Cílem dvoudenního semináře je seznámit účastníky se základními vlastnostmi betonu a jeho složek, včetně jejich zkoušení. Současné požadavky na kvalitu betonu vyžadují, aby projektanti a pracovníci odborných firem byli seznámeni s vlivy, které mohou ovlivnit kvalitu a spolehlivost betonové konstrukce.
Zkoušení vlastností betonu a jeho složek
Naše laboratoř provádí průkazní zkoušky betonu a stanovení receptur pro betonárny, a to v souladu s normami ČSN EN 206+A1, ČSN P 73 2404 a TKP kap. 18. Pro průkazní zkoušky sanačních hmot můžeme provést většinu zkoušek u sanačních hmot předepsaných normou ČSN EN 1504-3 a návazných požadavků dle TKP kap. 31. Dále provádíme doplňující zkoušky pro schválení izolačních systémů na mostech (ISM) pro schválení na Ministerstvu dopravy ČR, respektive ŘSD ČR a SŽ. Mimoto vyhotovujeme průkazní zkoušky drenážního polymerbetonu dle TKP kap. 18. Rovněž vyhotovujeme průkazní zkoušky polymermalty určené pro uložení mostních ložisek a mostního příslušenství (svodidla, zábradlí).
Zkoušky stavebních materiálů a hmot, zemin, kameniva a sypanin provádíme velké množství zkoušek stavebních materiálů a hmot, zemin, kameniva a sypanin.
Mimo běžné laboratorní práce provádíme rovněž diagnostické průzkumy, posudky a rozhodčí zkoušky.
Trvanlivost betonu a faktory ovlivňující stárnutí
Norma DIN EN 206 předpokládá, že betonové konstrukční díly mají životnost minimálně 50 let. Koroze ocelové výztuže v železobetonu způsobená jeho působením CO2 (karbonace) může zkrátit životnost.
Čtěte také: Metody měření vlhkosti betonu
Hlavními složkami betonu jsou voda, kamenivo a cement. Do betonové směsi se často přidávají přísady a/nebo přísady pro zlepšení její zpracovatelnosti nebo trvanlivosti. Protože beton má extrémně vysokou pevnost v tlaku, ale nízkou pevnost v tahu, je obecně vyztužen ocelovými tyčemi nebo pruty. Zpočátku je ocelová výztuž zcela uzavřena betonem a je tak dobře chráněna proti korozi. Může za to vysoce alkalický, ve vodě rozpustný hydroxid vápenatý Ca(OH)2, který vzniká při tvrdnutí betonu reakcí křemičitanů vápenatých s vodou. Vysoké pH vody v pórech hydratovaného cementu vytváří na ocelové výztuži inertní pasivační vrstvu oxidu železa, zabraňující tvorbě rzi.
Pokud v průběhu času kombinace vlhkosti a CO2 ovlivní strukturu, hydroxid vápenatý reaguje za vzniku uhličitanu vápenatého (CaCO3) a snižuje pH. V důsledku toho již výztuž není chráněna proti korozi.
Jednou z hlavních příčin je pronikání chloridů do betonu. Druhou hlavní příčinou předčasného stárnutí železobetonu je CO2, který může pronikat vnějšími vrstvami betonu ze vzduchu nebo z vody obsahující CO2.
V Evropě norma DIN EN 206-1 specifikuje, jak jsou účinky různých vlivů prostředí klasifikovány do takzvaných tříd expozice betonu. Tyto třídy se vzájemně nevylučují, což znamená, že na jednu strukturu se může vztahovat několik tříd expozic. V závislosti na třídě norma specifikuje toleranční limity pro poměr voda/cement, minimální obsah cementu a obsah vzduchu v betonu, mimo jiné, aby byla zaručena trvanlivost betonu použitého pro všechny myslitelné aplikace. Evropský výbor pro normalizaci (CEN) v současné době reviduje normu EN 206, což je nový přístup k zaručení trvanlivosti betonu: klasifikace do tříd odolnosti na základě toho, jak rychle probíhá karbonatace betonem.
Umělé stárnutí a predikce životnosti betonu
Jak je tomu ve většině průmyslových odvětví, je možné použít umělé stárnutí k predikci životnosti. To se provádí ponořením zkušebních těles - betonových kostek nebo trámů - do vody na 28 dní. Poté se suší ve standardní atmosféře (20 °C a 65 % relativní vlhkosti) po dobu 14 dní v klimatické komoře nebo místnosti s řízeným klimatem, než je tým vedoucí laboratoře Dr. Christine Eckhardt uloží na 70 dní do skladu při 20 °C, 55 % relativní vlhkosti a 3 % CO2 v Memmertově komoře s konstantním klimatem ICH750C. To se provádí rozdělením zkušebního vzorku a postříkáním zkušebního povrchu indikátorem. Při vysokých hodnotách pH se povrch zbarví do červena/fialova (viz obrázek), což znamená, že je zajištěna dostatečná ochrana proti korozi, zatímco povrch zůstává bezbarvý tam, kde pronikl CO2.
