Voda je jednou ze základních složek betonu, bez níž nemůže vzniknout. Plní tři úlohy: umožňuje hydrataci cementu, zpracovatelnost čerstvého betonu a slouží k ošetřování betonu po dobu nezbytnou k nabytí potřebných fyzikálně-mechanických charakteristik.
Kromě pitné vody, která je použitelná bez omezení, je potřeba při použití ostatních typů složení vody vyzkoušet a pravidelně kontrolovat. Ve vodě podzemní i povrchové se mohou vyskytnout náhlá zvýšení koncentrace látek nepříznivě působících na vlastnosti betonu.
Zvláštní pozornost je třeba věnovat i vodě získané při recyklaci v betonárně. V této vodě se vyskytují stopová množství přísad, jemné částice zhydratovaného cementu a jemné podíly z použitého kameniva. Je důležité vodu použít k výrobě betonu na stejné betonárně a pokud možno ji zpracovat v co nejkratším časovém úseku.
Při výrobě betonu je potřeba voda k hydrataci cementu a voda k zajištění konzistence. Vlastní hydrataci cementu zajišťuje dávka vody v množství cca 25 % hmotnosti cementu. Další vodu je pak potřeba dodat k dosažení požadované konzistence.
Je třeba mít na paměti, že množství vody ovlivňuje i konečné vlastnosti betonu, kterými jsou především odolnost a pevnost, a současně celkovou hutnost betonu související s jeho porozitou. Velmi zjednodušeně lze říci, že čím je v betonu více vody v poměru k cementu (vyšší vodní součinitel), tím je vyšší porozita, nižší hutnost a tím je i nižší odolnost a pevnost betonu.
Čtěte také: Výběr betonu pro základové pasy
Po uložení do konstrukce se beton nachází v tzv. raném stáří a je potřeba neprodleně zahájit jeho ošetřování po dobu nezbytně nutnou. Mezi nejčastější prostředky ošetřování betonu patří v celé jeho historii prokazatelně voda.
Když se betonová konstrukce ocitne v provozu, nezbaví se působení vody, a to jak příznivého, tak nepříznivého. Zejména konstrukce vystavené vnějšímu prostředí se setkávají s přímým působením vody v různých formách, jakými jsou mlha, déšť, odstřiky, zemní vlhkost, tlaková voda, proudící voda, led či mořská voda.
Na to je třeba dbát ve fázi projektu betonové konstrukce i při volbě a specifikaci použitého betonu. Voda totiž může být:
- transportní médium pro ionty či sloučeniny, a to oběma směry,
- transportní médium pro částice způsobující mechanické poškození betonu (obrus),
- médium pro nastartování korozivních procesů v betonu.
Je tedy žádoucí s vodou i v případě výroby zacházet rozumně a šetrně. Zároveň je třeba řešit působení vody a v ní obsažených látek na beton včas již ve stadiu projektování.
Vodostavební beton
Vodostavební beton je navrhován zejména pro konstrukce, které jsou dlouhodobě jednostranně vystaveny vodnímu tlaku. Receptury vodostavebních betonů jsou upraveny s ohledem na snížení rizika vzniku trhlin, které nepříznivě ovlivňují vodotěsnost konstrukce. Jako vodostavební je označován takový beton, jehož maximální hloubka průsaku je menší než 50 mm, u některých speciálních typů betonu jen 20 mm. Konstrukce z vodostavebního betonu mohou čelit podzemní vodě a zemní vlhkosti. Vodostavební betony se proto využívají pro realizaci tzv.
Čtěte také: Štěrk a beton: Co potřebujete vědět
PERMACRETE®
Vodostavební beton PERMACRETE® je speciálně navržený pro výstavbu všech druhů vodonepropustných konstrukcí, zejména pak pro konstrukce spodních staveb pozemních budov známých pod pojmem „bílá vana“. Splňuje nejenom přísné požadavky na průsak vody hmotou, ale svým složením pomáhá také omezit množství a šířku trhlin v konstrukci od objemových změn. Toho je docíleno především použitím cementu s nízkým vývinem hydratačního tepla (označení LH), což má pozitivní vliv na průběh teplot po průřezu konstrukce a autogenní smrštění betonu.
