Beton je v současnosti nejpoužívanější stavební materiál. Vzhledem k širokému spektru uplatnění betonových podlah v různých podmínkách, kterým jsou vystaveny, se používá mnoho různých typů betonů. Cílem návrhu betonu je dosažení požadovaných vlastností čerstvého betonu (zpracovatelnost, odolnost proti rozmísení, segregaci, pocení, čerpatelnost) a kvalitativně vysokých fyzikálně-mechanických vlastností zatvrdlého betonu. Základním kritériem je dosažení požadované pevnosti v tlaku po 28 dnech zrání.
Pro zajištění trvanlivosti při nepříznivých klimatických vlivech jsou betony navrhovány s požadavkem na mrazuvzdornost a odolnost proti chemickým rozmrazovacím látkám. Velmi důležitým požadavkem je trvanlivost betonů vystavených různým typům vnějších vlivů (klimatické podmínky, chemicky agresivní prostředí atd.). Dalším důležitým požadavkem je zabránění vzniku smršťovacích trhlin v době zrání betonu, což znamená snížit objemové změny betonu.
Základní složky betonu a jejich význam
Základními složkami pro výrobu betonu jsou kamenivo, cement a voda. Doplňkovými složkami jsou přísady a příměsi do betonu.
Cement
Cement je polydisperzní partikulární anorganická látka s hydraulickými vlastnostmi, která po smíchání s vodou tuhne a tvrdne. Po zatvrdnutí na vzduchu nebo ve vodě zachovává svoji pevnost a stálost. Hydraulické tvrdnutí je důsledkem hydratace vápenatých silikátů a aluminátů. Technická norma EV 197-1 definuje požadavky na normalizovanou (28denní) a počáteční (2 a 7denní) pevnost v tlaku, počátek tuhnutí a objemovou stálost. Betony vyrobené z těchto cementů jsou více náchylné pro vznik smršťovacích trhlin vlivem nadměrných objemových změn a mají rychlejší nárůst a hodnoty hydratačních tepel. V pojmu hydratace jsou zahrnuty všechny jevy a změny chemické a fyzikální, které nastávají, přechází-li cement z nestabilní soustavy (dehydratovaná) stykem s vodou a jejím působením na soustavu stabilní (hydratovanou).
Kamenivo
Kamenivo zaujímá ve struktuře hutného betonu 75 až 80 % objemu a jeho hlavní funkcí je vytvoření pevné kostry v betonu s minimální mezerovitostí. Kameniva pro výrobu betonu lze dělit na přírodní nebo umělá. Z hlediska trvanlivosti betonu a technologie zpracování čerstvého betonu je důležité, aby kamenivo neobsahovalo látky, které způsobují ve styku s cementovým tmelem nežádoucí objemové změny, vedoucí k vnitřnímu napětí, a tím porušování struktury betonu, což může způsobit pokles pevnosti betonu.
Čtěte také: Interiérové dveře Tišnov a okolí
Přísady
Přísady jsou chemické sloučeniny, které se přidávají během míchání do betonu v množství do 3 % z hmotnosti cementu za účelem modifikace vlastností čerstvého nebo ztvrdlého betonu. Moderní technologie betonu se orientuje na využívání přísad a často se hovoří o „chemizaci technologie betonu“. Současná technologie transportbetonu se bez plastifikačních přísad vlastně neobejde a betony tříd vyšších jako C 16/20 se pro konzistence stupně S3 až S4 vyrábí s různými typy plastifikačních přísad.
Betonování v zimě: Kdy je možné a kdy už riskujete
Mnoho stavebníků se často ptá, zda je možné pokračovat betonování i v zimních měsících, kdy venkovní teploty mohou klesnout pod bod mrazu. Práce s běžnými betony je vhodná do zhruba +5 až +7 °C. Jakmile teploty klesnou pod tuto mez, je třeba s betonáží zcela skočit či alespoň v nutných případech sáhnout po speciálně upravených zimních betonech. Nízké teploty komplikují hydrataci betonu, který následně neschne a tvoří se praskliny. S klesajícími teplotami se hydratace zastavuje úplně.
ČSN 73 2400 Provádění a kontrola betonových konstrukcí (r. 1986, neplatná): tato norma určovala, že teplota betonové směsi (čerstvého betonu) nesmí klesnout před uložením do bednění pod +10°C a na počátku tuhnutí musí být nejméně +5°C. Norma pro výrobu betonu ČSN EN 206 předepisuje, že teplota čerstvého betonu v době ukládání nesmí být menší než +5° C.
Právě hydratace cementu je důvod, proč se u zimního betonování tolik řeší teplota, ochrana a správný postup. Při smíchání cementu s vodou dochází k reakci "hydrataci," při které se cement mění na tuhou látku. Hydratace je exotermní reakcí, tj. dochází při ní k uvolnění tepla, které urychluje proces tuhnutí betonu. Hydratační proces se však u běžných cementů zastavuje již při teplotách pod +5 °C.