Čtěte také: Metody měření vlhkosti betonu
Klimatická komora Memmert ICH C, ve které jsou betonové kostky vystaveny CO2 v konstantní atmosféře, je vybavena teleskopickými posuvy a zesílenými nerezovými mřížkami, které vám pomohou maximálně využít dostupný objem komory 749 litrů. Každá mřížka pojme cca. 50 kilogramů, přičemž každý zkušební vzorek váží 12 kilogramů. Dr. Eckhardt oceňuje zejména flexibilitu klimatické komory. „V zásadě je ICH navržen pro semimobilní použití, protože jej lze snadno přemístit z jedné místnosti do druhé. Má vlastní klimatizační jednotku.
Vysokohodnotný beton (HPC) a jeho odolnost
Vysokohodnotné betony (HPC) prošly v posledních letech velkým rozvojem. Hlavním parametrem těchto materiálů je tlaková pevnost, která bývá až pětkrát vyšší než u běžných betonů. Vysoká tlaková pevnost vyplývá z velké hutnosti těchto betonů. Hutnost je dána zvýšenou dávkou cementu, plynulou křivkou zrnitosti kameniva a použitím mikroplniva (mikrosilika, struska či popílek). Už samotná cementová pasta má velmi malou pórovitost, protože vodní součinitel je velmi nízký (kolem 0,22). Podle Voorta [1] by nízká pórovitost měla zároveň zvyšovat odolnost proti nesilovým zatížením, mezi která patří například střídání zmrazovacích a rozmrazovacích cyklů, účinky agresivních chemických látek nebo požár. Tato odolnost může být až šestkrát vyšší než u běžných betonů.
Degradace cementové struktury probíhá pouze v místě průniku vody do betonu. U vysokohodnotných betonů nenarušených makroskopickými trhlinami se hloubka průniku pohybuje do 10 mm [2]. To znamená, že k poruchám dochází jen v tenké povrchové vrstvě a zbytek průřezu zůstává nepoškozen.
Technologický postup výroby HPC je výrazně náročnější než v případě běžných betonů a výrobci s ním mají jen minimum zkušeností. Ověřovací zkoušky se většinou nezaměřují na trvanlivostí parametry, protože jejich testování je velmi časově náročné. Obecně se otázky trvanlivosti přecházejí předpokladem, že trvanlivost HPC je kvalitativně vyšší než u běžných betonů. Projekční a realizační firmy však pro objektivní ekonomické zhodnocení navrhované konstrukce potřebují mít k dispozici přesné informace o rozdílu trvanlivosti běžných a vysokohodnotných betonů. S ohledem na lokální odlišnost vstupních surovin pro výrobu betonu a různé normové přístupy (ASTM, DIN, BS aj.) ve většině případů nelze vycházet z publikovaných prací zahraničních výzkumníků.
Celý testovací program byl realizován pro recepturu HPC s velmi vysokou pevností v tlaku a jako referenční byla zvolena receptura pro beton třídy C40/50 XC2, XF3. Výběr receptur vhodných pro porovnání proběhl po konzultaci s technology firmy SMP CZ, tak aby porovnávané směsi odpovídaly materiálům používaným v praxi. Oba betony byly ztuženy ocelovými drátky. Pro zvolený HPC byla dispergovaná výztuž nutností, pro referenční beton nebylo její využití nutné. Autoři příspěvku se však rozhodli směs referenčního betonu upravit a drátky doplnit, aby porovnání výsledků bylo relevantní.
Čtěte také: Komplexní průvodce měřením vibrací
Zkoušky mrazuvzdornosti a CHRL
Mrazuvzdornost byla zkoušena na prizmatických tělesech o rozměrech 100/100/400 mm v intervalu 0 až 200 cyklů, vždy s přírůstkem 25 cyklů. Bylo tedy vyrobeno celkem 9 sad zkušebních těles (pro 0, 25, 50, …, 200 cyklů). Každá sada obsahovala 8 zkušebních těles pro každý zkoušený materiál. Tři zkušební tělesa sloužila k ověření tlakové a tahové pevnosti vyrobeného materiálu bez zatížení mrazem. Účelem těchto zkoušek byla kontrola stability výrobního procesu. Po každém ukončeném 25. cyklu byl měřen dynamický modul pružnosti [6]. Zkoušky CHRL probíhaly na zkušebních tělesech typu krychle o hraně 150 mm.
Měření dynamického modulu pružnosti probíhalo po každých 25 zatěžovacích cyklech zmrazování a rozmrazování. Po ukončení těchto zkoušek jsou zkušební tělesa plně saturována vodou, která významně ovlivňuje šíření ultrazvukové vlny tělesem, proto bylo nutné před měřením nechat vzorky plně vyschnout. Zkušební tělesa, která byla vyrobena z HPC, vysychala významně pomaleji než vzorky z referenčního betonu. Běžná doba vysychání byla kolem 5 dnů, což je způsobeno velkou hutností tohoto materiálu.
