Beton je široce používaný stavební materiál, který se snadno vyrábí, snadno zpracovává a má výborné užitné vlastnosti. Pro většinu lidí se beton skládá z cementu, písku a vody. Ti znalejší vědí, že do betonu se dávají také větší kameny (drcené kamenivo nebo říční „kačírek“). Čím více cementu se do betonu dá, tím je beton „mastnější.“ A že se beton může také vyztužovat, čímž vzniká tzv. vyztužený beton neboli železobeton. Možná také někdo z Vás používal dokonce i přísady do betonu, které snižují potřebnou vodu při míchání betonu a zvyšují jeho kvalitu.
Co je to železobeton?
Betonové konstrukce, do kterých se vkládají různé ocelové prvky, nazýváme železobetonem. Železobeton řadíme mezi takzvané kompozitní materiály. Kompozitní materiál je složen ze dvou a více rozdílných látek. Výsledný kompozit pak disponuje vlastnostmi, které nemá ani jedna z látek. Jak vyplývá z názvu, tak železobeton je složený z betonu a železné výztuže. Betonářská výztuž je do betonu zalita speciálním způsobem, kdy při jakémkoliv zatížení nebo deformaci dojde k jejímu natažení. Železobetonové konstrukce mají dlouhou historii a jejich navrhování je běžnou praxí.
Historie železobetonu
Železobeton, neodmyslitelně spojený s moderním stavitelstvím, má poutavou historii, která sahá až do 19. století a představuje fascinující vývoj technologických inovací a potřeb efektivnějších staveb. První experimenty s kombinací železa a betonu se datují do konce 18. století, ale skutečný průlom přišel v roce 1849, kdy francouzský inženýr François Coignet získal patent na 'béton armé' (ozbrojený beton). Klíčový okamžik v historii železobetonu přišel v roce 1867, kdy francouzský zahradník Joseph Monier získal patent na vlastní metodu výroby železobetonu. Tehdy z něj vyráběl nádoby na pěstování rostlin a neměl vůbec ponětí, co jeho vynález způsobí. Následující desetiletí přinesla postupný rozvoj konceptu železobetonu. V roce 1889 inženýr Hennebique postavil první prefabrikovaný železobetonový most ve Francii, což předznamenalo širší přijetí tohoto materiálu ve stavebním průmyslu. V roce 1903 pak americký inženýr Ernest L. Průlom v popularizaci železobetonu přišel v první polovině 20. století, kdy se stal klíčovým materiálem pro stavbu mostů, budov a dalších infrastrukturních projektů. Během období urbanizace a industrializace ve 20. Dnes je železobeton stále v širokém využití díky své kombinaci vysoké pevnosti oceli a odolnosti betonu. Jeho historie, zakotvená ve vývoji technologií a potřebách společnosti, odhaluje neustálý pokrok v oblasti stavebních materiálů, který zásadně ovlivnil způsob, jakým budujeme a formujeme svět kolem sebe.
Proč se výztuž do betonu vlastně dává?
Přestože je beton obecně poměrně tvrdý, nemá příliš velkou tahovou pevnost. Tato „nízká“ tahová pevnost se projevuje praskáním betonu, pokud je namáhán v tahu, nebo je-li ohýbán. Tento ohyb či tah betonu paradoxně nastává velmi často i tak, kde byste ho nečekali. Ocel se do betonu vkládá z důvodu zlepšení pevnosti v tahu. Vloženou výztuží se zesiluje konstrukce především v tahové zóně. Ocel je schopna zachytit tahové síly. Má-li být tenká výztuž namáhaná tlakem, je třeba ji uložit do betonu, aby nedošlo k vybočení. Základem je betonářská ocel, tedy speciální druh oceli určený k zalití do betonu.
