Beton je jedním z nejpoužívanějších stavebních materiálů na planetě. Přestože se zdá být po vytvrzení bezstarostnou horninou, ve skutečnosti vyžaduje pravidelnou péči a pozornost. Zadržování vody a praskání znamená, že betonové konstrukce, jako jsou budovy, silnice a mosty, vyžadují neustálou údržbu a opravy. Tento článek se zaměřuje na technologické možnosti, jak urychlit dosažení požadovaných vlastností betonu a zvýšit jeho pevnost pomocí jeho složení a správných technologických postupů.
Faktory ovlivňující rychlost nárůstu pevnosti betonu
Rychlost nárůstu pevnosti betonu závisí na vnitřních (endogenních) a vnějších (exogenních) činitelích. Obecným vnitřním činitelem je receptura betonu (druh a množství cementu a přísad, vodní součinitel). Mezi vnější činitele patří klimatické podmínky a technologie zpracování.
Vnitřní činitelé
Použitý cement
Použitý cement zásadním způsobem ovlivňuje rychlost náběhu pevností betonu v čase. V zimním období je rychlost náběhu pevností betonu v konstrukci výrazně ovlivněna i vývojem hydratačního tepla cementu.
Cement je hydraulické pojivo, tedy jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši tuhnoucí a tvrdnoucí i pod vodou, a to v důsledku hydratačních reakcí. Při styku s vodou dochází k jeho rozpuštění a následné krystalizaci (tuhne a tvrdne), čímž se vytváří pevná a zároveň pružná vazba mezi zrny plniva (kameniva). Po zatvrdnutí si zachovává svou pevnost a stálost.
Cementy se podle ČSN EN 197-1 dělí na pět druhů (CEM I až CEM V). Při označení cementů se udává druh cementu, třída cementu a doplňující označení písmeny blíže specifikujícími jejich složení, resp. normalizovaná pevnost cementu v tlaku (v souladu s ČSN EN 196-1: 2005 Metody zkoušení cementu). K výrobě konstrukčních betonů se nejčastěji používá cement portlandský (CEM I), troskoportlandský (CEM II) nebo vysokopecní (CEM III).
Čtěte také: Inspirace pro vyšší plot
Portlandský cement rychle tvrdne, ale pro vysoký obsah volného vápna není dostatečně odolný proti vodám louhujícím dobře rozpustný Ca(OH)2 a pro vysoký obsah trikalcium-aluminátu ani proti sulfatickým vodám. Směsové cementy obsahují hydraulické příměsi, které zvyšují jejich odolnost proti agresivním vlivům. Jsou však citlivé na nízké teploty. Tvrdnou pomaleji než portlandské cementy, a tedy pomaleji uvolňují i hydratační teplo. Proto se používají na výrobu masivních konstrukcí, kde hrozí porušení integrity betonu nerovnoměrnou distribucí teploty, resp. Třídy cementu v tab. 1 reprezentují 28denní pevnosti v tlaku normových cementových malt podle ČSN EN 197-1.
Nejpoužívanějšími cementy jsou ty s označením 42,5 R, 32,5 R, případně 42,5 N, 32,5 N atd. Přičemž označení R značí, že se jedná o rychlý cement, N značí normální cement. Číslo udává pevnost po 28 dnech. Pro svépomocné stavebníky je nejběžnější cement 32,5, protože jde o univerzální, směsný cement. Tyto cementy mají vyšší odolnost vůči chloridu, solím atd. Cement 42,5 je pak spíše pro profíky.
Použité přísady
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.
Plastifikátory a Superplastifikátory
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.
Typ plastifikační přísady ovlivňuje zejména počátek tuhnutí a tvrdnutí betonu. Superplastifikátor také výrazně snižuje množství potřebné záměsové vody, a to o 15 až 40 %. Aplikace superplastifikátorů vede zpravidla k nárůstu pevnosti betonu nejen při redukci dávky vody, ale také při konstantním vodním součiniteli. V literatuře se uvádí zvýšení pevnosti téměř o 75 až 80 procent.
Čtěte také: Tipy pro zvýšení betonového plotu
Superplastifikátory na bázi SMF (sulfonované melamin-formaldehydové kondenzáty) obecně zkracují začátek a dobu tuhnutí. Pro zimní období jsou k dispozici superplastifikační přísady s urychlujícím účinkem. Betony s těmito přísadami jsou značeny jako varianta R. Jejich účinek je v urychlení počátku tuhnutí a tvrdnutí.
