Cement je velmi důležitou složkou v betonu a má rozhodující vliv na to, že se v podstatě vytvoří tuhá hmota, která stmeluje kamenivo, štěrk nebo písek v tvrdý, odolný a pevný beton. Samozřejmě mu v tom pomůže další důležitá složka a tou je voda. Tuhnutí a tvrdnutí jsou z hlediska vlastností čerstvé betonové směsi a betonu zcela odlišné pojmy, což může někoho mást. Jsou dokonce odlišné i z hlediska fyzikálně chemických procesů, které probíhají v různých fázích hydratace minerálů v cementových zrnech. Tuhne vždy a jen pouze čerstvá betonová směs a při tvrdnutí se jedná o pevnost již ztuhlého betonu.
Hydratace cementu
Právě hydratace je obecně řečeno reakce, při které cement bude reagovat ve spojení s vodou. Když se totiž tyto dvě složky smíchají, dochází k chemické reakci a ke vzniku jemných krystalků, které začnou mezi sebou různě prorůstat. Je pravdou, že tento proces hydratace není v samotném začátku vůbec vidět, pouze mikroskopem by se dal dobře zaznamenat. V tomto případě je vidět, jak voda obklopí cementové zrno a začne rozpouštět nerostné složky. Z vody se poté stává přesycený roztok a z něho se začnou vylučovat nově tvořící se krystalky nerostných látek. Tyto krystalky se začnou různě proplétat a vytváří jakousi síťovinu.
Celkově při hydrataci cementu se uvolňuje teplo, které zahřívá tuto cementovou hmotu. To ale také má na svědomí odpařování vody ze směsi a tím způsobuje objemové změny. Aby hydratace v tomto případě byla co nejúčinnější, tak je zapotřebí, aby probíhala při teplotě 15°C - 20°C.
Tuhnutí betonu
Tuhnutí je proces, při kterém cementová hmota houstne. Pokud se podíváme na tuhnutí betonu, tak se jedná o chemický proces, při kterém směs vody a cementu tvoří cementovou kaši, která ve finále tuhne na pevnou hmotu. I v tomto případě jsou zde platné normy, které stanovují dobu, která určí, kdy beton umístit do bednění, a to samozřejmě dříve, než začne tuhnout.
Regulace doby tuhnutí
Doba tuhnutí se reguluje již při samotné výrobě a mletí cementu, a to přidáním sádrovce, maximálně 5 % hmotnosti cementu. Je to z toho důvodu, že je nutné počátek tuhnutí oddálit kvůli zajištění potřebné doby na výrobu betonové směsi, ale také se musí počítat s dopravou, uložením a nakonec i zpracováním. Z čerstvého betonu se poměrně rychle odpařuje voda a tento proces opět začíná již v době jeho míchání, v podstatě se dá říci, že ve stejný okamžik, kdy začíná proces tuhnutí. Udržení dostatečného obsahu vody v betonu rozhoduje o udržení požadované doby zpracovatelnosti v uvedené třídě. Je to rovněž hodně závislé na konkrétních podmínkách, teplotě prostředí a betonu.
Čtěte také: Jak dlouho tvrdne beton?
Tvrdnutí betonu
Tvrdnutí následuje po tuhnutí betonu a je to proces, při kterém začíná ztuhlá cementová směs nabývat na pevnosti. Hlavní část postupného tvrdnutí probíhá do 28 dnů. Samotné tvrdnutí nejde přerušit, jelikož se jedná o proces. Úplnou pevnost dosáhne beton po 28 dnech. Po týdnu bude pevnost betonu na více než 80 % deklarované hodnoty.
Faktory ovlivňující tvrdnutí betonu
Tvrdnutí betonu je závislé na krystalizaci cementového pojiva a tento proces začíná již hodinu po namíchání směsi.
- Teplota: Čím je teplota nižší, tím je zrání betonu delší. Nikdy by nemělo dojít k zamrznutí vody v krystalech betonu, zvláště pokud chcete betonovat v chladnějších měsících. I v případě, že teploty neklesnou pod bod mrazu, beton bude tvrdnout mnohem pomaleji než za standardních podmínek.
- Přísady a příměsi: Především se jedná o chlorid vápenatý, který zkracuje čas tuhnutí, což má výsledný vliv na celkové tvrdnutí betonu.
Betonování v zimním období
Největším nepřítelem betonování v zimním období jsou samozřejmě nízké teploty. Při nich dochází ke zpomalení hydratace betonu, a tak přestává schnout. Technologický proces betonování je pevně zakotven v normách, konkrétně např. v ČSN 73 2400. Podle ní nesmí teplota povrchu betonu klesnout pod 5 °C po dobu nejméně 72 hodin. To ale nutně neznamená, že se při nižších teplotách nedá pracovat s betonem. Betonování je možné i při venkovních teplotách pod 5 °C.