Standardní typy vodostavebních betonů PERMACRETE® pokrývají pevnostní třídy C25/30 až C40/50. Průběh nárůstu pevností je dle ČSN EN 206+A2:2021 pomalý. Konstrukce bílých van nejčastěji čelí prostředí s podzemní vodou a zemní vlhkostí. Pro dobré probetonování konstrukce a správnou fixaci těsnících prvků ve spárách je vhodné použít beton tekutější konzistence. PERMACRETE® se standardně vyrábí v konzistenci S4 se zvednutou horní mezí (sednutí Abramsova kužele 160-230 mm), . Dobré zpracovatelnosti je dosaženo použitím moderních superplastifikátorů, nikoliv použitím vody. Ředění betonu na staveništi vodou je přísně zakázáno, neboť dojde ke zhoršení všech parametrů betonu, mezi nimiž je i schopnost zadržet vodu.Betony PERMACRETE® jsou navrženy pro konstrukce s požadavkem na snížený vývoj hydratačního tepla. Omezení maximálních teplot v jádře betonové konstrukce umožňuje snížení teplotních gradientů v konstrukci (rozdílů teplot mezi jádrem a povrchem konstrukce) a tím omezení rizika vzniku trhlin v konstrukci. Pro vodonepropustné konstrukce jsou největším rizikem trhliny. Trhliny vznikají od napětí vzniklého od smrštění betonu, kterému beton nedokáže vzdorovat ať už svojí pevností v tahu, nebo vyztužením. PERMACRETE® má omezené jak autogenní smrštění, tak smrštění z vysychání.
Vodopropustný beton
Téma vodního hospodářství (water management) se v poslední době diskutuje také v oblasti stavebnictví, kde se hledají řešení přátelská k životnímu prostředí. Právě uzavření povrchu zpevněných ploch či komunikací má negativní vliv na pronikání vody do podloží, a tím na záplavy a současně na zmenšení zelené infrastruktury a snižování retence podzemních vod. Vodopropustný beton jako součást konstrukčního řešení má schopnost propouštět velké objemy vody (např. při přívalových deštích), proto se jeví jako vhodný nástroj pro zmírnění vlivu změn klimatu nejen v městských prostředích, ale i v příměstských aglomeracích.
Cílem vývoje vodopropustných betonů (pervious concrete - PC) je navrhnout nejen složení, ale i technologii zpracování a ukládání betonové směsi tak, aby se dala použít jako vrchní pojížděná vrstva vozovek, parkovišť či pochozích ploch. Technologie vodopropustného betonu se odvíjí od technologie mezerovitého betonu, avšak v tomto případě je nutné plynule procházet. Vodopropustný beton je současným vkladem do budoucnosti, a proto historie tohoto typu betonu není nikterak rozsáhlá. Ze zahraniční literatury přebíráme název pervious concrete čili propustný beton, respektive vodopropustný beton, z čehož vyplývá zkratka PC.
Technologicky nevyřešenou vrstvou vodopropustného systému je horní vrstva vodopropustného betonu, která bude přímo ovlivňována faktory souvisejícími s provozem. Základním požadavkem je pevnost, která je úzce spjata s vodopropustností, respektive porozitou betonu. Platí zásada, že čím více pórů beton obsahuje, tím horší budou jeho fyzikálně-mechanické vlastnosti. S tím přímo souvisí i odolnost vůč obrusu či působení CHRL. Problémy a z toho pramenící požadavky budou vznikat i v provozu.
Čtěte také: Nejlepší beton pro podlahové topení
Z výše popsaných požadavků na vodopropustný beton pramení návrhy různých receptur tohoto materiálu. Důležitým aspektem je smíchání různých frakcí kameniva, respektive vytvoření vhodné křivky zrnitosti tak, aby byl beton propustný pro kapaliny, ale zároveň aby jeho struktura nebyla příliš pórovitá, a nedocházelo tak k enormním ztrátám pevnosti. Zvláště citlivá bude směs na dávkování vody.
