S příchodem chladného období, kdy teploty klesají pod 5 °C, nastává kritický moment pro betonování. Tato hranice je klíčová pro správnou krystalizaci a schnutí betonu. Je však možné betonovat i pod touto hranicí? Jednoznačná odpověď zní: ano, je to možné, ovšem vyžaduje to speciální přípravy a technologie. Tyto postupy sice stavbu prodraží a ztíží, ale nejsou nepřekonatelné.
Na konci podzimu se stroje na mnoha stavbách zastaví a vyčkává se na teplejší období. Někdy ale není času nazbyt, a tak je potřeba v pracích pokračovat i během zimy. Zejména práce s betonem je v chladných dnech problematická, protože teplota zásadním způsobem ovlivňuje vlastnosti materiálu.
Teplotní rozmezí pro betonování
Tuhnutí a tvrdnutí betonu je optimální od 15 do 25 °C. Při teplotách v rozmezí od 5 do 15 °C sice beton tuhne, je však potřeba počítat s tím, že požadovaných vlastností nedosáhne po 28 dnech, ale až později. Tento proces hydratace se navíc o to více zpomalí, čím více se teplota přiblíží k 5 °C. Jestliže se navíc sníží i pod tuto hranici, beton přestává schnout a tvoří se na něm praskliny.
Čerpání betonových směsí je možné do cca -5 °C. Podle společnosti Cemex je možné ukládat beton asi do -10 °C, ovšem s dalšími opatřeními, která zabezpečí tuhnutí směsi. Pod tuto teplotu se už nedoporučuje betonování vůbec, protože nelze zabezpečit dokonce ani správné čerpání ze stroje.
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. Práce s běžnými betony je vhodná do zhruba +5 až +7 °C. Jakmile teploty klesnou pod tuto mez, je třeba s betonáží zcela skončit či alespoň v nutných případech sáhnout po speciálně upravených zimních betonech.
Čtěte také: Měrné jednotky a kategorizace komunikací
Opatření pro betonování v zimě
Betonování je možné i při venkovních teplotách pod 5 °C. Je však nutné přijmout speciální opatření, která zajistí požadovanou teplotu 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.
Příprava betonové směsi
Při teplotách nižších než 5 °C je základem správný výběr betonu a jeho konzistence s ohledem na danou stavební práci. Standardní opatření začínají již v betonárně. Pro dosažení požadovaných teplot betonové směsi je nutné ohřát záměsovou vodu a případně i použité kamenivo. „Cement nesmí přijít do styku s teplejší vodou než 65 °C, ale kamenivu vyšší teplota nevadí. Pokud tedy kamenivo ochladí vodu pod teplotu 65 °C, lze použít i vodu teplejší. Voda má ze vstupních surovin největší měrné teplo, a proto je vliv teplé vody na teplotu betonové směsi velmi podstatný,“ říká Petra Štěpánková z poradenství Best.
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. Doporučuje se také používat cementy, které mají rychlý náběh počátečních pevností.
Pro zlepšení hydratačních procesů lze do betonové směsi přidat přísady, které snižují množství záměsové vody a díky tomu urychlují tuhnutí a tvrdnutí betonu. Do betonu, který se používá v riskantních teplotách, se přidávají mrazuvzdorné složky zvyšující jeho odolnost. Může jí být například plastifikátor, který umožní dokonalý průběh hydratačního procesu, a to i s menším množstvím vody. Anebo můžete využít mravenčan vápenatý, který urychluje hydrataci betonu. Plastifikátor se nedodává jako nadměrné množství, ale na úkor vodní složky.
Při nízkých teplotách je zakázáno čerstvý beton ošetřovat vodou.
Čtěte také: Vlastnosti aerogelové izolace
Ochrana betonu po uložení
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 (obvykle > 5 MPa, záleží na třídě betonu, orientačně po dobu min. 2-3 dnů).
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. Ihned po uložení musíme beton odizolovat od okolního prostředí rohožemi, geotextiliemi, polystyrénovými deskami či jiným izolantem.
V některých případech se přistupuje i k aktivní ochraně foukáním horkého vzduchu pod zaplachtovanou konstrukci či zapnutím elektrického ohřevu umístěného v bednění. Je možné například zahřát pomocí parních nahřívačů i výztužnou ocelovou konstrukci, která následně předá teplo betonu. I zde je ovšem nutné zabezpečit zakrytí betonu a rovnoměrnou ztrátu tepla v celém objemu směsi.
