Beton je výborným materiálem pro ochranu před účinky ionizujícího záření a má vysokou trvanlivost a odolnost proti požáru. Objemová hmotnost betonu se pohybuje od 300 kg/m3 až do 6 000 kg/m3. Výsledná hmotnost závisí na tom, kde a v jakých podmínkách bude betonová směs použita, volba kameniva a přísady do betonu.
Co je lehčený beton?
Beton s objemovou hmotností od 300 kg/m3 do 2 000 kg/m3 se označuje jako lehčený nebo lehký beton. Hmotnost od 2 000 kg/m3 do 2 500 kg/m3 mají nejběžnější konstrukční betony. Beton s těžší objemovou hmotností než 2 500 kg/m3 se vyrábí pro speciální účely a použití. Betony s objemovou hmotností menší než 1000 kg/m3 plavou na vodě. Většinou se používají na nenosné konstrukce - spádové, vyrovnávací a izolační vrstvy.
Lehký beton má po vysušení v sušárně objemovou hmotnost větší než 800 kg/m3 a menší než 2000 kg/m3. Výsledné vlastnosti lehčeného betonu ovlivňuje zvolený materiál. Jako lehčený beton se nejčastěji vyrábějí směsi objemových hmotností 300 kg/m3 až 2000 kg/m3 s pevností v tlaku od 0,2 MPa až do 37 MPa. S ohledem na jejich vlastnosti by se dalo zjednodušeně říci, že čím je betonová směs těžší, tím má vyšší pevnost v tlaku, ale menší tepelný odpor.
Typy lehčeného betonu
Mezerovitý lehký beton
U mezerovitého lehkého betonu je nízké objemové hmotnosti dosaženo upravenou křivkou zrnitosti a omezením množství cementového tmelu. Některé frakce kameniva, zejména jemné, jsou zde značně potlačeny nebo úplně vynechány. Množství cementového tmelu je redukováno pouze na obalení zrn kameniva.
Pěnobeton
Pěnobeton je zpravidla tvořen pouze z cementu, vody a pěny. Při volbě plniva v podobě technické pěny vzniká jeden z nejlehčích typů betonů (cca 300 - 900 kg/m3), který se nazývá pěnobeton.
Čtěte také: Vše o měrné tepelné kapacitě betonu
Pórobeton
U pórobetonu zaujímají póry až 80 % z celkového objemu. Vylehčení (vytvoření pórů) je dosaženo přidáním plynotvorné látky, kterou je v ČR nejčastěji hliníkový prášek. Tato látka v čerstvém betonu vyvolá chemickou reakci s alkalickým prostředím a za uvolnění vodíku způsobí tzv. „nakynutí“ směsi.
Polystyrenbeton
Lehký je také polystyren-beton (cca 500 - 1500 kg/m3). Ten díky uzavřené struktuře polystyrenu nemá tendenci přijímat vodu. Je dodáván v zavlhlé nebo nižší konzistenci, proto je nesnadné jeho čerpání a je většinou ukládán pomocí bádií. Beton lehčený polystyrenem se hodí například pro spádové vrstvy plochých střech, sanace kleneb a dalších prostor, a dále pro tepelně izolační vrstvy v podlahových konstrukcích.
Betony lehčené uměle vyráběným kamenivem
Betony lehčené uměle vyráběným kamenivem mívají objemovou hmotnost 1000 - 2000 kg/m3, tedy až o 2/3 nižší, než u běžných betonů. Hutný lehký beton je nejvíce podobný běžnému betonu, a to díky podobně uzavřené (kompaktní) struktuře. Nízké objemové hmotnosti je dosaženo nejčastěji použitím pórovitého kameniva (plniva).
Použití lehčeného betonu
Lehčený beton se ve stavebnictví používá již dlouhá léta. Lehčené betony se využívají obdobně jako běžný beton na monolitické konstrukce pozemních a inženýrských staveb. V individuální výstavbě se lehčený beton úspěšně uplatňuje při rekonstrukcích a půdních vestavbách na vytvoření spádových vrstev plochých střech nebo jako výplňová tepelně izolační vrstva pro stropy, podlahy, případně terasy.