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.
Urychlovací přísady
Urychlovací přísady jsou látky, které ovlivňují chemicky nebo fyzikálně-chemicky proces hydratace cementu, což vede k urychlení tuhnutí a tvrdnutí betonu. Požadavky na míru urychlení mohou být velmi rozdílné v závislosti na účelu použití těchto přísad. Urychlovací přísady lze výhodně používat při betonování v zimním období. Urychlovací přísady s extrémním účinkem se používají při výrobě stříkaných betonů, různých těsnicích směsí a jiných materiálů určených k opravám a sanacím betonových konstrukcí.
MasterSet a Master X-seed
Produktová řada MasterSet a Master X-seed umožňuje výrobcům betonu upravovat dobu tuhnutí a tvrdnutí betonu podle podmínek jednotlivých projektů výběrem odpovídající dávky přísad.
MasterX-Seed 100 je suspenze synteticky vyráběných krystalových zrn, která obsahují nanočástice. Tato technologie, která je založená na jedinečné a inovativní „seeding technology“, významně urychluje nárůst krystalů CSH fází. MasterX-Seed 100 výrazně urychluje proces hydratace v první fázi (6-12 hod.). MasterX-Seed 100 zajišťuje vývoj pevností při nízké a normální teplotě prostředí, a stejně tak i při vyšší betonové směsi. Na rozdíl od tradičních metod jako proteplování betonu tato technologie spočívá na unikátnímu modelu působení, který podporuje nárůst krystalů na povrchu cementových zrn - vývoj pevností je urychlen, a současně konečná mikrostruktura poskytuje srovnatelné nebo zlepšené vlastnosti oproti proteplovanému betonu.
Čtěte také: Nastavení mezery mezi nadpisem a horní lištou v Blogspotu
SikaRapid® C-100
SikaRapid® C-100 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. 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. SikaRapid® C-100 lze kombinovat s mnoha dalšími přísadami Sika. Nepoužívejte SikaRapid® C-100 v kombinaci s expandujícími, anebo smrštění redukujícími přísadami.
Zpomalovací přísady
Zpomalovací přísady jsou látky, které zpomalují tuhnutí a tvrdnutí cementu. Zpomalení hydratačních procesů se využívá tehdy, když doba od výroby po zpracování betonu je relativně dlouhá a vyžadovanou konzistenci čerstvého betonu je třeba udržet co nejdéle. Tyto případy mohou nastat při přepravě betonu na velké vzdálenosti nebo při betonování tvarově složitých a hustě vyztužených, případně špatně přístupných konstrukcí, kde ukládání betonu trvá poměrně dlouho. Tento problém může nastat v letních měsících při vysokých teplotách ovzduší, v důsledku čehož dochází v normálním betonu k velmi rychlé ztrátě zpracovatelnosti.
Zpomalení hydratace cementu má svůj význam i při betonování masivních konstrukcí. Použitím zpomalovacích přísad lze zabránit nadměrnému ohřátí těchto konstrukcí vlivem hydratačního tepla, což by mohlo vést ke vzniku trhlin v důsledku teplotní dilatace. Použití zpomalovacích přísad vede ke snížení počátečních (jednodenních) pevností.
Vodní součinitel
Rychlost vývinu pevnosti betonu nezávisí jen na vlastnostech cementu a přísad, ale též na vodním součiniteli. Pevnost betonu roste rychleji s nižším vodním součinitelem než u betonu s vyšším vodním součinitelem, přičemž rychlost vývinu pevnosti ovlivňují podmínky ošetřování betonu, především teplota.
Dobu tvrdnutí významně ovlivňuje vodní součinitel betonu. Čím více je v betonu vody, tím déle tvrdne. Mimo to je betonová konstrukce náchylná na tvorbu trhlin vlivem nadměrného smršťování betonu.
Kamenivo
Pro výrobu betonu je ideální říční tříděný písek frakce 0-4 mm. Nejjemnější, tedy kopaný písek používáme jako přísadu do malt a omítek. U štěrku saháme po frakci 4-16 mm nebo 8-16 mm.
Matrice by měla být tvořena převážně kamenivem a cement by měl být pouze jako doplněk a lepidlo, které kamenivo spojí. To je nejslabší článek betonu. To znamená, že čím máme lepší frakční složení kameniva, tím lepší bude výsledný beton.