Vliv mrazu na beton
Betonování v mrazu je problematické především proto, že voda obsažená v čerstvém betonu může začít mrznout dřív, než beton získá potřebnou pevnost. Jakmile voda zmrzne, proces tuhnutí se zpomalí nebo úplně zastaví a beton se nedokáže správně „uzamknout“. Rizikem nejsou jen dlouhodobé mrazy - i krátkodobý noční pokles teplot pod nulu může čerstvě uložený beton nenávratně poškodit, pokud není dostatečně chráněn. Zvlášť nebezpečné je střídání denních a nočních teplot, kdy beton přes den částečně tvrdne, ale v noci opakovaně promrzá.
Čtěte také: Kalkulátor spotřeby marmolitu
- Voda obsažená v čerstvém betonu při mrazu zamrzá, rozpíná se a narušuje vnitřní strukturu betonové směsi.
- Proces tuhnutí a tvrdnutí se výrazně zpomaluje nebo zcela zastavuje, takže beton nedosáhne potřebné pevnosti.
- Opakované střídání teplot nad a pod nulou způsobuje vznik mikrotrhlin, které oslabují celou konstrukci.
- Beton může na první pohled působit pevně a neporušeně, ale postupně ztrácí pevnost, odolnost i životnost.
- Bez správné ochrany po uložení hrozí trvalé poškození betonu, které se už nedá dodatečně napravit.
Mráz působící na hydratující beton způsobí změnu skupenství vody z kapalného na pevné, čímž dojde k nárůstu objemu o cca 9 %. Vytvořením ledových krystalů ve struktuře betonu vznikne porušení cementového tmelu a nenávratné porušení hydratující cementové matrice. Po opětovném ohřátí a pokračování hydratace beton není schopný nabýt požadovaných pevností a je znehodnocen.
Zrání betonu v zimě
Zrání betonu v zimním období probíhá výrazně pomaleji než v teplejších měsících, protože nízké teploty zpomalují chemické procesy, které jsou pro tvrdnutí klíčové. Zatímco v létě může beton dosáhnout základní pevnosti během několika dnů, v zimě se tento proces často prodlužuje na týdny, což má přímý vliv na načasování dalších stavebních prací. Při betonování mezi 5 °C a 15 °C nehrozí riziko snížené pevnosti betonu, avšak beton hydratuje pomaleji a normové konečné pevnosti dosahuje déle než v 28 dnech. Za limitní je považována teplota 5 °C, při které dochází k výraznému zpomalení hydratace. Při teplotě 0 °C a níže dochází téměř k zastavení procesu hydratace.
Ochranná opatření a postupy pro betonování v mrazu
Pokud je nutné pokračovat v betonování i při nízkých teplotách, existují některá ochranná opatření, která lze přijmout. Negativní vliv nízkých teplot při betonáži a v době tuhnutí a tvrdnutí betonu lze kompenzovat použitím vhodné receptury betonové směsi. I betonárny jsou na betonování v zimě technologicky vybavené. Při výrobě a dopravě betonu používají nejen teplou vodu, ale často i ohřáté kamenivo. Když je potřeba spustit hydratační procesy betonu při nižších teplotách, používají se betony s větším vývinem hydratačního tepla. Řešením je využití cementů s vyšším obsahem slínku. Vhodný je portlandský cement typu CEM I nebo směsný portlandský cement typu CEM II. Doporučuje se také používat cementy, které mají rychlý náběh počátečních pevností.
Izolace a tepelná ochrana
Ihned po uložení musíme beton odizolovat od okolního prostředí rohožemi, geotextiliemi, polystyrénovými deskami či jiným izolantem. Dále je nutné celou konstrukci chránit tak, aby teplota na povrchu betonu neklesla pod 0°C po dobu 72 hodin nebo dokud není pevnost betonu v tlaku vyšší než 5 MPa. Po uložení betonu do konstrukce je nutné jej chránit vhodnými opatřeními tak, že teplota povrchu betonu neklesne pod + 5 °C dokud beton nedosáhne pevnosti, při které může odolávat mrazu bez poškození (obvykle > 5 MPa, záleží na třídě betonu, - orientačně po dobu min. Aby beton správně vyzrál a neztratil své vlastnosti, je nutné mu vytvořit vhodné podmínky - nejčastěji pomocí zakrytí izolačními rohožemi, plachtami nebo temperováním prostoru. Smyslem těchto opatření je udržet beton co nejdéle v prostředí nad bodem mrazu, aby hydratace cementu mohla nerušeně pokračovat a beton dosáhl požadované pevnosti a životnosti.