Liapor Mix
Lias Vintířov, lehký stavební materiál, k. s. uvádí na český trh nový výrobek - směs Liapor Mix pro snadnou přípravu lehkého betonu. Liapor Mix je suchá směs určená pro výrobu lehkého betonu. Výsledný beton se vyznačuje nízkou objemovou hmotností a lepšími tepelně izolačními vlastnostmi oproti běžným betonům. Výrobek je vhodný pro použití jako lehká výplňová vrstva stavebních konstrukcí. Lze jej např. použít pro hrubé vyrovnání podkladu pro další vrstvy podlah při rekonstrukcích nebo zásyp kleneb.
Čtěte také: Měrná váha betonu: klíčové vlastnosti a využití
Vlastnosti a aplikace Liapor Mix
- Rychleschnoucí suchá směs pro přípravu lehkého betonu.
- Pevnost v tlaku 4 MPa.
- Objemová hmotnost 800-900 kg/m3.
- Spotřeba 43 kg/m2/50 mm.
- Reakce na oheň A1.
- Součinitel tepelné vodivosti Lamb.D 0,14 W.m-1.K-1.
- Balení: 30litrové pytle o hmotnosti cca 21 kg.
- Na jedné ucelené paletě je 35 pytlů.
- Minimální trvanlivost neporušeného balení je 1 rok od data výroby.
Snadná manipulace
Manipulace s Liapor Mix je podobná manipulaci s běžným betonem. Na 1 pytel Liapor Mixu (40 l) přijdou maximálně 3 litry vody. Směs pak stačí promíchat 2-3 minuty v běžné míchačce, případně i ručně. Pak stačí jen v požadované tloušťce nanést a urovnat stěrkou na maltu. Nanášejte v požadované tloušťce (doporučujeme min. Na aplikovaný Liapor Mix položte roznášecí vrstvu betonového potěru nebo mazaniny (o min. tloušťce 40-50 mm). Doporučujeme vyztužení jemnou ocelovou síťovinou. Tuto vrstvu můžete ještě srovnat samonivelační stěrkou.
Doporučené použití
Liapor Mix je vhodný jak pro vnitřní, tak i pro venkovní konstrukce (např. balkony). Podmínkou je zpevněný a čistý podklad. Liapor Mix tvoří ve spojení s potěrovým betonem Liapor Mix Final ideální systém pro realizaci lehkých betonových podlah. Liapor Mix je vhodný pro použití na pevných podkladech jako jsou např. beton, keramické a klenbové stropy, apod. Nelze jej použít na dřevěné konstrukce (podlahy, stropy) z důvodu případného praskání. Tento lehký beton je „křehký“ pro použití na dřevěných „pružných“ podkladech.
Ultralehký beton (ULC)
Betony s objemovou hmotností pod 1200 kg/m3 lze označit jako ultralehké (ULC). Vysokohodnotným jej lze nazvat vzhledem k nízké objemové hmotnosti při současně relativně vysoké pevnosti, která průměrně dosahuje 19,4 MPa. Příspěvek se zabývá vývojem receptury vysokohodnotného lehkého betonu s objemovou hmotností nepřekračující 1000 kg/m3.
Vývoj ultralehkého betonu
Ultralehký beton (ULC) byl vyvíjen na FAST VUT v Brně v rámci projektu MPO ČR TIP FR-TI4/159 „Light structures“. Tento projekt se zabývá návrhem prefabrikovaných segmentů z lehkého betonu, u kterých se předpokládá využití především pro konstrukce ekoduktů. ULC by zde měl tvořit ochrannou konstrukci, která by chránila subtilní jádro z vysokopevnostního betonu před nárazy, vnějšími vlivy a ohněm.
Pro vylehčení betonu bylo v první fázi výzkumu použito lehké plnivo a pěna. S lehkým plnivem se však nepodařilo dosáhnout požadovaného vylehčení, tj. objemové hmotnosti pod 1000 kg/m3. Vylehčení pomocí pěny bylo zkoušeno jak poloprovozně v prostorách Prefy Brno, tak laboratorně na FAST VUT v Brně. Beton měl dosahovat pevností v tlaku 1,0 a 13,5 MPa. Výsledky obou variant byly značně odlišné od předpokládaných hodnot. Museli jsme konstatovat, že tato technologie neumožňuje dobře kontrolovat základní parametry LC jako je např. Pěnobeton vyrobený laboratorně na FAST VUT v Brně dosahoval při vysušené objemové hmotnosti 1440 kg/m3 průměrné krychelné pevnosti 12,9 MPa. I v tomto případě docházelo k velké variabilitě vlastností pěny, a tedy i výsledků.