Předpokládá se, že směs bude pouze zavlhlá a nesmí dojít k předávkování vodou, což by vedlo k následné segregaci, případně rozmísení. Konkrétně hovoříme o vodním součiniteli 0,27-0,33. Vedle cementu lze použít i různé přísady či příměsi pro upravení vlastností směsi. Nejpodstatnější záležitostí je optimalizovat křivku zrnitosti pro vodopropustný beton tak, aby kamenivo vytvářelo propustnou, mezerovitou kostru. Co se týče rozsahu použitých frakcí kameniva, tradičně použijeme frakce 0-4, 4-8 a 8-16 mm.
Vodopropustný beton je svou mezerovitou strukturou zásadně odlišný od tradičního betonu, a proto se i výsledné fyzikálně-mechanické vlastnosti budou výrazně lišit. Novou vlastností u tohoto druhu betonu bude vodopropustnost kapaliny. Doposud české normy nemají zkoušku či předpis, jak tuto vlastnost zkoušet, a proto bude třeba tyto postupy vytvořit, případně normalizovat.
Mezerovitost vodopropustných betonů je zcela zásadní pro prostup kapaliny tímto betonem. Z již známých výzkumů je ovšem patrno, že se stoupající mezerovitostí, respektive vodopropustností, klesá pevnost betonu, což je zcela logické. Efektivní pórovitost pro uspokojivou vodopropustnost je 15-30 %. Mezery ve struktuře jsou od 1 do 8 mm. S touto porozitou je úzce spojena i objemová hmotnost, která činí okolo 70 % v porovnání s tradičním hutným betonem, konkrétně se tedy dostáváme k hodnotám 1600-2000 kg/m3.
Pokles pevnosti v tlaku bude znamenat i pokles dalších parametrů, které jsou úměrné. Mezi ně patří pevnost v tahu za ohybu a taktéž moduly pružnosti. Důležitým faktorem je dosažení běžných odolností povrchů vůči působení CHRL a cyklického zmrazování pro prostředí XF4 a dále obrusnost povrchů. Vodopropustný beton bude tvořit finální vrstvu pojížděných a pochozích povrchů, proto bude denně namáhán na obrus.
Nutností je vyvinout spolehlivou zkoušku na testování vodopropustných betonů. Výsledkem zkoušky má být množství vody, které je schopno protéct betonem v určitém čase. Celé množství by mělo být ideálně vztaženo na jednotku plochy.
Lehké kamenivo na bázi expandovaných jílů má velké objemy pórů a povrchové plochy, což z něj činí ideální médium pro biologické ošetření vody. Zásypy z tohoto kameniva slouží jako rezervoár pro nahromaděnou dešťovou vodu, která se postupně vsakuje do okolní půdy a také se vypařuje do okolního vzduchu, čímž ochlazuje okolní prostředí.
Lehké kamenivo lze využít i v technologii vodopropustných betonů, je však třeba zohlednit jeho horší pevnosti a obrusnost. Pro další vylehčení lze také napěnit cementovou matrici. Pro míchání a dopravu lehkého mezerovitého betonu platí stejné zásady jako u mezerovitého betonu z přírodního kameniva. Technologie výroby a ukládání je odlišná v tom, že se musí počítat s nasákavostí lehkého kameniva.
Čerstvý beton je zpravidla pouze zavlhlý, a proto probíhá hutnění pomocí válcování či dusání. Základní sledovanou vlastností vodopropustných betonů je schopnost propouštět vodu. Doposud není stanoven požadavek, kolik vody musí protéct betonem za jednotku času, a ani postup, jak tento údaj změřit.
Betony testované vykazovaly vodopropustnost v rozmezí 10-80 l/min·m2, což odpovídá schopnosti pojmout 10-80 mm srážek za minutu. I v těch největších extrémech přívalových srážek se nepředpokládá srážková činnost intenzivnější než zmíněné hodnoty vodopropustnosti, což znamená, že propustnost těchto betonů je dostatečná. Neméně podstatnou vlastností PC je schopnost odolávat vnějším vlivům a tedy účinkům povětrnosti, pojezdu vozidel atd.
