Betonové konstrukce jsou základním prvkem moderního stavebnictví, přičemž jejich rozsah sahá od komínových těles po konstrukční prvky, zálivky a výplně. Tato příručka poskytuje komplexní přehled o betonu jako stavebním materiálu, jeho složkách, vlastnostech a metodách navrhování v souladu s platnými normami, zejména Eurokódy.
Beton jako stavební materiál
Beton je kompozitní stavební materiál, který je vyráběn zpravidla z přírodního kameniva a jako pojiva zpravidla cementu. Promícháním těchto složek s vodou vzniká kaše, která tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a procesů. V tomto stavu je označován, jazykově dost necitlivě, jako "čerstvý beton". Po zatvrdnutí si beton zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě. Beton je živý materiál, v čase se často i velmi zřetelně mění (např. v čase). Množství a jeho funkce ve stavební konstrukci mohou být velmi odlišné. Je nezbytné mít představu, jak s uvedenými údaji nakládat, zejména ohledně "filosofie" návrhu a nakládání s ním.
Výhody a recyklovatelnost betonu
Výhodou betonu je jeho recyklovatelnost. Recyklovaný beton lze využít jako kamenivo do betonu nového. V podstatě lze využít technologie používané u klasického drceného kameniva. V případě recyklovaného vyztuženého betonu je třeba zvládnout přítomnost odstraňování ocelových součástí.
Vývoj vlastností betonu
V minulosti došlo k velmi výraznému nárůstu dosažitelných technických vlastností betonu. Beton smíchaný z libovolného kameniva, cementu a vody má špatné vlastnosti a navíc je i drahý. Betonové konstrukce procházejí logicky v této podobě i naší příručkou. Tato příručka upozorňuje na možná úskalí a doporučení norem, výjimky a poznámky, a znění oficiálně vydaného předpisu (včetně případných změn a doplňků). Zaměřuje se spíše na využívání betonu v konstrukci než na další rozvíjení jeho vlastností.
Normativní předpisy a závaznost
Pro navrhování betonových a železobetonových konstrukcí platí základní norma ČSN EN 1992-1-1 s upřesňujícím národním dokumentem. V rámci evropské unie platí technické standardy v oblasti navrhování stavebních konstrukcí. Zásady technické normalizace vycházejí ze zákona č. Technická norma není obecně závazná. Jejich používání je dobrovolné, avšak všestranně výhodné.
Čtěte také: Chodníky z betonu: tipy a triky
Normy ze souboru ČSN a další ze souboru ČSN EN se postupně zavádějí. Předpokládá se, že od 1. 2010 bude platit pouze soubor norem ČSN EN. Konfliktní normy budou zrušeny. Konfliktní normy budou zrušeny, pokud je v nich obsažena. Normy pro provádění konstrukcí (např. Kamenivo do betonu), úroveň 4 - obsahuje normy pro zkoušení materiálů (např. ztvrdlého betonu, ČSN EN ISO 15630-3 Zkušební metody).
Závaznost v technické normalizaci
Technická norma není obecně závazná. Zásady technické normalizace vycházejí ze zákona č. zákona č. 490/2009 Sb. Určené normy jsou ty, na které se odvolává technický předpis. Lze jen doporučit, aby všichni ve vlastním zájmu dodržovali zejména ta ustanovení ČSN, která se týkají ochrany oprávněného zájmu, tzn. prostředí. Česká technická norma se nestává závaznou, dokud není stanovena jako závazná technickým předpisem. Normová hodnota je podle § 6 vyhl. č. 268/2009 Sb. stanovena nařízením vlády (např. k nařízení vlády č. specifikace a kritéria shody cementů pro obecné použití), zákon č. výrobků a změně některých zákonů v § 3 odst. mezinárodních smluv. Uvedení na trh produktu, který vyhovuje harmonizovaným českým technickým normám, lze považovat za bezpečný. Není-li tomu tak, pak je ČSN povinná. Tímto způsobem výrobek splnil obecnou povinnost zavádět na trh jen bezpečné výrobky. V některých případech jde o pouhé upozornění na existenci určité ČSN - pak nejde o ustanovení povinnosti tyto ČSN dodržovat.
Složky betonu
Norma ČSN EN 206-1 stanovuje požadavky pro složky betonu, vlastnosti čerstvého a ztvrdlého betonu a jejich ověřování, mezní hodnoty složení betonu a specifikaci betonu. Dále předepisuje požadavky pro dodávání čerstvého betonu, postupy řízení výroby, kritéria shody a hodnocení shody.