Dále záleží na tom, zda máte kamenivo kulaté nebo těžené, které je ostrohranné. Každé se pak používá za jiným účelem. Pro konstrukční betony je lepší použít drcené kamenivo, které je ostrohranné. To se do sebe lépe zasekne a beton má lepší pevnost.
Vnější činitelé
Klimatické podmínky
Teplota je pro beton jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících jeho kvalitu. Teplota okolí má významný vliv na rychlost hydratace a kvalitu betonu. Optimální teplota pro zrání betonu se pohybuje nad +5 °C, ideálně mezi +10 °C a +25 °C.
Při nízkých teplotách se hydratace cementu zpomaluje a beton tuhne pomaleji. K podstatnému zpomalení dochází už při teplotě +5 °C. Pokud beton dosáhne teploty nižší než +5 °C, proces tuhnutí se takřka zastaví. V důsledku toho se zpomaluje i vývoj pevnosti betonu a prodlužuje se doba k dosažení potřebných pevností. Pokles teploty pod 0 °C může mít navíc velmi nepříznivý (až fatální) vliv na strukturu betonu, a tedy i na jeho vlastnosti. Pokud čerstvý beton zmrzne, voda v něm obsažená zvětší svůj objem a může trvale narušit jeho strukturu, což vede k nevratnému snížení pevnosti. V zimním období je proto nutné betonovat pouze pokud lze zajistit teplotu nad +5 °C po celou dobu raného zrání.
Při vyšších teplotách se tuhnutí betonu výrazně zrychluje. Ideální teplota pro betonování je v rozmezí 15 - 25 °C. Při této teplotě dochází k optimálnímu procesu zrání betonu. Čím je teplota vyšší, tím beton rychleji tvrdne. Vysoké teploty a vítr zrychlují odpařování vody z povrchu. To zvyšuje riziko vzniku smršťovacích trhlin a neúplné hydratace povrchové vrstvy. V horkém počasí je nutné věnovat ošetřování betonu zvýšenou pozornost (intenzivnější vlhčení, zakrytí fólií).
Dobu tvrdnutí betonu ovlivňuje výše zmíněná teplota okolního prostředí, ale také jiné povětrnostní podmínky, jako je intenzita větru a slunečního záření, které se podílí na rychlosti odpařování vody z konstrukce. To je však v mnohých případech nežádoucí a betonovou konstrukci je třeba před slunečním zářením chránit přikrytím plachtou či kartonem.
Technologie zpracování betonu
Dalším činitelem, který ovlivňuje rychlost nárůstu pevnosti betonu, je technologie zpracování betonu.
Míchání betonu
Proč je třeba se tomuto tématu věnovat v samostatném článku, když se to zdá být tak jednoduché? Protože se to jednoduché opravdu jen zdá. Vše, co na stavbě k namíchání betonu potřebujeme, je míchačka, písek, štěrk, cement, voda a plastifikátor. S postupujícím vývojem se totiž mění jak technologie celé stavby, tak i jednotlivých materiálů jako je například cement. Bylo by tedy velkou chybou míchat beton bez použití plastifikátoru.
Jako první je dobré dát do míchačky vodu, aby se trochu zvlhčila. Co se týká poměru ostatních ingrediencí, záleží vždy na typu betonu, pevnostní třídě a receptuře. Ta se mění v závislosti na typu cementu, kameniva atd. Takže univerzální recept na poměr ingrediencí říct nelze.
Při míchání betonu rozlišujeme 3 jeho typy. Pro každý typ používáme jiný poměr vstupních surovin.
- Pro 1 m3 základového betonu potřebujeme 250 kg cementu. Při přepočtu na lopaty je to cca 1 díl cementu, 2 díly písku, 3 díly štěrku a odpovídající množství vody.
- Pro 1 m3 konstrukčního nosného betonu potřebujeme 350 kg cementu. Přepočet na lopaty je pak 1 díl cementu, 2 díly písku, 2 díly štěrku a odpovídající množství vody.
- A pro betonový potěr v množství 1 m3 potřebujeme 300 kg cementu. Přepočet na lopaty je 1 díl cementu, 4 díly písku a odpovídající množství vody.