Po prvních dvou dnech tuhnutí získá beton pevnost vyšší než 4 MPa a v tomto okamžiku se stává mrazuvzdorným a není nezbytně nutné jej chránit. Ale pozor: nesmí dojít k opakovanému zmrazování a rozmrazování v prvních 3-10 dnech dle typu betonu a teploty uložení. Například beton C25/30 bude částečně odolný vůči zmrazovacím cyklům nejdříve po 3 dnech při tvrdnutí v okolní teplotě větší než +5°C.
Při odstraňování izolací nebo rušení vytápěných krytí je vhodné dávat pozor, aby nedošlo k příliš rychlému ochlazení povrchu betonu. Je-li mezi jádrem konstrukce a povrchem rozdíl teploty větší než 15 °C, může dojít k teplotnímu pnutí a prasklinám.
Čtěte také: Míchání betonu krok za krokem
Náklady na zimní betonování
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.
Od listopadu do března se bez ohledu na teplotu setkáte u betonářských firem s takzvaným „zimním opatřením“. Důvodem jsou zvýšené provozní náklady v zimním období. Například nutnost předehřívat vodu i kamenivo před mícháním tak, aby na stavbu dorazila směs betonu zaručující správné nastartování hydratačního procesu, neboli tvrdnutí.
Měření teploty betonu a stanovení výsledné pevnosti
Sada pro měření teploty a stanovení pevnosti betonu InSite Construction (ISC) snímá teplotu betonu v různých bodech a odesílá data přímo do webové aplikace ISC. Systém eliminuje časově náročné ruční odečítání měřicích bodů. K měření teploty v betonu se používá termočlánek, který umožňuje měřit kdekoli uvnitř konstrukce. Pokud měříte teplotu průběžně, můžete reagovat rychleji a zabránit poškození betonové konstrukce. Monitorování teploty a zralosti betonu ISC je nabízeno jako standardní sada. Webová aplikace ISC poskytuje informace o betonu kdekoli a kdykoli. Moderní a přizpůsobitelný design umožňuje pohodlný přístup z jakéhokoli zařízení.
Fyzikální veličiny ve stavebnictví
Tepelná kapacita a měrná tepelná kapacita
Na ohřátí různého množství stejných látek potřebujeme vždy rozdílné množství tepla. Tato rozdílnost se nazývá jako tepelná kapacita. Abychom tuto rozdílnost fyzikálně rozlišili, zavedeme veličinu nazvanou tepelná kapacita C. Jednotkou tepelné kapacity je J K-1. Daleko výhodnější je stanovit, kolik tepla je potřeba k ohřátí látky o známé hmotnosti m. Jednotkou měrné tepelné kapacity je J K-1 kg-1, kde m je celková hmotnost směsi.
Jednotkou tepla je jeden joule. Starší nebo také technickou jednotkou pro množství tepla je kilokalorie (kcal), která představuje množství tepla potřebné k ohřátí 1 kg čisté vody z 14,5 °C na 15,5 °C.
Měrná tepelná kapacita je veličina charakteristická pro danou látku. Měrná tepelná kapacita pevných a kapalných látek se mění s teplotou. Proto v tabulkách MFChT najdeme hodnoty udané při jediné teplotě. U plynů a par je situace složitější. Měrná tepelná kapacita závisí nejen na teplotě, ale také na tlaku a zejména na podmínkách, za kterých se teplo plynu předává. U všech látek se s klesající teplotou měrná tepelná kapacita zmenšuje a při teplotách blízkých 0 K má velmi malou hodnotu. Z běžně známých látek má největší měrnou tepelnou kapacitu voda (4180 J K-1 kg-1).
Důsledkem je řada jevů. Přímořské podnebí vykazuje menší teplotní rozdíly v atmosféře než vnitrozemské, a to jak denní a noční, tak letní a zimní. Je to tím, že voda má vyšší měrnou tepelnou kapacitu než vrstvy pevné zemské kůry. Proto se pobřežní vrstvy vody v moři pomaleji ohřívají a pomaleji ochlazují než povrch pevniny. To má vliv i na ochlazování a ohřívání vzduchu. V technické praxi je voda vhodná jako chladicí kapalina (k chlazení motorů, jaderných reaktorů), nebo jako kapalina vhodná k přenosu energie (např. v ústředním topení). Malou tepelnou kapacitu mají kovy (železo 452 J K-1 kg-1).