Při betonování v zimě vás čeká obtížný úkol - musíte zajistit, aby po dobu 2 až 3 dnů neklesla teplota tuhnoucího betonu pod 5 °C. Po této době (resp. ve chvíli, kdy bude pevnost betonu nad 4 MPa) se beton stane mrazuvzdorným. Hydratační teplo se rovněž využívá v zimním období, kdy je nezbytně nutné betonovat, ačkoliv se to nedoporučuje. V tomto případě by teploty neměly klesnout pod bod mrazu. Poté toto teplo přispívá k tomu, aby zde byla optimální teplota a tvrdnutí probíhalo podle jistých pravidel. V souladu s požadavky platné normy ČSN EN 206-1 změna Z3 kapitola 5.2.8. nesmí být teplota čerstvého betonu v době jeho dodávání menší než +5 °C. Pokud se požaduje jiná minimální teplota betonu nebo se požaduje maximální teplota, pak musí být uvedena s dovolenými odchylkami. 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.
Opatření pro zajištění teploty betonu v zimě
Je však nutné přijmout speciální opatření, která přinesou zajištění požadované teploty při jeho výrobě i tuhnutí a tvrdnutí. 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. V některých případech se přistupuje i k aktivní ochraně foukáním horkého vzduchu pod zaplachtovanou konstrukci či zapnutím elektrického ohřevu umístěného v bednění. Vývoj stavebních materiálů jde stále kupředu. Díky tomu je možné betonovat až do venkovních teplot -10 °C.
Čtěte také: Využití urychlovačů tvrdnutí
Náklady na betonování v zimě
Rozhodnete-li se pro realizaci základové desky v zimním období, musíte počítat s vyššími náklady. 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. Pokud se beton nechá zmrznout, dojde k jeho zničení. Při teplotách vzduchu pod -10°C nedoporučujeme provádět ukládání betonových směsí. Čerpání betonových směsí je možno do -5°C.
Přísady do betonu
Moderní betonové směsi obsahují kromě kameniva, cementu, vody a přísad také různé chemické příměsi. Ty jsou sice vždy zastoupené v nejmenším množství, ale dokážou zásadně změnit vlastnosti 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. Použití plastifikátorů a urychlovačů je pak při betonování v zimním období zásadní.
Plastifikátory
Plastifikátor je chemická látka, díky které snadno připravíte vysokopevnostní beton tekuté konzistence při nízké spotřebě cementu. Protože některé typy dokážou urychlit počátek tuhnutí a tvrdnutí betonu, přidávají se do směsí pro betonování za nízkých teplot. Plastifikační příměsi neutralizují povrchové napětí. Ve výsledku tak způsobují elektrostatické odpuzení zrn cementu, díky kterému je proces hydratace pomalejší. Po určitou dobu si tak beton s přidaným plastifikátorem zachová svou plasticitu. Plastifikátory betonových směsí využijete i při přípravě betonu svépomocí a v menším množství. V některých případech je použití plastifikátoru volitelné - stavebníkům usnadní práci a minimalizuje riziko vzniku trhlin a dalších vad. Své místo má při betonování podlah s podlahovým vytápěním (díky schopnosti nivelace), stejně tak při výrobě předpjatých a armovaných betonů. Většina urychlujících přísad tak spojuje oba dva účinky.
Typy plastifikátorů
Podle chemického složení rozdělujeme plastifikátory do 4 základních skupin.
- Ligninsulfonáty: Jsou dodávány ve formě hnědého prášku či kapaliny. Protože se vyrábí z odpadu, který vzniká při výrobě papíru, jsou dostupné. Z toho důvodu se v minulosti využívaly nejčastěji. Nevýhodou je však jejich náročnější dávkování - aby byl plastifikátor efektivní, měl by se do směsi po přidání záměsové vody doplnit se zpožděním.
- Sodné a vápenaté soli: Jsou dodávány ve formě prášku nebo hnědé kapaliny. Jde o sodné nebo vápenaté soli, které zpožďují tuhnutí směsi. Neplní tak funkci urychlovače a nejsou primárně určené jako prostředek pro betonování v zimě. Vzhledem k vyššímu obsahu sušiny jsou cenově dostupné, navíc směs po přidání nenapěňují.
- Melaminové plastifikátory: Obvykle se vyrábí ve formě nažloutlé nebo čiré kapaliny. Mohou mít i podobu bílého prášku. Ve srovnání s běžně používanými naftalenovými plastifikátory nezpožďují tuhnutí.