Následující tabulka ukazuje přibližné poměry složek pro různé typy betonu na 1 m³:
| Typ betonu | Cement (kg) | Písek (díly) | Štěrk (díly) | Voda (orientačně) |
|---|---|---|---|---|
| Základový beton | 250 | 2 | 3 | Odpovídající množství |
| Konstrukční nosný beton | 350 | 2 | 2 | Odpovídající množství |
| Betonový potěr | 300 | 4 | - | Odpovídající množství |
Hutnění betonové směsi
Během ukládání betonové směsi je nutné provést hutnění. Způsob hutnění je volen podle druhu použité směsi a typu betonované konstrukce. Míra zhutnění má přímý vliv na výslednou pevnost betonu. Hutněním je potřeba minimalizovat objem kavern (prázdná místa) a to z dalšího důvodu - objem betonu, zejména ve stěnových konstrukcích, vyvíjí svou vlastní váhou vysoký tlak.
Významným procesem je hlavně zhutňování betonu, které ovlivňuje zvýšení počáteční i konečné pevnosti betonu. Čerstvý beton je možné zhutňovat staticky (působením tlaku) nebo dynamicky (nárazy, vibrací) nebo kombinací obou způsobů. Nejpoužívanější technologie zhutňování na staveništi jsou: pěchování, ubíjení, vibrování a vakuování.
Ošetřování betonu
Ošetřování betonu po provedení je nejdůležitějším procesem. Správné ošetřování čerstvého betonu je klíčové pro dosažení jeho maximální pevnosti a trvanlivosti a pro minimalizaci rizika vzniku trhlin. Cílem je zabránit předčasnému odpařování vody z povrchu betonu, zejména v prvních dnech po pokládce, a zajistit tak dostatek vlhkosti pro úplnou hydrataci cementu. Nejkritičtějších je prvních 7 dní.
O to, aby měl beton dostatek vlhkosti se můžete postarat několika způsoby. Nejjednodušší metodou je zakrytí povrchu betonu neprodyšnou PE fólií ihned po zavadnutí povrchu (aby se fólie nelepila). Fólie zadržuje vlhkost odpařující se z betonu a udržuje povrch vlhký. Okraje fólie je třeba zatížit nebo přilepit, aby pod ni neproudil vzduch.
Kromě toho lze povrch betonu pravidelně jemně kropit vodou, aby byl neustále viditelně vlhký. Toto je nutné provádět několikrát denně, zejména v teplém a větrném počasí, a to po dobu prvních 3 až 7 dnů. Pozor na příliš silný proud vody, který by mohl vyplavit cement z povrchové vrstvy.
Dalším způsobem je zakrytí povrchu betonu savým materiálem (geotextilie, jutová pytlovina), který se udržuje neustále vlhký. Tato metoda zajišťuje rovnoměrnější vlhčení než přímé kropení.
Nedostatečné ošetřování vede k rychlému vysychání povrchové vrstvy. Hydratace se v této vrstvě zastaví, výsledkem je měkký, drobivý povrch s nízkou pevností a vysokou náchylností ke vzniku smršťovacích trhlin.
Ošetřování betonu tedy není pasivní čekání, ale aktivní proces péče, který je stejně důležitý jako správné namíchání směsi. Investice času a úsilí do důkladného ošetřování se mnohonásobně vrátí v podobě kvalitní a trvanlivé podlahy bez povrchových vad.
Moderní přístupy ke zvýšení pevnosti a životnosti betonu
Nanotechnologie
Pomocí aplikace nanotechnologie se objevují nové metody pro zlepšení vlastností betonu. Například nedávná studie publikovaná v časopise Journal of Building Engineering zjistila významné zlepšení výkonu betonu použitím povlaku oxidu grafenu. Studie konkrétně zkoumala ochranný účinek grafenoxidu na beton a jeho schopnost bránit pronikání vody a iontů.
Práce zahrnovala nanášení 9mg vrstvy oxidu grafenu na vzorky betonu buď stříkáním, štětcem nebo ponořením. Analýza vzorků pro absorpci vody, propustnost par a kapilární absorpci zjistila, že nanopovlaky snížily objemový a kapilární příjem vody přibližně o 40%, respektive 57%.
Vědci také použili skenovací elektronový mikroskop (SEM) k hodnocení kvality povlaku po 90 dnech a provedli „Infračervenou spektroskopii s Fourierovou transformací (FTIR) k vyhodnocení jakýchkoli molekulárních změn a test rychlé propustnosti chloridů (RCPT) k vyhodnocení stupně koroze v důsledku pronikání chloridů.“ Výsledky všech testů byly slibné a byla provedena další práce k zlepšení betonu, které lze dosáhnout přidáním nanoproduktů do směsí, na rozdíl od použití pouze povlaku.
