Tvrdnutí betonu lze významně zkrátit

Základním stavebním materiálem naší civilizace je zcela určitě beton. I když si to neuvědomujeme, všude kolem nás nacházíme betonové části: mostní nosníky, kanalizační trubky, schody nebo třeba železniční pražce. Veškeré stavební díly z betonu prošly před uložením na místo určení průmyslovým předzpracováním. Právě v průmyslové výrobě přišla chemická společnost BASF s takřka revoluční novinkou – s nanokrystaly X-SEED®. Význam tohoto urychlovače betonu spočívá v řádově rychlejším čase ztvrdnutí a v radikálním snížení spotřeby energie nutné k výrobě, což s sebou logicky přináší nižší emise CO2. Každý asi ví, že k betonu potřebujeme především cement. K jeho výrobě musíme nejdříve z vápence, hlíny a některých minerálů za vysokých teplot získat tzv. cementovou škváru. Hrubá škvára je následně rozmělněna na známý šedý cementový poprašek, který smíchán s vodou ztvrdne. Chcemeli to vyjádřit chemickou mluvou, můžeme zjednodušeně říci, že z cementu při zmíněném procesu vykrystalizují hydráty křemičitanu vápenatého, spolu s dalšími prvky, v koherentní umělou kamennou hmotu, ve které jsou uloženy i další přísady betonu, jako písek a štěrk. UMĚLÉ ZAHŘÍVÁNÍ JE NEEFEKTIVNÍ Při produkci dílů je dále třeba bednění ze dřeva, kovu nebo plastu, kam beton nejprve nalijeme. Až po ztvrdnutí můžeme bednění odstranit. Při běžné okolní teplotě kolem 20 ??C trvá doba ztvrdnutí cca 12 h – čas, po který nemůžeme s betonem nijak nakládat. Časová prodleva se často řeší umělým zahříváním vodní párou, což ale mimo urychlení znamená také zvýšení energetické náročnosti výroby. Navíc uměle zahřátý beton vykazuje některé horší vlastnosti – především je výsledný produkt hrubší na povrchu a může obsahovat vnitřní termické napětí. NA OKOLNÍ TEPLOTĚ NEZÁLEŽÍ „X-SEED dělá veškeré umělé zahřívání naprosto zbytečným,“ vysvětluje dr. Michael Kompatscher, který nese odpovědnost za výrobu betonových stavebních dílů u BASF v Evropě. „Při použití X-SEEDu je lhostejné, jestli je okolní teplota 20 nebo 60 ??C. Princip je jednoduchý a geniální – pouze přidáváme to, co je v betonu tak jako tak obsaženo: hydráty křemičitanu vápenatého,“ dodává Kompatscher. Přesněji řečeno, jsou to miliony nepatrných (v průměru nanometry) krystalů zmíněného hydrátu, na nichž je princip X-SEEDu postaven. Právě na jádra hydrátů o nanometrické velikosti se totiž navazují molekuly z cementu a tímto způsobem vzniklé krystaly zpevní výsledný materiál v kompaktní cementový kámen. Mechanismus urychlovače tvrdnutí vysvětluje prof. Horst-Michael Ludwig z Výmarské univerzity: „Přítomnost krystalických jader rozhoduje právě tak jako teplota o rychlosti krystalizace, a tím pádem i o procesu tvrdnutí. Bez vnějších zásahů se nejprve musela jádra hydrátů křemičitanu vápenatého utvořit spontánně a náhodně z uvolněných molekul cementu. X-SEED tuto první těžkost krystalizace obchází elegantně tím, že jádra hydrátů přímo dodá už hotová.“ Navíc bez umělého přidání jader hydrátů se utvářejí krystaly nerovnoměrně, nejdříve na povrchu cementových jadérek, která jsou následně rychle obalena krystalickou vrstvou, což ztěžuje výměnu vody s uvolněnými molekulami cementu, a tím pak brání rychlejšímu ztvrdnutí. Efekt syntetických krystalických jader zkracuje při teplotě 20 ??C čas ztvrdnutí na polovinu, tj. z 12 na pouhých 6 h, a co je důležité: vlastnosti výsledného produktu jsou identické jako toho, který byl vyroben klasicky. „V teorii to zní jednoduše, nicméně bylo velkou výzvou udržet syntetické a jen několik málo nanometrů velké krystaly hydrátu křemičitanu vápenatého po delší čas v kapalném stavu, aniž by se shlukly a ztratily účinnost,“ doplnil dr. Luc Nicoleau, vědec, který se podílel na výzkumu. Objev se podařil expertům BASF až po mnohaleté výzkumné práci. Příspěvek pro stavební průmysl, ale i pro vyšší kvalitu života lidí, je nepřehlédnutelný: zkracuje se čas stavby silnic a tunelů a je možno stavět třeba i v zimě a neušetří se pouze náklady, ale také na výrobu vynaložená energie.