Pojem smršťování betonu se obvykle používá ve spojitosti s vlhkostními objemovými změnami, případně s objemovými změnami hydratačními. Každý beton se smršťuje a tento fakt je možné pouze omezit, nebo kompenzovat. Cílem tohoto článku je poukázat na závažnost problematiky smršťování betonu.
Typy a příčiny smršťování betonu
Smršťování má několik příčin. Některé dílčí způsoby smršťování působí souběžně, nebo postupně přecházejí jeden v druhý.
Plastické smršťování a vysychání
Pokud dochází k úniku vody z čerstvého betonu do okolí před začátkem tuhnutí betonu, jedná se o plastické smršťování. Pokud uniká voda z betonu po začátku tuhnutí a tvrdnutí, jedná se o vysychání betonu. Voda se dostává příliš rychle z betonu a vznikají kapiláry, které ještě urychlují vysychání betonu. V naprosté většině případů vlhkostní objemové změny u vyzrálého betonu (na rozdíl například od dřeva) nepředstavují pro konstrukci žádné riziko. Zcela opačná však je situace v případě zrání betonu, protože v tomto případě se jedná o objemovou změnu nevratnou a současně relativně velkou. U obvyklých betonových směsí se při standardních podmínkách (v tzv. normálním laboratorním prostředí) smršťování pohybuje na úrovni přibližně 0,7 mm/m. V případě jemnozrnných nebo nevhodně složených směsí však nejsou zcela výjimečné ani hodnoty okolo 2,5 mm/m.
Chemické neboli autogenní smršťování
Chemické nebo také autogenní smršťování nastává, když objem složek před hydratací, tedy cement a voda mají větší objem, než má pak výsledný vyzrálý beton. Hydratační objemové změny jsou vyvolány chemickou reakcí cementu s vodou, protože hydratační produkty v systému portlandský cement a voda mají objem významně menší, než je objem nezhydratovaného portlandského cementu a vody vstupující do reakce. Toto tzv. chemické smrštění dosahuje značných hodnot. Uvádí se, že pro úplnou hydrataci 1 kg portlandského cementu je potřeba zhruba 250 g vody. Výsledný hydratační produkt pak je menší o přibližně 60 ml (tj. přibližně o krychli o hraně 40 mm) [1]. Změna vnějších rozměrů prvku, způsobená chemickým smrštěním, se nazývá autogenní smrštění. Přímý vztah mezi velikostí chemického smrštění a velikostí autogenního smrštění bohužel neexistuje a je závislý na konkrétním typu cementu a na složení betonové směsi (například vodním součiniteli). Autogenní smrštění může být významné zejména u betonů s velmi nízkým vodním součinitelem, které vykazují relativně malé smrštění v důsledku ztráty vlhkosti. Například pro vysokopevnostní beton s vodním součinitelem nižším než 0,3 se uvádí autogenní smrštění na úrovni přibližně 0,2 až 0,4 mm/m [2].
Jak předejít smršťování betonu a zajistit kvalitu
Jak zajistit, aby beton byl kvalitní a pevný? Má to několik zásadních premis. Jednou z hlavních je příprava, aby nedocházelo k smršťování betonu.
Čtěte také: Míchání betonu krok za krokem
Opatření proti chemickému smršťování
U chemického smršťování se musí upravit dávka vody nebo se musí zvětšit frakce kameniva, protože kamenivo svůj objem nezmenšuje, upravuje se tak poměr mezi jednotlivými částmi. Možné je také přidat expanzivní přísadu, která s postupem času naopak nabývá na objemu.
Opatření proti plastickému smršťování a vysychání
Plastické smršťování se upravuje snížením podílu vody (když je ve směsi méně vody, méně se jí také odpaří do okolí) a hlavně omezením vysychání. To znamená okamžité zakrytí betonu fólií, která sníží odpar. Vlhčení vodní mlhou také omezuje únik vlhkosti z betonu. Samozřejmostí je pak kropení betonu, ovšem tak, aby nedocházelo k vyplavování. Jako vždy je ovšem nejúčinnější posunout betonáž do doby, kdy jsou podmínky nejlepší, tedy nemrzne, nesvítí příliš slunce apod.
Smršťování betonu v normách
Z hlediska převážné většiny podlahových konstrukcí v průmyslových objektech, které jsou tvořeny železobetonovými deskami, a rovněž cementových potěrů v občanské a bytové výstavbě, představuje smršťování betonu (respektive cementového potěru) v době jeho zrání jedno z hlavních rizik vzniku závažných poruch. Typickými projevy jsou zejména vznik trhlin a tzv. zkroucení desek (curling), při kterém se nadzdvihnou rohy a hrany smršťovacích polí.