Při betonování při nočních mrazech je nutné beton chránit okamžitě po uložení, ještě dříve, než začne chlad pronikat do hmoty. Samotné zakrytí povrchu často nestačí - stejně důležité je zabránit proudění studeného vzduchu, které beton rychle ochlazuje a zvyšuje riziko jeho poškození. Ideální je kombinace izolačních dek a ochranné fólie. Izolace udrží teplo vznikající při zrání betonu, fólie ho ochrání před vlhkostí a mrazem zároveň.
Čtěte také: Tipy pro výběr kvalitní firmy na betonovou desku
Speciální směsi a přísady
Pro zimní betonování existují speciální betonové směsi a přísady, často označované jako „beton do mrazu“, které urychlují tuhnutí a snižují bod tuhnutí vody v čerstvém betonu. Pro zlepšení hydratačních procesů lze do betonové směsi přidat přísady, které snižují množství záměsové vody a díky tomu urychlují tuhnutí a tvrdnutí betonu. Pro betonování v zimě se pak používají i speciální zimní přísady do betonáže. Právě betonové přísady fungují jen jako doplněk správné technologie, nikoliv jako náhrada pečlivé ochrany a následné péče o čerstvý beton.
Dusičnan vápenatý jako přísada
Při betonáži za nízkých teplot bývá beton v raných fázích hydratace vystaven zmrazovacím cyklům. Kromě obecně známých pravidel, která jsou doporučena při betonáži za nízkých teplot, existuje možnost aplikace přísady dusičnanu vápenatého. Prvotní aplikace dusičnanu vápenatého do betonu pochází ze Skandinávie, tedy z oblasti, kde je kratší stavební sezóna a vznikla poptávka hledat varianty, jak realizovat betonáž i za teplot pod bodem mrazu.
Vliv dusičnanu vápenatého na rychlost hydratace betonu byl prokázán několika studiemi. Ogunbode (2011) ve své studii prezentoval, že již přidání 1 % dusičnanu vápenatého z hmotnosti cementu zkrátí počátek a konec tuhnutí betonu o 20 % ve srovnání s betonem referenčním. Chikh (2007) ve své práci rozšířil vliv dusičnanu vápenatého na počátek a konec tuhnutí pro různé typy cementu. Zatímco u směsi obsahující cement kategorie CEM I zkrátil dusičnan vápenatý dobu počátku a konce tuhnutí o cca 5 %, v případě cementu CEM II, který vykazuje pomalejší hydrataci a nižší vývin hydratačního tepla, byla doba počátku a konce tuhnutí redukována o 25 %.
Kičaitė (2017) ve své práci prezentoval vliv dusičnanu vápenatého v množství 1 %, 2 % a 3 % z hmotnosti cementu na rychlost hydratace při teplotách limitních pro hydrataci, tj. 5 °C. Z uvedených grafů (obr. 1 a obr. 2) je zřejmé, že dusičnan vápenatý výrazně zkracuje dobu počátku a konce tuhnutí, a to i v případě hydratace za nízké teploty. Tato skutečnost umožňuje využít dusičnan vápenatý jako přísadu, která urychlí hydrataci, zvýší vývin hydratačního tepla a umožní provádět betonáž konstrukce i za nízkých teplot. Dusičnan vápenatý v betonu způsobuje vápenatým iontem rychlejší tvorbu hydroxidu vápenatého.
Dosavadní provedené studie stanovují optimální množství dusičnanu vápenatého jako 5 % z hmotnosti cementu, avšak toto je vhodné ověřit na cementech běžně dostupných v ČR. Nižší množství dusičnanu vápenatého v betonové směsi přispívá pozitivně k 28denním pevnostem, zatímco vyšší množství značně zvyšuje pevnosti v raném stadiu hydratace a negativně působí na pevnosti 28denní.
Orientační teploty pro betonování v zimě
Následující tabulka slouží jako orientační přehled, podle kterého snadno posoudíte, zda jsou aktuální teplotní podmínky pro betonování ještě přijatelné, nebo už představují výrazné riziko. Uvádí základní doporučení pro jednotlivé teplotní rozsahy a pomůže vám rozhodnout, kdy lze betonovat běžným postupem a kdy je nutné beton chránit, použít přísady, nebo práce raději odložit.
| Teplota vzduchu | Možnost betonování | Doporučení |
|---|---|---|
| Nad +5 °C | Bez omezení | Běžný postup |
| 0 až +5 °C | S opatrností | Zakrytí a ochrana betonu |
| 0 až -5 °C | Rizikové | Přísady, izolace, temperování |
| Pod -5 °C | Nedoporučeno | Odložit betonáž |
Výhody a nevýhody betonování v zimě
Zimní betonování není jen technická otázka, ale také rozhodnutí, které ovlivní tempo stavby, náklady i výslednou kvalitu konstrukce. Než se do betonáže v chladném období pustíte, je dobré zvážit všechna pro a proti.