Čtěte také: Jak měřit měrnou hmotnost betonu?
V další fázi se tedy vývoj zaměřil na vylehčení pomocí lehkého keramického kameniva, tedy na hutný lehký beton.
Použité materiály
Jako plnivo bylo zvoleno kamenivo z expandovaného jílu, které se v ČR prodává pod obchodním názvem Liapor. V jeho složení převládá minerál illit a kaolinit, dále oxidy křemíku, hliníku, železa a dalších prvků. Obsahuje i úlomky slíd a fosilní zbytky. Tyto fosilní zbytky a další hořlavé příměsi způsobují expanzi materiálu při výpalu. Díky výpalu na teplotu přes 1000 °C získává Liapor i své charakteristické vlastnosti. Pro experiment byl použit Liapor frakcí s označením 4-8/350, 1-4/500 a 0-2/575.
Pro ULC byl použit cement CEM I 52,5R.
V rámci teoretické přípravy návrhu LC byla nejprve definována optimální křivka zrnitosti vytvořená z výše uvedených frakcí. Z poměrného zastoupení užitých frakcí pak mohla být vyčíslena průměrná objemová hmotnost směsi kameniva cca 850 kg/m3. Při objemové hmotnosti cementového tmelu 2270 kg/m3 a požadované výsledné objemové hmotnosti betonové směsi 1000 kg/m3 vychází maximální dávka cementového tmelu cca 105 l. Tento objem je vzhledem k běžné spotřebě cementového tmelu cca 300 l nedostatečný. Takto navržený LC by byl mezerovitý, špatně zpracovatelný a nedostatečné pevnosti.
Bylo tedy nezbytné přijmout ještě další opatření pro snížení objemové hmotnosti LC, které (jak vyplynulo z teoretického rozboru) musí být směrováno k vylehčení cementového tmelu. Jako nejefektivnější se jevilo provzdušnění tmele, které vytváří v betonu malé vzduchové póry o průměru 10-300 µm.
Čerstvý beton byl připraven v laboratorní míchačce s nuceným mícháním. Při volbě postupu přípravy LC se vycházelo ze zkušeností poskytnutých firmou Lias Vintířov. Aby se zabránilo odebírání vody z čerstvého betonu v průběhu míšení, bylo kamenivo před mícháním navlhčeno tzv. dodatkovou vodou. Tato voda se nezapočítává do vodního součinitele, nezmenšuje tedy pevnost betonu, která závisí na vodním součiniteli, a navíc ve ztvrdlém betonu působí jako ošetřující voda. Následně byl přidán cement, práškové příměsi a 90 % účinné vody s rozpuštěnou provzdušňující a kombinovanou polyfunkční přísadou. Kombinovaná polyfunkční přísada byla připravena na pracovišti smísením polykarboxylátového superplastifikátoru a polymelaminu. Jedině tak mohlo být dosaženo dobře zpracovatelného a přitom stabilního LC požadované objemové hmotnosti. Čerstvý LC vykazoval rozlití kužele cca 450 mm, což zdánlivě není mnoho. Je třeba si ale uvědomit, že při objemové hmotnosti řádově 1000 kg/m3 působí na čerstvý lehký beton při flow-testu úměrně nižší síly.
Vlastnosti ultralehkého betonu
Pro použití v konstrukčních prvcích jsou nejvýznamnějšími vlastnostmi LC jejich pevnost a modul pružnosti. Jak se při zkouškách ukázalo, existuje relativně přímý vztah mezi pevností a objemovou hmotností. Z toho vyplývá, že pokud známe objemovou hmotnost betonu určitého základního složení, lze s velkou mírou pravděpodobnosti určit dopředu i jeho krychelnou pevnost. V našem případě byla průměrná krychelná pevnost celkového souboru 20 vzorků 19,4 MPa s výběrovou směrodatnou odchylkou 2,2 MPa. Průměrná objemová hmotnost ULC po vysušení byla 950 kg/m3 při průměrné krychelné pevnosti 19,4 MPa.