Eurokód 2
Eurokód 2 je normou pro navrhování betonových konstrukcí určenou primárně pro práci projektantů. V normě se uvádí, že smršťování betonu závisí na okolní vlhkosti, na rozměrech prvku a na složení betonu. Celkové smrštění betonu pak počítá jako součet smršťování od vysychání a smršťování autogenního. Pro betony vyrobené z cementu třídy N je velikost smrštění od vysychání tabelována a příslušnou hodnotu lze zjistit na základě znalosti pevnostní třídy betonu a relativní vlhkosti prostředí, ve kterém bude beton umístěn. Pomocí součinitele je dále zahrnut vliv "masivnosti" konstrukce. Variantně lze smrštění od vysychání spočítat pomocí vztahu, kde je navíc zahrnut vliv třídy cementu S, N nebo R.
| Pevnostní třída betonu | Relativní vlhkost vzduchu | Konečné smrštění od vysychání | Autogenní smrštění | Celkové smrštění betonu |
|---|---|---|---|---|
| C20/25 (cement třídy N) | 20 % | 0,62 ‰ (0,62 mm/m) | 0,025 ‰ (0,025 mm/m) | 0,645 ‰ (0,645 mm/m) |
| C20/25 (cement třídy N) | 100 % | 0 ‰ (0 mm/m) | 0,025 ‰ (0,025 mm/m) | 0,025 ‰ (0,025 mm/m) |
Ve výpočtu smršťování podle Eurokódu 2 tedy nejsou zahrnuty vlivy odrážející konkrétní složení betonové směsi, které však mají na smršťování betonu zásadní vliv. Zejména se jedná o skutečnost, že jemnozrnné betony a betony s vyšším množstvím cementu mají výrazně větší smrštění než betony hrubozrnné, a to při stejné pevnosti v tlaku. Vliv použitých přísad a sklonu použitého cementu ke smršťování rovněž není zahrnutý. V normě se pro provádění betonových konstrukcí v kapitole Ošetřování a ochrana uvádí, že "beton se musí v raném stáří ošetřovat a chránit, aby se minimalizovalo plastické smršťování, aby se zajistila dostatečná pevnost povrchu, aby se zajistila dostatečná trvanlivost povrchové vrstvy, musí se chránit před mrazem a před škodlivými otřesy, nárazy nebo před poškozením". Norma tedy po dodavateli betonové konstrukce nepožaduje, aby ošetřováním betonu omezoval smrštění betonu od vysychání. Požaduje pouze, aby zabránil vzniku trhlin od plastického smršťování, což je pouze část smrštění od vysychání, která probíhá na samém počátku zrání betonu.
Čtěte také: Beton pro základy
ČSN EN 206-1 a ČSN 74 4505
Základní norma pro výrobu betonu (ČSN EN 206-1) se věnuje problematice smršťování pouze okrajově. V normě se nacházejí pouze dvě zmínky o smršťování betonu, obě ve změně Z3 z dubna 2008. První je v národní příloze v článku 5.2.9, který platí pouze v České republice a věnuje se obsahu jemné moučky v betonu. Článek patří do kapitoly Základní požadavky na složení betonu. Druhá zmínka je významnější a nachází se v národní příloze v článku 6.2.3, který vyjmenovává doplňující požadavky pro specifikaci betonu. Smrštění betonu je právě jedním z těchto doplňujících požadavků. Ve všeobecných požadavcích na specifikaci betonu norma požaduje, aby specifikátor betonu (kterým je v našich podmínkách obvykle projektant) zajistil, že všechny příslušné požadavky na vlastnosti betonu budou zahrnuty ve specifikaci, která se předkládá výrobci betonu. Specifikace typového betonu musí obsahovat vždy všechny základní požadavky a podle potřeby požadavky doplňující. S ohledem na problematiku smršťování betonu lze tedy vyvodit, že norma ČSN EN 206-1 požaduje po specifikátorovi betonu, aby doplňující požadavek na velikost smršťování betonu ve specifikaci typového betonu uvedl vždy, kdy to konkrétní situace konstrukce vyžaduje. Vzhledem k tomu, že smršťování betonu je jednou z hlavních a nejčastějších příčin vzniku poruch betonových podlah, měl by, podle našeho názoru, tento požadavek být součástí specifikace betonu pro podlahy vždy.