Cement
Cement je jemně mletý anorganický materiál, který po smísení s vodou vytváří kaši, která tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a procesů. Cement musí mít hydratační teplo za 7 dní nejvýše 270 kJ.kg-1 (např. agresivním vodám, parám a plynům). Pro konstrukce, kde je výztuž chráněna pouze betonem, vyhovují cementy dle ČSN EN 197-1 CEM I. Pokud je zabezpečena a doložena dostatečná alkalická rezerva v betonu, lze použít i směsné cementy.
Typy cementu a pevnostní třídy
Normy evropského standardu pro cementy jsou ve stadiu ověřování. Norma ČSN EN 197-1 definuje celkem 27 různých výrobků ve vícenásobných skupinách a pěti hlavních typech s pevnostními třídami. Označení 32,5 je pro cementy s deklarovanými vlastnostmi. K dispozici je cement s nízkým obsahem chromu VI (tj. relativní vlhkosti vzduchu (max. 75 %)). Deklarovaná účinnost redukčního činidla je 90 dnů.
Čtěte také: Vlastnosti betonových podlah
| Typ cementu | Označení | Charakteristika |
|---|---|---|
| Portlandský cement | CEM I | Zpravidla pro obecné použití |
| Portlandský směsný cement | CEM II | Směsi portlandského slínku a dalších složek |
| Vysokopecní cement | CEM III | S vysokým podílem vysokopecní strusky |
| Pucolánový cement | CEM IV | S vysokým podílem pucolanitu |
| Směsný cement | CEM V | Kombinace různých složek |
Bezpečnostní aspekty cementu
Cement je podle zákona č. 221/2004 Sb. ze dne 14. v platném znění, jako látka dráždivá s označením Xi. Podle přílohy č. části I této vyhlášky je používání látky označené č. cementu omezeno. Cement je látka, která ve spojení s vodou dráždí kůži, ale také může po smísení s vodou uvolňovat alergeny. Je třeba zajistit, aby nedocházelo k rozprašování, a používat respirátor. Po práci je nutné umýt pokožku teplou vodou s mýdlem a použít vhodný reparační krém. Účinky cementu ve spojení s vodou mohou mít za následek postižení vodního prostředí.
Kamenivo
Kamenivo tvoří největší objem vyráběného betonu. Volba kameniva by měla zaručit, že jeho podíl na vyplnění objemu bude co největší. Při výběru druhu kameniva, zrnitosti a kategorií je důležité zvážit minimální mezery a výrobní zařízení. Dále je nutné vzít v úvahu, jak bude beton dopravován. Kamenivo pro hlazený povrch betonu se vybírá s ohledem na specifické požadavky. Velikost zrn kameniva d/D je menší než 1,4. Směrné křivky zrnitosti jsou uvedeny v informativní příloze L ČSN EN 206-1 Změna Z3.
Požadavky na kamenivo
Požadavek ČSN EN 206-1 se vztahuje i na kamenivo recyklované. Kamenivo do betonu musí být vhodné pro zamýšlené použití v betonu a splňovat specifikované použití (prEN, EN, Evropské technické osvědčení, národní norma nebo předpis). Mezní hodnoty obsahu sloučenin síry (např. ale také dusičnany a ostatní halogenidy, kromě fluoru), obsahu reaktivního křemene (v ČR se vyskytuje ojediněle), organických látek (uhlík, organické látky ovlivňující tvrdnutí betonu) a radioaktivity jsou stanoveny vyhláškou SÚJB č. 307/2002 Sb.
Druhy kameniva
- Přírodní kamenivo: Je obvykle méně nákladné.
- Drcené kamenivo: Vzhledem k nutnosti drcení a třídění je podstatně dražší. Využijeme ho pro betony vyžadující vyšší pevnost.
- Recyklované kamenivo: Recyklát typu 1 lze použít v betonu pevnostní třídy v tlaku nejvýše C 12/15, avšak pouze do 5 % z celkového množství kameniva. Je třeba posoudit, zda je recyklát vhodný, a zvážit škodlivé účinky alkalicko-křemičité reakce.
- Lehké kamenivo: Sem patří expandovaný perlit (drobné a jemné kamenivo), vermikulit nebo jiné výplňové materiály (např. hmota, expandovaný polystyrén). Je nutné brát v úvahu jeho deklarované vlastnosti (např. záření).
