Eine neue Dimension der Festigkeitsbeschleunigung von Beton

Der fortschreitende Einsatz von klinkerreduzierten Zementen stellt einen bedeutenden Schritt zur Verringerung der mit der Betonherstellung verbundenen Umweltauswirkungen dar, insbesondere durch die deutliche Reduzierung der CO₂-Emissionen, die mit der herkömmlichen Klinkerherstellung verbunden sind. Gleichzeitig bringt dieser Wandel jedoch wesentliche technische und betriebliche Herausforderungen für die Betonfertigteilindustrie mit sich, in der eine schnelle Festigkeitsentwicklung, kurze Entschalzeiten und eine hohe Produktionseffizienz entscheidend für Wettbewerbsfähigkeit und Zuverlässigkeit sind.

Die Verwendung von Zusatzstoffen wie Hüttensandmehl, Flugasche, Kalksteinmehl oder kalzinierten Tonen sowie die damit verbundene Reduzierung des Klinkeranteils führen häufig zu einer verlangsamten Hydratationskinetik des Zements und einer verzögerten Frühfestigkeitsentwicklung. Diese Effekte können sich negativ auf Produktionszyklen und die Prozessstabilität in Fertigteilwerken auswirken.

Um diesen Herausforderungen erfolgreich zu begegnen, sind innovative technologische Lösungen erforderlich, die die Frühfestigkeitsentwicklung wiederherstellen oder verbessern, ohne die Nachhaltigkeitsvorteile klinkerreduzierter Zemente zu beeinträchtigen. In diesem Zusammenhang spielen moderne Betonzusatzmittel eine zentrale Rolle, da sie es Betonfertigteilherstellern ermöglichen, ihre Produktivität aufrechtzuerhalten, ohne Abstriche bei den Festigkeitseigenschaften oder der Dauerhaftigkeit machen zu müssen.

Aufbauend auf mehr als einem Jahrhundert Erfahrung in der Entwicklung von Betonzusatzmitteln hat Master Builders Solutions die Weiterentwicklung der Betonfertigteilindustrie kontinuierlich begleitet. Mit der Einführung der Master X-Seed Technologie und dem Crystal Speed Hardening Konzept im Jahr 2009 wurde ein neuer Maßstab für die Beschleunigung der Zementhydratation und die Verbesserung der Frühfestigkeit gesetzt.

Da sich Betonzusammensetzungen zunehmend hin zu geringeren Zementklinkeranteilen entwickeln, wird die Entwicklung einer neuen Generation von Beschleunigertechnologien unerlässlich, um den steigenden Leistungsanforderungen gerecht zu werden. Der erfolgreiche Einsatz klinkerreduzierter Betone im Fertigteilbereich erfordert daher eine ganzheitliche Optimierung von Bindemittelsystemen, Zusatzmitteltechnologien und Produktionsprozessen.

Durch kontinuierliche Innovation und enge Zusammenarbeit mit Betonfertigteilherstellern können Lösungen geschaffen werden, die Nachhaltigkeitsziele, industrielle Effizienz und langfristige Leistungsfähigkeit von Beton gleichermaßen erfüllen.

Was kommt als Nächstes zur Beschleunigung der Festigkeitsentwicklung von Beton?

Master Builders Solutions, ein weltweit führender Hersteller im Bereich Betonzusatzmittel, stellt ein neues, hochentwickeltes Beschleunigerpaket vor, das gezielt darauf ausgelegt ist, die Frühfestigkeitsentwicklung moderner Betonzusammensetzungen zu maximieren. Die Lösung vereint drei leistungsstarke Technologien, die sowohl einzeln als auch in Kombination eingesetzt werden können und dabei herausragende Eigenschaften ermöglichen. Das System umfasst folgende neue Produkte:

MasterCO₂re HES 30:

Ein Fließmittel der nächsten Generation, das die Leistungsfähigkeit von MasterCO₂re (Intelligent Cluster System Technology) und Master X-Seed (Crystal Speed Hardening Technology) in einem Produkt vereint. MasterCO₂re HES 30 ermöglicht eine effektive Wasserreduktion bei gleichzeitig beschleunigter Frühfestigkeitsentwicklung und trägt so zu verkürzten Schalzeiten und einer gesteigerten Produktivität bei.

Master X-Seed 300 NEXT:

Die neueste Generation von Erhärtungsbeschleunigern innerhalb der Master X-Seed Produktfamilie. Entwickelt, um die Frühfestigkeitsleistung auf ein neues Niveau zu heben, es kann in Kombination mit MasterCO₂re HES 30 eingesetzt werden, um Bauprozesse weiter zu beschleunigen.

MasterBoost 3000:

Ein innovativer Erhärtungsbeschleuniger, der speziell für nachhaltige Betonzusammensetzungen mit reduziertem Klinkeranteil und hohem Anteil an Zusatzstoffen (SCMs) entwickelt wurde. In Kombination mit MasterCO₂re HES 30 oder Master X-Seed 300 NEXT verstärkt MasterBoost 3000 die Festigkeitsentwicklung zusätzlich. Für maximale Leistungsfähigkeit kann es auch ergänzend zum kombinierten Einsatz von MasterCO₂re HES 30 und Master X-Seed 300 NEXT verwendet werden, um das volle Potenzial dieser leistungsstarken Drei-Komponenten-Lösung auszuschöpfen.