Kdy zimní betonování dává smysl
- Umožňuje pokračovat ve stavbě bez nutnosti čekat na jarní oteplení a zdržení harmonogramu.
- Často nižší vytížení stavebních firem, což může znamenat lepší dostupnost termínů.
- Menší riziko příliš rychlého vysychání betonu vlivem vysokých teplot.
S čím je potřeba počítat
- Zvýšené riziko poškození betonu mrazem při nedostatečné ochraně po uložení.
- Výrazně pomalejší zrání betonu, které může zdržet další stavební práce.
- Vyšší náklady na ochranu betonu, izolaci, temperování nebo použití přísad. Mnohé betonárny navyšují v období od listopadu do března cenu betonu o 5 až 10 % kvůli potřebným zimním opatřením. Betonování při teplotě pod 5 °C se prodraží kvůli nutnému použití betonu vyšší pevnostní třídy nebo přidávání zimních přísad. A budete-li chtít betonovat při teplotách -5 až -10 °C, prodraží se realizace až o desítky procent. V takovém případě musí totiž betonárna výrazně upravit recepturu betonu a přidat do něj superplastifikátory, které výrazně urychlí tuhnutí.
Nejčastější chyby při betonování v zimě
Betonování v zimním období svádí k řadě kompromisů, které se ale často vymstí až s odstupem času. Nejčastější chybou je podcenění vlivu nízkých teplot a víra, že beton „to nějak vydrží“. Problémy se přitom nemusí projevit hned - místo okamžitého poškození se později objevují praskliny, drolení nebo snížená pevnost konstrukce. Právě proto je lepší zimní betonáž buď provést důsledně a správně, nebo ji raději odložit na vhodnější podmínky.
Nejčastější chyby při zimním betonování:
- Betonáž na promrzlý nebo zledovatělý podklad bez jeho předchozího rozmrazení.
- Podcenění nočních mrazů a absence ochrany čerstvého betonu po uložení.
- Nedostatečné zakrytí betonu, které nebrání úniku tepla ani proudění studeného vzduchu.
- Spoléhání se na krátkodobé oteplení bez ohledu na dlouhodobý vývoj teplot.
- Snaha šetřit na ochraně a izolaci na úkor kvality a životnosti konstrukce.
Ošetřování betonu
Beton v raném stáří se musí ošetřovat a chránit zejména proto, aby se minimalizovalo plastické smršťování a aby se zajistila dostatečná pevnost povrchu. Cílem ošetření je zajistit dostatečnou trvanlivost povrchové vrstvy betonu a jeho ochranu před mrazem, škodlivými otřesy, nárazy a v neposlední řadě i před poškozením. Chceme-li zabránit trhlinám od plastického smršťování na volných površích, musíme před ukončením betonáže celé konstrukce povrch betonu dočasně ošetřovat.
Ošetřování je třeba přizpůsobit řadě okolností (druhu betonu, použitým materiálům, tvaru a rozměrům konstrukce, podmínkám okolního prostředí). Náklady vynaložené na ošetřování betonu jsou objektivně mnohem nižší než náklady na následnou opravu vad z důvodu zanedbaného nebo žádného ošetřování betonu.
Každý den se beton vlivem teploty roztahuje a smršťuje, což vytváří v materiálu napětí. Když se do těchto mikroskopických trhlinek dostane voda a následně zmrzne, led ji ještě zvětší a postupně roztrhá povrchovou vrstvu. Než začne přituhovat, věnujte pár hodin kontrole všech venkovních betonových ploch. Zameťte je, zbavte nečistot a mechu, který zadržuje vlhkost. Drobné spáry a nerovnosti je vhodné vyplnit opravnou maltou nebo tenkou vrstvou cementového tmelu. U větších ploch jako jsou například zámkové dlažby nebo betonových dlaždic se doporučuje i impregnace betonového povrchu. Ta funguje jako ochranný film, který zabraňuje vsakování vody do struktury. Zásadní je používat sůl a chemické prostředky v doporučeném množství. Nežádoucí poměry těchto látek totiž mohou beton narušit a způsobit, že se začne drolit nebo ztrácet barvu. Pokud na betonu zůstává sníh, snažte se ho odstraňovat včas. Zvláštní péči si zaslouží zahradní doplňky z betonu - květináče, lavičky nebo palisády. U nich se doporučuje přes zimu vylít přebytečnou vodu, květináče vyčistit a přikrýt plachtou nebo přesunout pod střechu. Pokud se po zimě přece jen objeví menší praskliny, není nutné hned volat odborníky. Drobné defekty snadno opravíte cementovou směsí nebo opravnou hmotou na beton. Nejlepší ochranou betonu před zimou je prevence. Stačí podzimní údržba, správná impregnace a šetrné zacházení během zimních měsíců.