Beton je vzhledem ke svým technologickým a ekonomickým výhodám nejpoužívanějším konstrukčním materiálem ve stavebnictví. Je to stabilní materiál s vysokou životností, který však vlivem působení vnějších vlivů podléhá korozi. Tu způsobuje například zvýšená agresivita prostředí, zvýšená koncentrace oxidu uhličitého a dalších splodin. Betonu nejvíce škodí účinky střídavého zmrazování a rozmrazování, kdy dochází k poruchám jeho struktury. Poškození mrazem se obvykle objevuje na smáčených vodorovných plochách nebo svislém povrchu vlivem zvětšení objemu vody. Betonová konstrukce proto musí být vhodným způsobem chráněna.
Chemie pro beton představuje klíčovou součást profesionální péče o betonové podlahy a konstrukce. Nejde pouze o čisticí prostředky, ale o širokou škálu specializovaných produktů, které slouží k ochraně, zpevnění, impregnaci, údržbě i renovaci betonových povrchů. Beton je sice pevný a odolný materiál, ale zároveň porézní a náchylný k pronikání vlhkosti, olejů, chemikálií a dalších agresivních látek. Použití správné chemie je zásadní nejen při realizaci nové betonové podlahy, ale i při její následné údržbě a renovaci.
Základní složení a typy betonu
Beton je kompozitní stavební materiál sestávající z pojiva a plniva. Po zatuhnutí pojiva vznikne pevný umělý slepenec. Nejčastějším druhem betonu je tzv. cementový beton (CB), kde je pojivem cement a plnivem kamenivo; dalším materiálem pro výrobu je voda. Beton je materiál vznikající ztvrdnutím směsi několika složek - cementu hrající roli pojiva, kameniva (písek, štěrk, drť) zastávající funkci plniva a vody. Jedná se o velmi odolné, pevné, trvanlivé a spolehlivé stavivo.
Speciálním betonem označujeme beton, který má neobvyklou vlastnost(i), nebo jinak neobvyklé použití. Mezi speciální betony patří například:
- lehký beton
- těžký beton
- rozpínavý beton
- vysoko pevnostní beton
- samozhutnitelný beton
- vláknobeton
- vodotěsný beton
- stříkaný beton
- železobeton (beton obsahující ocelové výztuže)
- sklobeton (materiál složený z portlandského cementu, anorganického plniva a skleněných vláken)
- polymerbeton (moderní materiál složený z organické matrice a anorganického plniva)
Monolitické konstrukce vynikají výbornou přizpůsobivostí a vyhoví tak pro velká rozpětí, výšky a zatížení. Pro všechny tyto vlastnosti je dnes beton nejčastěji používaným stavivem, ze kterého lze vytvářet mimořádně hospodárné a bezpečné konstrukce. Monolitickým propojením vznikají prostorově tuhé soustavy, které spolupůsobí ve všech směrech.
Čtěte také: Zjistěte vše o chemických izolačních pracích
Historie betonu
Vznik betonu a jeho historie sahá až do roku 3600 př. n. l. do starého Egypta, kde byl beton používán pro stavbu sloupů. Tehdy byl beton ještě nazýván umělým kamenem. Pozdější název beton vznikl z francouzského: béton - hrubá malta. Římané používali Opus caementicium, také známý jako „římský beton“ před 2000 lety. Tato směs se sestávala v podstatě z písku, vody, vápna a kamení. Aby byla tato směs tvrdší, byla vyrobena s přidáním sopečného popela, který pocházel z oblasti Pozzuoli, odtud současný název pucolán. Moderní portlandský cement poprvé použil v roce 1756 britský inženýr John Smeaton.
Vlastnosti betonu a jeho výroba
Vlastnosti betonu jsou ovlivňovány poměrem jednotlivých složek a zvláštních vlastností betonové směsi se dosahuje přidáváním příměsí a přísad. Možnosti použití každého materiálu jsou dány jeho vlastnostmi. V případě betonu je uvažujeme odděleně pro obě formy.
Vytvrzený beton se vyznačuje:
- pevností
- voděodolností
- nasákavostí
- mrazuvzdorností
- otěrem
Betonová směs se vyznačuje:
- zpracovatelností
- čerpatelností
- uvolňováním vody
- konzistencí
V betonu během hydratace a tvrdnutí probíhají fyzikální a chemické procesy (provázené uvolňováním tepla), při kterých beton získává mechanickou pevnost a odolnost a vytváří se chemická stabilita v materiálu. Beton neztvrdne tím, že vyschne, ale že postupně během týdnů vykrystalizuje. Tento proces začne asi hodinu po namíchání a čím je tepleji, tím je krystalizace rychlejší. Tento proces nelze nijak zastavit a pokud například beton v automixu zbyde, musí se zlikvidovat. Voda v krystalech betonu nesmí zmrznout, tím je beton zcela znehodnocen. Beton při tuhnutí není závislý na atmosféře a proto tuhne i pod vodou.
