatacji, stabilność procesu produkcyjnego oraz ślad środowiskowy materiału. Wyniki badań technologicznych oraz doświadczenia produkcyjne potwierdzają, że cementy wieloskładnikowe nowej generacji spełniają wszystkie te kryteria, oferując jednocześnie wymierne korzyści ekonomiczne.
KOMENTARZ
Parametry potwierdzone badaniami
Proces zastępowania cementu CEM I cementem CEM II/A nie jest jedynie prostą zmianą produktową. To kompleksowe działanie obejmujące wsparcie doradców technicznych oraz wspólne badania laboratoryjne mające na celu potwierdzenie właściwości użytkowych nowego rozwiązania. Dysponujemy zapleczem umożliwiającym przeprowadzanie próbnych zarobów laboratoryjnych. Wśród stosowanych przez nas rozwiązań znajduje się również pomiar dojrzałości betonu.
W ramach jednego z takich projektów Consolis Polska Sp. z o.o., przy udziale technologów Holcim, przeprowadziłporównania mieszanek wykonanych na bazie cementów CEM I 52,5 R, CEM II/A-S 52,5 R oraz CEM II/A-V 52,5 R z zastosowaniem nowoczesnych domieszek chemicznych oraz standardowych kruszyw wykorzystywanych w betonach prefabrykacyjnych.
Głównym celem badań było przeprowadzenie testów wdrożeniowych ukierunkowanych na optymalizację procesów prefabrykacji. Analizy obejmowały m.in. badanie konsystencji w czasie
(po 10 i 30 minutach), czyli parametr kluczowy dla stabilności mieszanki w produkcji elementów wielkogabarytowych.
Szczególnie istotne wyniki uzyskano w zakresie wytrzymałości wczesnej w warunkach produkcyjnych. Wytrzymałość na ściskanie elementów po 16 godzinach dojrzewania osiągnęła 42,1 MPa dla cementu CEM II/A-S 52,5 R, podczas gdy analogiczna mieszanka na cemencie CEM I osiągnęła 38,6 MPa, co oznacza wzrost o około 9 proc.
Tak wysoka wytrzymałość wczesna ma kluczowe znaczenie dla prefabrykacji, ponieważ umożliwia szybsze rozformowanie elementów, skrócenie cyklu produkcyjnego oraz zwiększenie wydajności linii technologicznej. Jednocześnie stwierdzono możliwość zmniejszenia ilości wody zarobowej w mieszance testowej o około 4 proc., przy zachowaniu właściwej urabialności.
Ograniczenie ilości wody przekłada się bezpośrednio na zwiększoną szczelność struktury betonu, a tym samym na jego większą odporność na czynniki środowiskowe, w tym karbonatyzację, penetrację chlorków oraz cykle zamrażania i rozmrażania.
Doceniamy współpracę z Holcim i cieszymy się, że możemy jako jedni z pierwszych testować nowe rozwiązania materiałowe.