Voda
Voda je nezbytnou složkou betonu, ovlivňuje hydrataci cementu a zpracovatelnost betonu. Pro záměsovou vodu lze použít i vodu získanou recyklací v betonárně. Voda pro ošetřování betonu (voda ošetřovací) musí splňovat podmínky příslušné normy (ČSN EN 1008). Při výrobě provzdušněných betonů je obsah suspendovaných látek v záměsové vodě důležitý (např. sedimentací). Celkové množství chloridů vnesených vodou do betonu musí být menší než 1% z celkové hmotnosti kameniva v betonu.
| Typ vody | Popis | Použití |
|---|---|---|
| Pitná voda | Voda z vodovodu | Obecné použití |
| Recyklovaná voda | Voda získaná recyklací v betonárně | Záměsová voda |
| Ošetřovací voda | Voda pro ošetřování betonu | Zajištění hydratace |
| Voda s omezeným obsahem chloridů | Pro betony s ocelovou výztuží | Předcházení korozi |
Přísady
Přísady upravují některé důležité vlastnosti čerstvého nebo ztvrdlého betonu. Vhodnost přísad je obecně prokázána, pokud vyhoví EN 934-2. Pro dosažení požadovaných vlastností je nezbytné dokonalé rozptýlení přísad v připravované směsi, což vyžaduje vysokou kvalitu míchání složek. Přísady mohou být předem rozředěny v záměsové vodě.
Čtěte také: Betonové květináče pro dům i zahradu
Kombinace přísad
Při použití několika přísad jsou informace od výrobců vesměs nedostatečné. Je důležité ověřit, zda kombinace přísady s kteroukoliv jinou přísadou kteréhokoliv jiného výrobce nezhoršuje některou z vlastností betonu nad přijatelnou mez a nezhoršuje trvanlivost betonu. Pro celkovou dávku max. 60 g/kg cementu (vč. zvláštního prokazování vlivu na vlastnosti a trvanlivost betonu) nebo použití více přísad 80 g/kg cementu je obvykle požadováno zvláštní prokazování vlivu na vlastnosti a trvanlivost betonu.
Typy přísad
- Změkčovadla a superplastifikátory: Zlepšují zpracovatelnost betonové směsi. Oba typy se liší intenzitou účinnosti. Tyto přísady mohou prodloužit transport betonové směsi na delší vzdálenosti.
- Provzdušňovací přísady: Vytvářejí vzduchové póry velmi malých rozměrů v objemu směsi. Zvýšení objemu vzduchových pórů v betonu může mít za následek zvýšení trvanlivosti betonu, zejména pro použití (např. do přímého styku s vnějším prostředím).
- Urychlovače tvrdnutí: Zvyšují počáteční pevnost betonu a rychlost jejího nárůstu. Tyto přísady obvykle snižují (nikoliv ve významné míře) konečné pevnosti.
- Zpomalovače tvrdnutí: Prodloužují čas, po který je betonová směs zpracovatelná. Jejich použití je doporučeno v letních měsících a při betonáži velkých konstrukcí.
- Stabilizátory: Prodlužují dobu zpracovatelnosti betonové směsi bez významného znehodnocení vyšším množstvím záměsové vody. Jsou vhodné pro betony, kde se při očekávaném způsobu zpracování očekává segregace štěrku a písku.
- Plošně aktivní látky: Používají se pro speciální vlastnosti betonu.
- Přísady pro injektování: Zvyšují tekutost a snižují odlučování vody z čerstvého betonu.
- Přísady pro betonování pod vodou: Zajišťují kohezivitu čerstvého betonu (metoda kontraktor). Betonování pod vodou eliminují (offshore structures), nebo se provádí dvoufázové betonování.
Příměsi
Příměsi jsou jemně mleté anorganické materiály, které se přidávají do betonu v množství řádově srovnatelném s dávkou cementu. Mohou se podílet na tvorbě pevného kamene, nebo zlepšovat zpracovatelnost betonové směsi a hutnost betonu. To umožňuje snížit dávku cementu při takto dosažené hutnosti. Tyto příměsi výrazně uplatňují zejména u stříkaných betonů.
Typy příměsí
- Přírodní horniny: Mletý vápenec, resp. filler - s největší velikostí zrna do 1 mm.
- Umělé příměsi: Vysokopecní struska, popílek, silikový prach, resp. nebo metakaolin (kaolin zpracovávaný speciální teplotní úpravou).
Koncepce k-hodnoty
Koncepce k-hodnoty je vhodná pro použití popílku a křemičitého úletu a odkazuje na používání příměsi pro výrobu betonu podle EN 206-1. Vzorec pro vodní součinitel je voda / (cement + k × příměs). Skutečná hodnota k závisí na konkrétní příměsi. Použít se musí v množství, které bylo použito při průkazních zkouškách.
Navrhování betonových konstrukcí
Navrhování betonových konstrukcí se řídí Eurokódy, které poskytují obecná pravidla pro pozemní a inženýrské stavby. Výukové texty, příklady a pomůcky do cvičení dle 2. generace Eurokódů poskytnou vyučující.