Jak je patrné, pokles dynamického modulu pružnosti započal mezi 100. a 125. cyklem u HPC, u referenčního betonu až mezi 125. a 150. cyklem. Dřívější počátek poklesu modulu u HPC je pravděpodobně způsoben jeho vyšší křehkostí. Na rozdíl od dynamického modulu pružnosti nenastala u tahové pevnosti během cyklování prakticky žádná změna. Voda proniká do povrchových vrstev betonu pomocí kapilár a pórů. Během záporných teplot tato voda zamrzá a vznikající led degraduje povrchovou vrstvu pomocí zvětšení pórového tlaku. Celý proces vede k otevírání kapilár a zvětšování pórů, do kterých během rozmrazovací fáze nateče další voda a cyklus se opakuje. Hodnota tahové pevnosti betonu vyztuženého drátky však závisí zejména na množství drátků, pevnosti drátků a jejich ukotvení ve struktuře materiálu. Ani tlaková pevnost nezaznamenala výrazné změny během cyklování. Aplikovaný počet zmrazovacích cyklů vyvolal rozvoj mikrotrhlin jen v tenké povrchové vrstvě vzorků.
Zkušební tělesa byla ponořena do 5 mm silné vrstvy 3% roztoku NaCl a vystavena zmrazovacím cyklům podle [5]. Odpady z jednotlivých těles byly přepočítány na odpady z 1 m2. Získané výsledky vykazují dobrou korelaci mezi zkouškou mrazuvzdornosti a zkouškou CHRL, protože při zkoušce mrazuvzdornosti započala změna dynamického modulu pružnosti kolem 125. cyklu a stejně tak zkoušky CHRL ukazují zvýšení nárůstu odpadů kolem 125. cyklu. Provedené zkoušky potvrzují dobrou odolnost HPC, protože po 200 cyklech byl průměrný odpad pouze 118 g na 1 m2.
Získané výsledky potvrdily kvalitativní předpoklad, že HPC ve všech měřených parametrech dosáhne lepších výsledků než referenční beton odpovídající pevnostní třídě C40/50. Výsledky zkoušek kvantifikují rozdíl mezi oběma materiály a poskytují tak podklady pro objektivní ekonomické zhodnocení variantních návrhů konstrukcí z obou materiálů. Během provedených 200 zmrazovacích cyklů nedošlo k významné změně tlakové a tahové pevnosti, což potvrzuje dobrou odolnost obou materiálů. Odolnost materiálu proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek velmi dobře koreluje s mrazuvzdorností. V souhrnu lze konstatovat, že degradace obou materiálů účinkem zmrazovacích cyklů a CHRL probíhá srovnatelně. HPC nutně vykazuje příznivější absolutní hodnoty sledovaných parametrů, trendy jejich změn jsou však pro HPC a referenční beton prakticky totožné.
Tabulka 1: Shrnutí výsledků testů odolnosti betonu
| Parametr | HPC (vysokohodnotný beton) | Referenční beton (C40/50) |
|---|---|---|
| Počátek poklesu dynamického modulu pružnosti | Mezi 100. a 125. cyklem | Mezi 125. a 150. cyklem |
| Tahová pevnost během cyklování | Prakticky žádná změna | Prakticky žádná změna |
| Tlaková pevnost během cyklování | Žádné výrazné změny | Žádné výrazné změny |
| Průměrný odpad po 200 cyklech (CHRL) | 118 g/m2 | Vyšší než HPC |
Měření pH: Kontrola a údržba pH metru a elektrody
Pro správné měření pH je klíčová kontrola a údržba pH metru a elektrody.
- Zkontrolujte správné nastavení pH metru.
- Zkontrolujte správné připojení teplotního senzoru (pokud je potřeba).
- Zjistěte stav baterií & napájecí kabel.
- Zkontrolujte kabel elektrody, zda není zničen.
- Ujistěte se, že je elektroda správně připojena k pH metru.
- Zkontrolujte, že není elektroda poškrábána či zničena - uražená špička.
- Použijte čistící roztok v případě znečištěné elektrody či můstků.
- Použijte skladovací roztok k hydrataci elektrody.
- Míchejte pufry na magnetické míchačce nebo pomocí elektrody.
- Ujistěte se, že používáte správné kalibrační pufry.
- Oplachujte, neutírejte elektrodu. Otíráním skla elektrody může vytvářet statický náboj, který ruší správný odečet elektrody. Jednoduše oplachujte elektrodu destilovanou nebo deionizovanou vodou.
- Čistěte Vaši elektrodu pravidelně. Během měření se na elektrodě tvoří usazeniny, pokrývající měřící sklo.
- Otevřené nebo uvolněné víčko. Zavřené víčko pro doplnění elektrolytu může vést k pomalejší odezvě elektrody. Uvolněte nebo zcela sundejte plnící víčko na hlavě elektrody. Nezapomeňte jej však opět přišroubovat zpět, pokud s elektrodou nepracujete.
- Udržujte plnou hladinu elektrolytu. Elektrolyt neustále protéká ven skrze keramické můstky. Nízká hladina elektrolytu může způsobit nepřesné měření.
- Zkontrolujte Vaši elektrodu. V průběhu času se snižuje citlivost skla elektrody a následně může zcela selhat. Možné je také poškození v průběhu použití.
tags: #mereni #ph #u #ztvrdleho #betonu