Průměrný modul pružnosti lehkého betonu s označením LC 12/13, D1,0 lze vypočítat pomocí vztahu Elcm = Ecm ‧ ηE, kde Ecm je modul pružnosti obyčejného betonu odpovídající pevnostní třídy a ηE je zmenšující součinitel závislý na objemové hmotnosti. Pro objemovou hmotnost 1000 kg/m3 vychází hodnota modulu pružnosti 5,6 GPa. Naproti tomu při experimentech byla naměřena průměrná hodnota modulu 8,6 GPa s výběrovou směrodatnou odchylkou 0,5 GPa.
Podařilo se vyvinout ultralehký beton pevnostní třídy 12/13 při třídě objemové hmotnosti D1,0. Přitom na trhu lze běžně nalézt jen lehký konstrukční beton s pevnostní třídou pouze 8/9 při třídě objemové hmotnosti D1,2. Vyvinutý ultralehký beton je předurčen pro použití v prefabrikovaných segmentech v konstrukcích ekoduktů. Své využití jistě najde i v dalších oblastech, kde se efektivně uplatní jeho nízká objemová hmotnost při relativně vysoké pevnosti.
Tabulka: Srovnání vlastností lehčených betonů
| Typ betonu | Objemová hmotnost (kg/m3) | Pevnost v tlaku (MPa) | Tepelný odpor | Speciální vlastnosti/použití |
|---|---|---|---|---|
| Lehčený/Lehký beton | 300 - 2000 | 0,2 - 37 | Nižší u těžších směsí | Monolitické konstrukce, rekonstrukce, spádové vrstvy, izolační vrstvy |
| Pěnobeton | 300 - 900 | Jeden z nejlehčích typů | ||
| Polystyrenbeton | 500 - 1500 | Nenatáhne vodu, spádové vrstvy, sanace kleneb, tepelně izolační vrstvy | ||
| Betony lehčené uměle vyráběným kamenivem | 1000 - 2000 | Až o 2/3 nižší hmotnost než běžné betony | ||
| Liapor Mix | 800 - 900 | 4 | Vyšší (Lamb.D 0,14 W.m-1.K-1) | Lehká výplňová vrstva, hrubé vyrovnání podkladu, zásyp kleneb, podlahy |
| Ultralehký beton (ULC) | pod 1200 (vyvinutý ULC 950) | 19,4 | Prefabrikované segmenty ekoduktů, ochranné konstrukce |
Závěr o lehkém betonu
Původně byla plánována celá norma pouze pro lehký beton. Při navrhování konstrukcí z LC projektanti stále narážejí na absenci některých normových podkladů. I když je naše republika skromně vybavena surovinovými zdroji, disponuje dostatkem přírodních i drcených kameniv. To vytváří uměle vyráběným lehkým kamenivům významnou konkurenci, a to zejména v případě, že jsou vyráběny vysokoteplotním způsobem, a jsou tedy energeticky relativně náročná.
Osobně považuji za mimořádně zajímavou dlouhodobou komerční aplikaci lehkého konstrukčního betonu na bázi Liaporu ve třídě LC 15 (jednodenní pevnost 8,5 MPa, 28denní pevnost 21 MPa) a LC 20/22 (28denní pevnost 36,7 MPa) při výrobě prostorových modulových prefabrikovaných koupelen, které jsou uvnitř kompletně vybaveny rozvody, zařizovacími předměty i keramickým obkladem a jsou na tahačích převáženy z pražské výrobny prakticky do celé Evropy včetně např. Skandinávie. V tomto případě zásadním důvodem pro použití lehkého konstrukčního betonu na bázi Liaporu je takové snížení celkové hmotnosti prefabrikátu, které umožní jeho převoz nákladními automobily z výrobny přímo až na staveniště. Současně jsou při této výrobě kladeny i vysoké nároky na dosažení manipulačních jednodenních pevností.
tags: #merna #hmotnost #lehceneho #betonu