Základní principy návrhu
Cílem předmětu je seznámit studenty se základy technologie výroby betonové směsi a s faktory ovlivňujícími její vlastnosti. Vysvětlit technologii provádění betonových konstrukcí a jejich armování, kontrolu jakosti a metody zkoušení. Dále naučit studenty navrhovat jednoduché betonové prvky pro základní případy namáhání a zděné konstrukce. Studenti po úspěšném absolvování předmětu znají zásady navrhování betonových prvků (krytí výztuže, stykování výztuže) a zásady návrhu dle Eurococodu. Umí navrhnout a posoudit betonové prutové konstrukce na základní druhy namáháni (tlak, ohyb a smyk). Dále umí navrhnout a posoudit jednoduché zděné konstrukce. Umí stanovit složení betonové směsi a zná technologické postupy výroby betonu a orientuje se v příměsích ovlivňujících vlastnosti betonové směsi.
Rozměry průřezu
- Rozměr h je rozměr průřezu ve směru roviny rámu, tj. v rovině působících ohybových momentů rovinného rámu.
- Rozměr b je rozměr průřezu kolmo na rovinu rámu.
Poznámka: Souřadný systém (daný osami y a z, osa x prochází těžištěm prutu) na obrázcích průřezů je lokální souřadný systém prutu nikoliv celé konstrukce.
Krycí vrstva výztuže
Minimální betonová krycí vrstva je cnom = cmin + Δcdev, kde cmin = max (cmin,b ; cmin,dur +Δcdur,g - Δcdur,st - Δcdur,add; 10 mm). Δcdev je obvykle 10 mm pro monolit a 5 mm pro prefabrikát.
Návrh výztuže
Návrh výztuže se provádí s ohledem na poměrný ohybový moment, mechanický stupeň vyztužení a staticky nutnou plochu výztuže. Výška tlačené oblasti se kontroluje s ohledem na třídu betonu a ovinutí tlačené zóny betonu třmínky. Světlá vzdálenost prutů musí být taková, aby beton mohl být řádně uložen a zhutněn tak, aby byla dosažena odpovídající soudržnost výztuže s betonem. Třmínky musí být účinně zakotveny a mají svírat úhel 90° se střednicí prvku.
Únosnost v protlačení
Maximální hodnota únosnosti v protlačení by měla být omezena nejen maximální únosností betonové diagonály vztahem νRd,max=0,4·ν·fcd, ale i maximální únosností smykově vyztuženého průřezu. Pro ohýbané prvky s významnou tahovou normálovou silou je doporučená hodnota cot θ = 1 (resp. θ = 45°). Pro ohýbané prvky s významnou tlakovou normálovou silou a předpjaté prvky je doporučená hodnota v intervalu 1,0 ≤ cot θ ≤ 2,5 resp. (45°≤ θ ≤ 21,8°).
Šířka trhlin a průhyb
Pokud v železobetonových konstrukcích při kvazistálé kombinaci nevznikají trhliny, ale vznikají při časté nebo charakteristické kombinaci, uvažuje se při výpočtu trhlin při kvazistálém zatížení napětí ve výztuži σs, stanovené v průřezu porušeném trhlinou při tomto kvazistálém zatížení. Průhyb vypočtený při kvazistálém zatížení nemá překročit hodnotu 1/250 rozpětí. Při stupních vyztužení ρ < 0,5% doporučuje se stanovit průhyb výpočtem.
Provádění betonových konstrukcí
Provádění betonových konstrukcí je klíčové pro dosažení požadované kvality a trvanlivosti. Je nutné dodržovat pravidla betonářských prací, specifikované podmínky prostředí a minimalizovat segregaci a odlučování vody z čerstvého betonu. Důležité je také správné zhutňování, ošetřování a další (viz např. ČSN EN 13670-1).
Trvanlivost betonu
Minimální trvanlivost konstrukce je obvykle 50 let pro běžné konstrukce a 100 let pro dopravní a jiné významné stavby. Trvanlivost je ovlivněna mnoha faktory, včetně vlivu prostředí. Klasifikace vlivu prostředí zahrnuje:
- Bez nebezpečí koroze nebo narušení
- Koroze vlivem karbonatace
- Koroze vlivem chloridů, ne však z mořské vody
- Koroze vlivem chloridů z mořské vody
- Chemické působení
- Koroze vlivem mechanického působení (obrus)
Při návrhu je nutné zvážit konkrétní podmínky (projektantem, technologem dodavatele) a odolnost proti vlivům chloridů a karbonatace.
tags: #betonove #konstrukce #informace #a #priklady