- Polykarboxylátové superplastifikátory: Obvykle jsou vyrobené na bázi modifikovaných polykarboxylátů. Vyznačují se opravdu vysokým plastifikačním účinkem, kterým překonávají běžné plastifikátory. Superplastifikátor také výrazně snižuje množství potřebné záměsové vody, a to o 15 až 40 %.
Dávkování plastifikátorů
Pokud víte, jak správně namíchat beton, samotné přidání plastifikátoru pro vás bude jednoduché. Příměs můžete doplnit buď rovnou do hotové cementové směsi, nebo do záměsové vody. Dodržujte dávkování doporučené výrobcem. Například u plastifikátoru a urychlovače DenBraven doporučuje výrobce dávkování 0,75 l na 100 kg cementu při teplotě do -5 °C. Při přípravě betonu nesmí teplota klesnout pod 5 °C. Protože však směs s urychlovačem a plastifikátorem rychleji tuhne, může být nízkým teplotám vystavena mnohem dříve než směsi bez příměsí.
Čtěte také: Teplota a pevnost betonu
Urychlovače tvrdnutí
Urychlovače fungují na podobném principu jako plastifikátory. Existují urychlovače tvrdnutí do betonových směsí, které již při nízké dávce zajišťují výrazný nárůst počátečních pevností betonu cca do 24 hodin. Následně se výrazně zvýší počáteční manipulační pevnosti betonu. Zkracuje dobu, po které je možné odbednění monolitických betonových konstrukcí. Neobsahuje chloridy a je proto vhodný do vyztužených a předpjatých betonů. V případě zrání betonu při očekávaných záporných teplotách vyšší dávka urychlovače zajistí ochranu betonu proti poškození mrazem. Odpovídá EN 934-2, T7 - Přísady urychlující tvrdnutí.
Příkladem je SikaRapid® C-100, který je speciálně určen pro všechny aplikace, kde je vyžadováno rychlé dosažení počátečních pevností nebo kde je rozhodující dosáhnout vysokých počátečních pevností během prvních pár hodin. Je vhodný pro základové konstrukce, opěrné stěny, monolitické stropy, konstrukce inženýrských staveb, vodního hospodářství aj. SikaRapid® C-100 musí být skladován v originálních, neotevřených a nepoškozených obalech, v suchu a za teplot +5 °C až +30 °C. V případě zmrznutí a/nebo vysrážení produktu, může být SikaRapid® C-100 použit po pomalém rozmrznutí při pokojové teplotě a intenzivním promíchání. SikaRapid® C-100 lze kombinovat s mnoha dalšími přísadami Sika. Nepoužívejte SikaRapid® C-100 v kombinaci s expandujícími, anebo smrštění redukujícími přísadami. SikaRapid® C-100 se přidává do záměsové vody nebo lze přidat přímo do míchacích zařízení. SikaRapid® C-100 lze přidat i do domíchávače přímo na stavbě. V tomto případě je nutné dodržet následující: maximální otáčky minimálně 1 minutu na 1 m3 betonové směsi a minimálně 5 minut pro dosažení homogenní směsi. Důležité upozornění: Vždy proveďte potřebné zkoušky před použitím kombinace produktů ve specifických směsích a kontaktujte Technický servis Sika CZ, s.r.o.
Zpomalovače tuhnutí
Zpomalovače mají opačný efekt než urychlovače.
Díky plastifikátorům a další dostupné chemii snadno zlepšíte kvalitu betonu, i když si jej budete připravovat sami. S profesionální technikou vám půjde práce dobře od ruky. Míchačky i další vybavení pro stavbu vám v naší půjčovně nářadí IZOMAT rádi poskytneme.
Shrnutí doby tvrdnutí betonu
| Čas | Dosažená pevnost betonu | Poznámka |
|---|---|---|
| 1 hodina po namíchání | Začátek krystalizace | Proces tvrdnutí začíná |
| 16 hodin | Nízká počáteční pevnost | Nelze zatěžovat, riziko pohybu |
| 2-3 dny | Nad 4 MPa | Beton se stává mrazuvzdorným, teplota nad 5°C musí být zajištěna |
| 1 týden | Více než 80% deklarované pevnosti | Zatěžování betonu je možné, ale s opatrností |
| 3-4 týdny | Cca 70% deklarované pevnosti | Doporučená doba pro plné zatížení |
| 28 dnů | Úplná pevnost betonu | Dosažení finální deklarované pevnosti |
tags: #chemie #tvrdnutí #cementu