Dřívější studie již ukázaly, že oxid grafenu může po přidání do směsi zvýšit odolnost betonu i mechanickou pevnost. A zatímco při použití jako konkrétní přísada může být problémem dispergovatelnost nanomateriálů, nanotechnologický časopis AzoBuild uvádí: „… oxidační funkce oxidu grafenu způsobily, že se ve vodě snadněji disperguje než jakýkoli jiný nanomateriál.“ Zpráva AzoBuild také uvádí nedávnou studii, která „se konkrétně zaměřila na zahrnutí oxidu grafenu do betonových kompozitů s přírodním jemným a hrubým kamenivem. Studie zjistila, že zabudování oxidu grafenu s různým procentním obsahem může snížit zpracovatelnost, ale výrazně zvýšit pevnost v tlaku (21 až 55%) a pevnost v tahu (16 až 38%).“ Časopis však také poznamenává: „Velkou nevýhodou přidávání oxidu grafenu k materiálům na bázi cementu je snížená zpracovatelnost v důsledku vlastností jeho povrchu a bočnice, které mají tendenci absorbovat vodu.“
Hydrofobní nátěry a impregnace
Moderní přístupy ke snižování nákladů na údržbu a prodlužování životnosti betonu zahrnují aplikaci hydrofobních nátěrů, které omezují průnik vody a zamezení škod, které mohou být způsobeny chloridovými ionty, které jsou běžné ve veřejných vodovodech.
Stavební technologie se dnes opírá o tři hlavní metody, z nichž každá má různou úspěšnost v závislosti na podmínkách a použitých materiálech:
- Nanesení souvislého filmu, který pokryje povrch betonu.
- Vytvoření „hydrofobní impregnace“ povrchových částic za vzniku vodoodpudivého betonu.
- Vytvoření ochranné bariéry nebo filmu „impregnací“ rozpustných povrchových složek.
Opravy a zpevnění starého betonu
Starý beton časem ztrácí svou pevnost a objevují se na něm trhliny nebo se odlupuje. Při těchto drobných opravách si však vystačíte s materiálem, který snadno namícháte doma, a díky správnému postupu se vyhnete dalším prasklinám. Betonové podlahy, schodiště i zídky jsou neustále vystaveny vlivu počasí, soli a mechanickému opotřebení, což postupně oslabuje jejich strukturu. Zpevnění starého betonu není složité, ale vyžaduje pečlivou přípravu podkladu, odstranění vadných částí a volbu vhodného sanačního materiálu. Pouze správná kombinace těchto kroků zajistí, že opravený beton vydrží dlouhodobě a povrch zůstane hladký a pevný.
Příprava a očištění betonu
Prvním krokem je odstranění všech volných a odlupujících se částí. Skvěle k tomu poslouží elektrické kladivo, sekáček nebo vysokotlaký čistič. Při odhalení ocelové výztuže je nutné ji očistit od rzi a případně nahradit poškozené části novou výztuží. Tento krok je zásadní, protože nesoudržný beton nebo zkorodovaná výztuž by později snížily pevnost opravy.
Dalším nezbytným krokem je penetrace povrchu, což zajistí dokonalé spojení nové sanační vrstvy se starým betonem. Penetraci nanášejte štětcem rovnoměrně po celé ploše a nešetřete na množství, protože právě na tomto kroku závisí pevnost výsledné vrstvy.
Volba správné směsi a aplikace
Když je podklad připravený, můžete přistoupit k samotné opravě. Pro menší trhliny a povrchové vady se hodí dvousložková tmelová nebo epoxidová hmota, pro větší plochy a výtluky univerzální sanační malta. Materiál nanášejte vždy rovnoměrně, vtlačujte ho do prasklin a pomocí hladítka upravte povrch do roviny.
Pro zpevnění starého betonu a zvýšení jeho pevnosti až trojnásobně lze použít směs speciálního cementového pojiva s příměsí polymerů. Takový materiál zajistí nejen pevnost, ale i pružnost, čímž se výrazně sníží riziko vzniku nových prasklin. Nanášení se provádí ručně i strojově, v závislosti na rozsahu opravy. Na svislé plochy je lepší hmota vtlačovaná lžící nebo hladítkem, což umožňuje rovnoměrné zapracování do podkladu. Po nanesení nechte vrstvu řádně vytvrdnout, a pokud je beton vystaven venkovním podmínkám, aplikujte i hydroizolační nátěr.
tags: #zvýšení #pevnosti #betonu