Základní norma pro výrobu cementu pro stavební použití se problematice smršťování cementu vůbec nevěnuje a smršťování tedy vůbec není parametrem, který by se pro cement deklaroval. Někdy bývá smršťování cementu zaměňováno s tzv. objemovou stálostí cementu, která se zkouší pomocí Le Chatellierových objímek. Konstrukce Le Chatellierových objímek však umožňuje zjistit pouze sklon cementu k nabývání, kdy je registrováno rozevření objímky. Zkouška probíhá ve vodní lázni, která se po dobu cca 3 hodin vaří. Tato zkouška je určena pro sledování množství volného vápna ve slínku, které v minulosti představovalo významný problém.
V základní normě pro navrhování a provádění podlahových konstrukcí (ČSN 74 4505) se problematika smršťování betonu řeší zavedením pojmu smršťovací spára. Tato spára je vytvořena tak, aby umožnila kontrolovaný vznik smršťovacích trhlin, a tedy proběhnutí objemových změn betonu bez vzniku nežádoucích, tzv. divokých trhlin či jiných nepříznivých dopadů smršťování. V normě se dále požaduje, aby v návrhu podlahy (jak průmyslové, tak občanské a bytové výstavbě) bylo definováno rozmístění smršťovacích spár v podlaze a jejich následná úprava. Pro průmyslové podlahy, které jsou prakticky vždy tvořeny monolitickou železobetonovou deskou, jsou uvedeny požadavky na maximální vzdálenost smršťovacích spár (maximálně třicetinásobek tloušťky desky, maximálně 6 m) s tím, že větší vzdálenosti smršťovacích spár musí být podloženy statickým výpočtem. Výjimkou jsou specifické případy speciálních syntetických povrchových úprav podlah. Pro cementové potěry často používané v občanské a bytové výstavbě se podobná konkrétní doporučení v normě neuvádějí.
Z uvedeného přehledu normativních ustanovení je zřejmé, že stávající normová úprava klade hlavní odpovědnost za opatření bránící vzniku poruch způsobených smršťováním betonu na projektanty. ČSN 74 4505 požaduje, aby autor návrhu podlahy (obvykle projektant) předepsal rozmístění smršťovacích spár po podlaze. To je, spolu s vyztužením betonové desky, hlavním konstrukčním opatřením bránícím vzniku nežádoucích smršťovacích poruch. ČSN EN 206-1 zároveň po specifikátorovi betonu (obvykle projektantovi) požaduje, aby specifikoval veškeré relevantní parametry betonu, v případě podlahových konstrukcí by tedy neměl zapomenout na doplňkový parametr smrštění betonu. Pro formulaci tohoto požadavku nedává norma žádné vodítko, a je tedy třeba ho s dodavatelem betonu dohodnout tak, aby parametry betonu odpovídaly parametrům uvažovaným v projektu, respektive návrhu podlahy (viz ČSN EN 1992-1-1). Úkol dodavatele betonové směsi vyrobit specifikovaný beton rovněž není jednoduchý, protože pracuje s materiály s variabilními vlastnostmi. Mezi ně je, vedle kameniva a příměsí, třeba zahrnout i cement. Zmíněná cementářská norma ČSN EN 197-1 nezahrnuje smršťování cementu mezi jeho parametry a výrobci cementu ho tedy nemusejí vůbec sledovat, a tedy ani garantovat míru smršťování u jednotlivých typů cementů, ani to, že smršťování cementu během jeho zrání je u různých dodávek stále stejné. Úkolem prováděcí firmy pak je beton do podlahy správně uložit, včas nařezat smršťovací spáry a ošetřovat tak, aby v počáteční fázi zrání nevznikly trhliny od plastického smršťování. V současnosti tedy výrobci betonu neznají hodnoty smršťování vyráběných betonů a současně nemají srovnatelné informace k používaným cementům.
Měření smrštění betonu
UNI 11307 je metoda vhodná pro stanovení hydraulického osového smršťování betonových trámců v průběhu času. Podle této metody jsou na koncích vzorku nalepeny ocelové čepy, aby bylo možné měřit rozměrové změny vzorku.
Čtěte také: Parametry fréz do betonu
Zkušební forma a vybavení
- Zkušební forma: Vyrobena z oceli, rozměry formy 100x100x500 mm. Hmotnost cca: 19 kg.
- Ocelové čepy: Během měření jsou tyto čepy nalepeny na koncích zkušebního betonového trámce.
- Přístroj pro měření smrštění: Kovový stojan, který je vybaven referenční tyčí a digitálním měřidlem 12.5x0.001 mm, s výstupem na PC.
tags: #míra #smrštění #betonu #informace