Prostý beton je odolný především vůči namáhání tlakem, naproti tomu snese pouze malé tahové zatížení. Proto se beton kombinuje s železnou výztuží - vzniká železobeton. Jako výztuž se používají i kabely, které se napnou a vnáší do betonu tlak - předpjatý beton. Další možností je přidat různá vlákna, drátky apod., vzniká vláknobeton či drátkobeton. Jako příměs je možno použít i moderní materiály, jako jsou uhlíková vlákna, a zvýšit tím pevnost betonu ještě o několik desítek procent.
Kvalita a pevnost betonu
Konečná pevnost betonu je ovlivněna poměrem voda / cement, konstrukčními prvky a mícháním, umístěním a vytvrzovací metodou. Prostý beton s nižším poměrem vody k cementu bude pevnější, než beton tekutý. Celkové množství cementovitých materiálů (portlandský cement, struskový cement, pucolány) může mít vliv na pevnost, na požadavky na vodu, srážení, otěruvzdornost a hustotu. Pevnost betonu závisí především na vlastnostech cementu, dalšími ovlivňujícími faktory jsou vlastnosti vody a kameniva. Beton s větším obsahem cementu (1:2) má za teplého počasí už druhý den téměř poloviční tvrdost.
Čtěte také: Izolace proti vlhkosti
Inženýři obvykle specifikují požadovanou pevnost betonu v tlaku, která je většinou udávána jako tlaková pevnost po 28 dnech uváděná v megapascalech (MPa). Dvacet osm dní je dlouhá čekací doba ke zjištění, zda byla získána požadovaná pevnost, proto se využívá i měření po třech a sedmi dnech, které je dobré pro odhad konečné pevnosti betonu po 28 dnech. 25 % pevnosti dosahují betony mezi 7 a 28 dnem v případech, kdy je použit 100 % běžný portlandský cement, až 40 % pevnosti lze získat přidáním pucolánů a doplňkových cementovitých materiálů, jako jsou popílek či struskový cement.
Vždy když přichází v úvahu použití betonu, musí být učiněno vše pro dosažení maximální pevnosti a tvrdosti. Cement vyžaduje vlhkost, kontrolované prostředí, aby získal sílu a plně vytvrdnul. Tuhnutí cementové pasty připomíná obrácený poločas rozpadu. Zpočátku tuhne poměrně rychle, ale zůstává velmi slabá, a na síle získává v následujících dnech a týdnech. Hydratace a tuhnutí betonu během prvních tří dní je kritické období. Nadměrně rychlé vysušení a smrštění kvůli takovým vlivům, jako je odpařování větrem, může vést ke zvýšenému tahovému pnutí v době, kdy ještě beton nezískal dostatečnou pevnost, což v závěru vede k většímu praskání následkem smrštění.
Chemické přísady a příměsi
Přísady jsou látky přidávané při výrobě betonové směsi, a to v množství nepřesahujícím 5 % hmotnosti cementu. Přidávají se k úpravě vlastností betonové směsi a/nebo ztvrdlého betonu. Jsou to organické nebo anorganické materiály, tekutiny i sypké, které se přidávají do záměsi, aby určitým způsobem pozměnily vlastnosti betonu. Běžně tvoří maximálně 5 % hmotnosti.
Příměsi lze rozdělit na:
- Plastifikační (změkčovadla) - zlepšují zpracovatelnost betonové směsi.
- Zkapalňovací (superplastifikátory) - snižují dávku záměsové vody, urychlují tvrdnutí a zrání, zvyšují pevnost v tlaku i v tahu za ohybu, snižují nasákavost nebo dokonce beton zcela zatěsňují, zvyšují přilnavost.
- Směsi zpomalující/urychlující tuhnutí - urychlují hydrataci, beton rychleji dosáhne počáteční pevnosti. Nejjednodušší je přimíchání vodního skla.
- Provzdušňovací
- Komplexní příměsi
Aditiva jsou neekologické a jemnozrnné přísady. Umožňují nám zlepšit stávající nebo získat nové vlastnosti betonu. Aditiva obvykle tvoří více než 5 % hmotnosti cementu. Aditiva lze rozdělit do dvou typů:
Čtěte také: Účinné metody odstranění plevele z dlažby
- Výplňové kamenivo a pigmenty.
- Dle svých vlastností:
- Hydraulická - mletá granulovaná vysokopecní struska.
- Pucolánová - křemičitý prach a křemičitý popílek.