Beton odolný proti abrazi a mrazu
Celá řada konstrukčních betonových prvků přehrad musí odolávat extrémnímu namáhání mrazem a abraze rychle proudící vody. V současné době probíhá nebo již proběhlo několik rekonstrukcí betonových přelivů či skluzů přehrad nebo jezů právě s požadavkem na zvýšenou odolnost proti abrazi. Podle platných norem jsou betony určené pro stavbu nebo rekonstrukci betonových jezů, přelivů, vývarů nebo skluzů u přehrad většinou klasifikovány expoziční třídou XF3 a XM3.
Tyto expoziční stupně jsou podle ČSN EN 206+A1 definovány pouze minimální pevnostní třídou, minimálním množství cementu a maximálním vodním součinitelem. Ani jeden z těchto parametrů však nepodává jasný a měřitelný obraz o dostatečné odolnosti vyrobených betonů proti abrazivnímu chování kapaliny, jejího proudění, unášení pevných látek a odolnosti proti působení mrazu.
Abraze je klasifikována jako fyzické opotřebení povrchu v důsledku cyklicky se opakujících dynamických sil a posunů. Odolnost proti abrazi lze tedy definovat, jako schopnost odolávat opotřebení vlivem tření. V konkrétním případě u betonových jezů, přelivů či skluzů, jsou tyto konstrukce namáhané zejména proudící kapalinou nesoucí sebou pevné částice, popřípadě kavitací kapaliny, která vzniká při vysokých rychlostech proudící vody.
Z pohledu samotné definice abraze je zřejmé, že pro dobrou odolnost je třeba zajistit dostatečnou tvrdost kompozitu, ale taktéž hladkost povrchu bez mikroporuch, které se stávají ložisky pro vznik kavitace a následné rychlé destrukce povrchů betonu. Obrusnost betonu je ovlivňována celou řadu parametrů týkajících se samotné skladby směsi, ale taktéž jeho zhutněním a finálním zpracováném povrchů. Obecně lze tyto faktory rozdělit jako primární a sekundární. Mezi primární lze zařadit složení betonové směsi a mezi sekundární například použití speciálních produktů umožňujících dodatečné vytvrzení povrchu.
Jako nejvýznamnější parametry lze obecně jmenovat tvrdost povrchu a pevnost spojení kameniva a cementového tmele. Tyto dva faktory se vzájemně doplňují. U kameniva je třeba zajistit zejména jeho vysokou tvrdost a odolnost proti otlukovosti. Kamenivo tvoří základní kostru celého betonového kompozitu a jeho odolnost proti obrusu je znatelně vyšší než odolnost cementového tmelu.
Má-li beton vykazovat dobrou odolnost proti abrazi, musí jeho cementový tmel vykazovat dostatečnou pevnost zajišťující kvalitní propojení s kamenivem. Díky použití vhodné a dostatečně účinné superplastifikační přísady je možné silně redukovat vodní součinitel, který má přímý dopad na pevnost cementového tmele.
Dostatečná pevnost cementového tmele je však často dosažená na úkor potřebné dávky cementu, popřípadě obecně pojivové báze, což může mít za důsledek vznik mikroporuch kompozitu vznikajících během hydratace, např. vysokými hydratatčními teplotami v tvrdnoucím betonu. Jako vhodné se proto jeví používání příměsí snižujících vývoj hydratačních teplot betonu a jeho smrštění.
Pro správný návrh betonů odolávajících působení abraze a mrazu u konstrukcí vodních přehrad je důležité zohlednit aspekt betonáže často masivních částí konstrukce. Pro samotné zlepšení odolnosti povrchů cementového kamene proti abrazi se používají tzv. Všechny konstrukce přicházející do styku s vodou u vodních nádrží musí v našich klimatických podmínkách odolávat prostředí mrazu. U konstrukcí vodních staveb se jedná převážně o betony XF3, pokud se nejedná o pojížděné hráze s aplikací posypových solí.