Součinitel tepelné vodivosti a součinitel prostupu tepla
Ještě nedávno se za základní kritérium, které ovlivňuje výslednou kvalitu objektu z hlediska pohody prostředí a z hlediska tepelných ztrát, považoval tepelný odpor. Dnes normy vyžadují počítat a zjišťovat součinitel prostupu tepla. Norma pro každou konstrukci udává požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla a rovněž hodnotu doporučenou. Stavba tedy musí vyhovovat minimálně požadované hodnotě.
Základní veličinou vypovídající o tepelně izolačních schopnostech stavební konstrukce (o schopnosti materiálu vést teplo) je součinitel tepelné vodivosti λ (lambda) s jednotkou W/m.K, watt na metr kelvin (která se píše častěji W.m-1.K-1, popř. Wm-1K-1).
Jinou důležitou veličinou je součinitel prostupu tepla U (jednotkou je W/m2.K), jímž se vyjadřuje tepelně izolační schopnost ohraničující konstrukce domu. Součinitel prostupu tepla vyjadřuje, kolik tepla projde 1 m2 konstrukce při rozdílu teplot na obou stranách konstrukce 1 °C. Požadovaná minimální hodnota součinitele prostupu tepla U (W/m2.K) musí pro obvodovou zeď dosahovat hodnoty 0,38 (W/m2.K). Pro obvodové zdivo z cihel je doporučená hodnota 0,25 (W/m2.K).
Ještě před několika roky se součinitel prostupu označoval „k“; norma pak určovala požadovaný tepelný odpor konstrukce R (R = 1/k). Tepelný odpor R udává, jaké množství tepla prochází jedním čtverečním metrem konstrukce určité tloušťky a z daného materiálu v každé vteřině, jestliže jsou na obou stranách této konstrukce jiné teploty. Tento tepelný odpor konstrukce (jednotka je m2K W-1) se vypočte ze vztahu R = d / λ (tloušťka izolace v metrech se vydělí výpočtovou hodnotou součinitele tepelné vodivosti materiálu). Výsledný tepelný odpor je součtem všech vrstev konstrukce; ty se (po přepočtu na tloušťku) sečtou.
Tepelná jímavost b (jednotka: W2/sm4K2) je součinem λ . p . c; charakterizuje schopnost materiálu o definované vlhkosti teplo akumulovat a opět postupně uvolňovat. Součinitel teplotní vodivosti (jednotka: m2/s) vyjadřuje schopnost materiálu o definované vlhkosti vyrovnávat rozdílné teploty při neustálém vedení tepla. Tepelná pohltivost (jednotka: W/m2K) je definována jako schopnost materiálu pohlcovat nebo uvolňovat teplo. Teplotní útlum konstrukce vyjadřuje schopnost konstrukce tlumit harmonické změny teploty vnějšího vzduchu v zimním (letním) období na vnitřním povrchu konstrukce. Kromě toho se ve stavebnictví používá množství dalších veličin; ty se týkají zejména vlhkosti ve stavebních materiálech (např. faktor difúzního odporu, součinitel difúzní vodivosti, hmotnostní vlhkost materiálu, objemová vlhkost materiálu, atd.).
Hodnoty tepelné vodivosti vybraných materiálů při teplotě 20 °C
(materiály jsou seřazeny od „nejlepšího“ k nejhoršímu)
| Látka | Tepelná vodivost λ [W•m-1•K-1] |
|---|---|
| Vzduch | 0,024 |
| Skelná vata | 0,04-0,042 |
| Čedičová vlna | 0,039-0,042 |
| Pěnový polystyren | 0,035 až 0,16 |
| Desky OSB | 0,13 |
| Pórobeton | 0,15-0,2 |
| Cihla | 0,28-1,2 |
| Liapor | 0,14-0,77 |
| Sklo | 0,60-1,0 |
| Škvárobeton | 0,70 |
| Voda | 1,0 |
| Beton | 1,5 |
| Čedič | 1,4 |
| Žula | 4,1 |
| Křemen | 8,4 |
Pro získání stejného tepelného odporu R = 2,5 m2KW-1 jako má 10cm vrstva minerální vlny o tepelné vodivosti 0,04 W/mK by bylo nutno tepelnou izolaci vytvořit ze dřeva o tloušťce 30 až 45 cm (podle druhu dřeva). Stejně izoluje zeď ze dvou řad (80 cm) cihelných bloků nebo 200 cm silná zeď z klasických plných cihel.