Samotný beton výborně snáší tlak, ale špatně tah a ohyb. Dvě hlavní vlastnosti betonu jsou pevnost v tlaku a nízká odolnost v tahu. Naproti tomu ocel disponuje skvělou odolností v tahu, zároveň je však velmi drahá. Beton a ocel mají perfektní vlastnosti, díky kterým se vzájemně podporují a vytváří tak jeden pevný celek. Mají odlišné vlastnosti, a přesto díky velmi podobné délkové teplotní roztažnosti, jsou v souhře. Tam kde beton nestačí, tam mu ocel pomůže a na druhou stranu, on ji bude chránit před korozí a odvede těžší práci. Pokud bude zalitá v betonu, tak se v podstatě vytvoří železobeton. A s ním se setkáte na všech stavbách. Prostý beton má stejně jako každý přírodní kámen malou pevnost v tahu. Je tedy vhodný pro konstrukce namáhané především pouze v tlaku, což je nedostatkem pro některé druhy konstrukcí, jako jsou např. trámy a stropy.
Čtěte také: Jak blízko mohu stavět k plotu?
Kdy může dojít k namáhání betonu v tahu?
- Při střídání venkovních teplot - pokud je beton ve styku s dalšími materiály (rostlá země, cihly, dřevo, asfalt, …) může docházet vlivem různých teplotních roztažností materiálů ke vznikání pnutí v betonu.
- Pokud je zatěžován na ne-zcela pevném podkladu - pokud například vybetonujete základy nebo základovou desku a lokálně Vám dojde k poklesu podloží, nebo vlivem vlhkosti k jeho „nabobtnání“, může dojít opět k pnutí v betonu.
- Při jednostranném zatěžování - pokud požijete beton na vytvoření například zdi tvořící terasu, která brání posunu zeminy. Podobné namáhání může vyvolat vítr. Stejně tak jednostranně je zatížena stropní konstrukce.
- Při smršťování betonu - vlastností betonu (respektive cementu) je, že se v průběhu tvrdnutí smršťuje. Nejdříve dochází k odpařování vody z betonu a následně chemickou reakcí cementu dochází k dalšímu smršťování betonu.
Nejznámější výztuž do betonu - ocelová!
Nejznámější výztuží do betonu jsou buď „kari sítě“ nebo „roxory“. Jedná se o ocelové svařované sítě nebo pruty o různých tloušťkách a délkách. Jsou snadno dostupné, jsou z materiálu, který každý dobře zná, a mají léty ověřené vlastnosti. Armovací železo je označení pro ocelové prvky, které se vkládají do betonu a vytvářejí z něj pevnou železobetonovou konstrukci. Nejčastěji má podobu žebrovaných prutů, které mají po povrchu výstupky. Vyrábějí se různé průměry a tvary prutů, které se na stavbě stříhají a ohýbají podle potřeby. Betonářská ocel neboli výztuž je známá jako roxor, což není její správné označení, ale spíše lidový název.
Proč neříkat dnešní výztuži "roxor"?
Jednoduše proto, že dnešní výztuž není roxor. Roxor byla dříve používaná betonářská výztuž jiného tvaru a tedy i vlastností. Roxory se používaly od 30. do 50. let 20. století. Dnešní betonářská výztuž se nazývá a značí tak, jak jsme si představili.
Funkce betonářské výztuže
Betonářská výztuž se používá v železobetonových prvcích a jejím hlavním úkolem je přenášení tahových napětí v betonových průřezech. Abychom tomuto zborcení překladu předešli, vloží se před betonáži do této dolní části betonářská výztuž, která převezme tahová napětí tam, kde nám beton na tah nevyhovuje. V horní části průřezu působí v betonu tlaková síla, zde využíváme vlastností betonu, který velmi dobře odolává tlaku, v dolní části působí tahová síla, kterou přebírá betonářská výztuž.
Kruhové tyče se vkládají přímo do betonu, tím přidávají prvku větší nosnost a také zásadně snižují deformace. Armovací ocel může posloužit jako pevný základ podlah a stropů, pomáhá pevně kotvit a kvalitně provést věnce. Betonářské železo se v základu dodává v podobě hladkých tyčí, ty mohou mít i žebříkové provedení. Tato úprava pomáhá zvýšit soudržnost oceli s betonem.