Zusammen bilden diese Technologien ein flexibles und leistungsstarkes Erhärtungsbeschleunigungspaket, das es Betonherstellern ermöglicht, eine schnellere Festigkeitsentwicklung zu erreichen, die Effizienz zu steigern und die Leistungsfähigkeit von Betonen mit reduziertem Klinkeranteil gezielt zu optimieren.

Fallstudie

Im Labor wurde ein Vergleichsversuch durchgeführt, um die Beschleunigungsleistung des neuen Drei-Komponenten-Pakets im Vergleich zu einem derzeit marktüblichen Erhärtungsbeschleuniger zu bewerten. Die Untersuchung erfolgte anhand einer Betonfertigteilrezeptur mit 400 kg/m³ CEM II/A-LL 52,5 R sowie Gesteinskörnungen mit einer maximalen Korngröße von 20 mm (Tabelle 1).

Der Wasser-Zement-Wert wurde für alle Mischungen auf 0,44 festgelegt, während die Dosierung der jeweiligen Zusatzmittel so angepasst wurde, dass ein konstantes Ausbreitmaß von 22–23 cm gewährleistet war (Tabelle 2).

Die Betonmischungen wurden unter Verwendung von Ausgangsstoffen hergestellt, die auf 20 °C temperiert waren. Die für die Frühfestigkeitsprüfung hergestellten Betonwürfel mit den Abmessungen 10 × 10 × 10 cm wurden sowohl bei 10 °C als auch bei 20 °C über einen Zeitraum von 20 Stunden gelagert.

Die Entwicklung der Frühfestigkeit bei 10 °C ist in Abbildung 1 dargestellt, während die Ergebnisse bei 20 °C in Abbildung 2 gezeigt werden.

Die Frühfestigkeiten von Mischung 3, die mit MasterCO₂re HES 30 hergestellt wurde, sind deutlich höher als diejenigen des Betons mit einem PCE-basierten Fließmittel (Mix 1). Im Vergleich zu Mischung 2 – bei der ein PCE-basiertes Fließmittel mit einem herkömmlicher CSH-basierten Beschleuniger kombiniert wird – liegen die Werte bei 10 °C leicht darunter und bei 20 °C darüber.

Bemerkenswert ist, dass die Dosierung von MasterCO₂re HES 30 in Mischung 3 weniger als die Hälfte der Gesamtdosierung aus Fließmittel und Beschleuniger in Mischung 2 beträgt.

Die Mischungen 4 und 5 zeigen zudem, dass die Frühfestigkeitsentwicklung durch die Kombination von MasterCO₂re HES 30 mit Master X-Seed 300 NEXT bzw. durch den Einsatz des vollständigen Zusatzmittelpakets, das MasterBoost 3000 als dritte Komponente enthält, weiter gesteigert werden kann.

Die gemessene Temperaturentwicklung von Betonwürfeln (15 × 15 × 15 cm) während der Erhärtung bei 10 °C (Abbildung 3) und 20 °C (Abbildung 4) bestätigt, dass die Zementhydratationsreaktion durch das neue Beschleunigungssystem signifikant beschleunigt wird (Abbildung 5).

Abschließend zeigen die 28-Tage-Festigkeitswerte, dass diese für alle Mischungen auf einem vergleichbaren Niveau liegen (Abbildung 6).

Schlussfolgerung

Die Betonfertigteilindustrie befindet sich durch die Einführung klinkerreduzierter Zemente in einem tiefgreifenden Wandel. Mit abnehmendem Klinkeranteil und zunehmendem Einsatz von Zusatzstoffen (SCMs) wird die Einhaltung kurzer Entschalzeiten sowie eine zuverlässige Frühfestigkeitsentwicklung zunehmend anspruchsvoller.

Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung zeigen, dass fortschrittliche Zusatzmitteltechnologien geeignet sind, diese Herausforderungen wirksam zu bewältigen. Das neue beschleunigende Fließmittel MasterCO₂re HES 30 zeigt ein deutliches Potenzial zur Steigerung der Frühfestigkeit im Vergleich zu konventionellen Fließmitteln.

Darüber hinaus unterstreichen die Versuchsergebnisse die Vorteile der Kombination von MasterCO₂re HES 30 mit dem Beschleuniger der nächsten Generation Master X-Seed 300 NEXT, wodurch die Frühfestigkeitsentwicklung weiter verbessert werden kann. Die Zugabe von MasterBoost 3000 als dritte Komponente ermöglicht es, das volle Potenzial des Systems auszuschöpfen, und stellt eine flexible sowie hochwirksame Lösung zur Beschleunigung der Hydratation und zur Verbesserung der Festigkeitsentwicklung von klinkerreduzierten Betonen dar.

Wesentlich ist, dass diese Verbesserungen der Frühfestigkeit ohne Beeinträchtigung der Endfestigkeit erreicht werden, wie die vergleichbaren 28-Tage-Druckfestigkeiten aller Mischungen zeigen. Dies bestätigt, dass das vorgestellte Drei-Komponenten-Beschleunigungersystem schnellere Produktionszyklen und eine erhöhte Produktivität in Fertigteilwerken ermöglicht, ohne die für Fertigteilanwendungen erforderliche Effizienz zu beeinträchtigen.

Insgesamt stellt die kombinierte Anwendung von MasterCO₂re HES 30, Master X-Seed 300 NEXT und MasterBoost 3000 eine leistungsstarke und flexible technologische Lösung dar, die es Betonfertigteilherstellern ermöglicht, klinkerreduzierte Zementsysteme erfolgreich einzusetzen und gleichzeitig Effizienz, Leistungsfähigkeit und Prozesssicherheit zu gewährleisten.