Křemičitý prach, také známý jako mikrosilika, je obzvláště populární přísada. Pochází z odpadu vznikajícího při výrobě kovového křemíku, ferosilicia a dalších slitin křemíku. Fyzikální a chemické vlastnosti mikrosiliky jsou dostatečné pro získání betonu o pevnosti 100-150 MPa. Skupina PCC je jedním z předních výrobců pro stavební průmysl a nabízí celou řadu specializovaných produktů, jako jsou změkčovadla, superplastifikátory, dispergátory, emulgátory, fluidizéry a smáčedla. Oblíbeným produktem je Betoplast K, provzdušňovací a plastifikační přísada do betonu. Jeho hlavní výhody jsou: zlepšená plasticita, tj. zvýšení mrazuvzdornosti betonu a snížení tření při čerpání betonu.
Penetrace a impregnace betonu
Zpevňovací penetrační nátěr na beton je zcela zásadní. Penetrace betonu je velmi podstatná část finální úpravy minerálních podlah na cementové bázi. Penetrace povrchu betonu vhodným prostředkem a jeho odizolování proti zemní vlhkosti je klíčové. Penetrace je vlastně pronikání nosného média (vody, silikátů a dalších chemikálií) do podkladu. Penetrační hmota obsahuje účinnou látku, která zajišťuje po aplikaci nátěru trvanlivost požadovaných vlastností podkladu. Penetrace betonu a minerálních povrchů se provádí kvůli vlastnostem podkladu a přilnavosti či spojení krycí finální vrstvy. Penetraci lze tedy přirovnat k základovým nátěrům například kovových či metalických povrchů.
Impregnace patří mezi nejčastěji používané chemické přípravky pro betonové podlahy. Impregnační prostředky pronikají do pórů betonu a vytvářejí ochrannou bariéru. Některé typy impregnací zároveň zpevňují povrch a snižují jeho prašnost.
Při použití běžné hydrofobní impregnace dochází k vytvoření povrchového ochranného filmu, který slouží k ochraně prosakování kapalin. Tato hydrofobní ochranná vrstva je bohužel málo odolná proti mechanickému poškození, otěru a postupně tak ztrácí svoje účelové kladné vlastnosti. Impregnace minerálních betonových, cementových, teracových podlah systémem OBTEGO® je založena na principu chemického kotvení do povrchu a spojení se s podkladem díky vzájemné chemické reakci. Toto je možné pouze díky unikátnímu složení impregnačních produktů OBTEGO R-30/R-400/R-50, které jsou založeny na bázi silikátových pojivových složek ve spojení s aktivními částicemi draselných kovů prvku lithium. Tato patentní receptura funguje pouze ve spojení s cementovými bázemi a nelze ji používat univerzálně na kámen, sádru, keramiku, jelikož nedochází k potřebné chemické reakci.
Produkty pro zpevnění betonu
Dnes se jednotlivé silikáty používají v čisté formě, nebo s přísadami k betonu, ke zlepšení tvrdosti a kapilární absorpce vody. K tomuto účelu se používají různé druhy silikátů jako např. vodní sklo, což je prášek křemičitanu alkalického kovu rozpuštěný ve vodě, jako je křemičitan sodný, draselný nebo lithný. Impregnace a následná chemická reakce vytváří ve struktuře pórů stabilní strukturu podobnou sklu = tedy sklovatění.
OBTEGO® P-3 a P-4
- OBTEGO® P-3: Je vysoce reaktivní křemičitan draselný a lithný. Produkt se používá na vytvrzení a zpevnění hlazených betonů, ale rovněž i broušených betonů během procesu broušení. OBTEGO P-3 vytváří hydrát křemičitanu vápenatého (CSH) - póry jsou „zaskleny“ a vytvrzují horní vrstvu betonu. Směs oxidu křemičitého zlepšuje hustotu a tvrdost betonu a snižuje nasákavost i pronikání nečistot.
- OBTEGO® P-4: Systémový přípravek - vytvrzovač a zpevňovač betonu se základním obsahem impregnace (Lithium silikát). OBTEGO® P-4 je vysoce reaktivní křemičitan lithný s integrovanými (základními) ochrannými vlastnostmi. Produkt se používá pro silikaci na cementových površích.
Penetrace betonu proniká hluboko do povrchu, reaguje s volným vápníkem nacházejícím se v betonu, dochází k hydrataci na krystalickou strukturu připomínající sklo a vytváří hydrát křemičitanu vápenatého (CSH). Póry jsou „zaskleny“ a vytvrzují horní vrstvu betonu. Penetrace betonu nezpůsobuje žádné nebo jen nepatrné barevné změny povrchu. Absorpce vody se sníží a povrch zůstává otevřený pro difúzi. Systém penetrace je použitelný pro všechny vápencové povrchy, jako jsou například broušené / leštěné a hlazené betonové podlahy / potěry, teracové dlaždice / teraco, atd.