V moderní technologii betonu se pro zlepšení odolnosti proti mrazu nebo proti mrazu a chemicky rozmrazujícím látkám používají tzv. provzdušňovací přísady. Vzduch v betonu však působí negativně na odolnost proti abrazi. Jako vhodné se proto na základě výsledků z praxe ukazuje výroba betonů bez dodatečného provzdušnění, ale dostatečně odolných pro prostředí XF3.
Pro redukci objemových změn a následný vznik smršťovacích trhlin se dají využít tzv. protismršťovací přísady, které jsou na trhu běžně dostupné. V rámci experimentu byl sledován vliv protismršťovacích přísad na objemové změny a tím redukce vzniku tzv. smršťovacích trhlin v betonu při současném sledování průběhu hydratace a vývinu hydratačních teplot.
Zřejmě nejefektivnější způsobem, jak omezit proces smršťování betonu je vhodná volba vstupních surovin a použití tzv. protismšťovacích přísad (SRA). Pro tento experiment byly vybrány 3 typy protismršťovacích přísad a byl zkoumán jejich vliv na chování cementového kompozitu.
Jejich dávkování bylo 0,5 % a 2,0 % z hmotnosti cementu. Toto dávkování odpovídá mezním hranicím dle doporučeného dávkování uváděného výrobcem. Pro stanovení vlivu SRA na vývin hydratačních teplot byly připraveny pouze cementové pasty.
Grafický průběh hydratačních teplot cementových past jednoznačně poukazuje na efekt SRA během hydratace směsi. U všech receptur je znatelné, že vyšší dávka SRA znatelně oddaluje průběh hydratace a celkově dosažená maximální teplota klesá.
Výsledky stanovení počátku a doby tuhnutí analyzovaných cementových past s SRA prokazují výše psané závěry a tyto výsledky se přímo pojí s výsledky průběhu hydratačních teplot. Je zřejmé, že vyšší dávka SRA oddaluje počátek i konec tuhnutí cementové pasty a zároveň jsou patrné rozdíly mezi jednotlivými typy SRA.
Z grafického průběhu objemových změn betonových směsí je patrné, že SRA mají největší pozitivní dopad zejména na počáteční smrštění do 36 hodin stáří. Jiný trend průběhu objemových změn do 28 dnů stáří vykazují všechny SRA při jejich vyšším dávkování. Z hlediska účinnosti v porovnání s referenčním vzorkem lze jako nejúčinnější posoudit přísadu AD v dávce 0,5 % a C40 v dávce 2,0 %.
Dle předpokladu byly u referenční směsi výsledné hodnoty smrštění po 28 dnech dosti výrazné, překračující hodnotu 0,750 ‰. U takto výrazného smrštění vzniknou mikrotrhliny, které mohou mít za důsledek snížení odolnosti kompozitu proti abrazi.
Mezi portfolio některých firem zabývajících se výrobou přísad do betonu patří chemické látky způsobující dodatečně vytvrzení povrchu betonu. Aplikace těchto přísad je možná na již vytvrzený povrch nebo tzv. do živého betonu. Z hlediska chemismu se jedná o přísady obsahující látky reagující například s volným vápnem za tvorby novotvarů zahušťující pórovou mikrostrukturu kompozitu.
Ačkoliv výsledky zkoušky obrusnosti dle ČSN 73 1324 poukazují na částečné zlepšení odolnosti proti abrazi pomocí vytvrzovacích přísad, výsledné hodnoty nejsou nijak výrazně rozdílné. Jako alternativní zkouška bylo provedeno testování chování betonových povrchů opatřených vytvrzovací přísadou při působení vysokotlakého vodního paprsku.
V rámci několika provedených zkoušek bylo prokázáno, že ačkoliv při normové zkoušce ČSN 73 1324 není vliv těchto přísad příliš znatelný, jsou-li stejné betony podrobeny působení vysokotlakého vodního paprsku, dopad použití vytvrzovacích přísad se znatelně projevuje. Díky těmto experimentům byly ověřeny možné způsoby výroby vysokohodnotných betonů pro aplikaci na betony silně namáhaných abrazí a mrazem.
tags: #jaký #beton #do #vody #vlastnosti