Produkty OBTEGO AG spadají především do oblasti plnivového - funkčního prvku „Ochrana proti vnikání látek“, přičemž výrobky obsahující silikáty, které mají také mechanické vlastnosti (např. odolnost proti poškrábání). Vodoodpudivá úprava betonu znamená, že póry a kapiláry jsou pouze vykreslené, nikoliv (vy)naplněné. Na povrchu betonu není žádný film. Ošetření betonu za účelem jeho snížení povrchové pórovitosti a zpevnění povrchu.
Profesionální přístup a výběr materiálů
Nejdůležitější je pro správné provedení podkladové úpravy betonových povrchů vhodný výběr penetračního systému. Ten musí vždy chemicky odpovídat konkrétní povrchové úpravě, ale i vlastnostem podkladu a ideálně jeho chemickému složení. Do penetračního nátěru je dokonce možné přidat trochu barvy, kterou budeme později povrch natírat či finálně uzavírat. Pozor - nevhodný je výběr penetrace od takzvaných odborníků ze stavebních super a hypermarketů.
Penetrace betonu, penetrace betonových podlah, repase betonových podlah, čištění a ochrana betonových podlah vyžaduje vhodné a odpovídající technologické zázemí prováděcí kamenické firmy a dlouhodobé zkušenosti a poznatky z oblasti vývoje a změn stavebního a kamenického trhu. Díky rychlým změnám z hlediska technologického vývoje to je vskutku náročná disciplína, jelikož se materiálová a technologická nabídka obměňuje.
Impregnace betonu, repase betonových podlah a čištění betonových podlah vyžaduje pro renomované kamenické a řemeslné práce kvalitní a profesionální vybavení. V mnoha případech se setkáváme s tzv. nízkonákladovými nabídkami za super a nejnižší cenu, což je z našeho hlediska neetické chování tzv. levných firem, kteří se nebojí lhát a klamat spotřebitele a dělat nekvalitní práci.
Inspekce a hodnocení tvrdosti
Penetrace betonu, penetrace betonových podlah a inspekce betonových podlah zkoumá a hodnotí také tvrdost povrchového materiálu betonové podlahy dle Mohsovy stupnice tvrdosti, která vyjadřuje schopnost jednoho materiálu rýt do druhého. Byla vytvořena německým mineralogem Friedrichem Mohsem a slouží pro určení tvrdosti látek.
Před aplikací stěrek, nátěrů nebo ochranných systémů je nutné betonový podklad správně připravit. Ochranné laky a uzavírací přípravky vytvářejí na povrchu betonu souvislou vrstvu, která zvyšuje odolnost proti mechanickému i chemickému zatížení. Uzavřený povrch je méně nasákavý, lépe se čistí a je odolnější proti tvorbě skvrn. Při práci s chemickými přípravky je nutné dodržovat bezpečnostní pokyny výrobce a používat vhodné ochranné prostředky. Důležité je také dodržení doporučeného dávkování, doby působení a technologických postupů. Správně zvolená a pravidelně aplikovaná chemie je nedílnou součástí dlouhodobé péče o betonové podlahy.
Tabulka typických chemických přísad a jejich účinků
Následující tabulka shrnuje běžné chemické přísady používané v betonu a jejich hlavní účinky na vlastnosti betonové směsi a ztvrdlého betonu.
| Typ přísady | Hlavní složky | Účinky na betonovou směs | Účinky na ztvrdlý beton |
|---|---|---|---|
| Plastifikátory | Organické polymery | Zlepšení zpracovatelnosti, snížení obsahu vody | Zvýšení pevnosti, hustoty |
| Superplastifikátory | Vysokomolekulární polymery | Výrazné snížení obsahu vody, vysoká zpracovatelnost | Výrazné zvýšení pevnosti, snížení nasákavosti |
| Zpomalovače tuhnutí | Soli hydroxykarboxylových kyselin | Prodloužení doby zpracovatelnosti | Menší hydratační teplo, zvýšená odolnost |
| Urychlovače tuhnutí | Chlorid vápenatý, alkalické silikáty | Zkrácení doby tuhnutí | Rychlejší dosažení počáteční pevnosti |
| Provzdušňovací přísady | Povrchově aktivní látky | Zvýšení mrazuvzdornosti, zlepšení čerpatelnosti | Zvýšená odolnost proti cyklům zmrazování/rozmrazování |
| Pucolány (Příměsi) | Popílek, struska, mikrosilika | Zlepšení zpracovatelnosti | Zvýšení dlouhodobé pevnosti, snížení propustnosti vody |
| Impregnace na bázi silikátů | Křemičitan draselný/lithný | Pronikání do pórů, chemická reakce | Zpevnění povrchu, snížení nasákavosti, ochrana proti otěru |
tags: #chemie #zpevneni #betonu #informace