Výztužná kostra, která může být vázaná nebo svařovaná. V betonových prvcích rozeznáváme výztuž podélnou (nosnou) a výztuž příčnou. Příčná výztuž se dělí na rozdělovací, která je používána v plošných konstrukcích a třmínky, které se používají ve sloupech, překladech, trámech a věncích. Je důležité upozornit, že veškerá výztuž je v betonových prvcích důležitá a zejména spolupůsobí. Například třmínky nám vymezují svým tvarem polohu podélné výztuže, zároveň však přenášejí smyková napětí od posouvajících sil, které na konstrukci působí.
Čtěte také: Jak postavit příčku na anhydritové podlaze
Typy výztuží a jejich použití
Nejjednodušší formou armovacího železa jsou rovné ocelové pruty, které se ukládají do betonu podél namáhaných míst. Často se z nich vytváří základové pasy nebo výztuže pro stropní desky. Pro stěny, sloupy a pasy se často využívá armovací koš, což je prostorová sestava z podélných prutů a prvků, kterým se říká třmínky výztuže. Typickým místem, kde se armovací železo uplatní, jsou základy rodinného domu. V základových pasech a základových deskách se ukládá tak, aby přeneslo zatížení z celého domu do podloží a omezilo nerovnoměrné sedání. Ve stropních konstrukcích tvoří armovací železo základ stropní desky, která musí unést jak vlastní váhu, tak provoz v místnostech.
Základní označování betonářské oceli klasifikuje norma ČSN 420139 Ocel pro výztuž do betonu - Svařitelná žebírková betonářská ocel - Všeobecně. Oceli třídy tažnosti C se v ČR nevyrábí. Základní a v ČR nejpoužívanější je betonářská ocel s označením B500B, u sítí B500A. První písmeno znamená, že se jedná o betonářskou ocel, číslo udává mez kluzu Re = fyk v MPa a poslední písmeno třídu tažnosti. Jelikož jsou KARI sítě plošné prvky, předpokládá se využití v plošných konstrukcích jako jsou desky, podkladní betony, cementové potěry a stěny.
Výroba betonářské výztuže
Při výrobě železobetonu používáme ocelové výztuže s kruhovým průřezem. Tyče jsou opatřeny zářezy nebo žebrováním, díky tomu v betonu lépe drží. Současné trendy a způsoby výroby betonářské výztuže zahrnují oceli kruhového průřezu, které jsou na svém povrchu opatřeny příčnými žebírky nebo vtisky, a předpínací výztuž, která je do konstrukcí ukládána v předpjatém stavu.
Způsoby výroby betonářské výztuže s žebírky:
- Válcování za tepla s následným řízeným ochlazováním: Po výstupu z poslední válcovací stolice prochází tyč speciálním chladicím zařízením, které způsobuje zakalení povrchu tyče. Výsledkem je ocel s houževnatým feriticko-perlitickým jádrem a zakalenou martenzitickou povrchovou vrstvou. Ocel pro výztuž má zpravidla dvě řady příčných žebírek, je vyráběna v rozměrových řadách (průměrech) od 8 do 40 mm, je dodávána převážně v tyčích a s deklarovanou vyšší plasticitou (s duktilitou B nebo C).
- Válcováním za tepla s následným natažením za studena: Za tepla válcovaná ocel s žebírky je navinuta na svitek. Po vychladnutí je na speciálním zařízení převinuta a dodatečně natažena o cca 4-5 %. Natažení za studena vede ke zpevnění oceli s mírnou ztrátou její plastičnosti. Ocel pro výztuž má zpravidla čtyři řady příčných žebírek, je vyráběna v rozměrových řadách (průměrech) od 6 do 16 mm, je dodávána převážně ve svitcích s deklarovanou vyšší tažností (zpravidla s duktilitou B, výjimečně C).
- Válcováním za studena: Za tepla válcovaná hladká ocel ve svitku je za studena protažena přes průvlak, který způsobí jednak redukci průřezu a zároveň vyválcování žebírek na povrchu. Průchodem přes průvlak dochází ke zpevnění oceli při ztrátě její plastičnosti, přičemž velikost zpevnění závisí na redukci drátu při jeho průchodu průvlakem. Ocel pro výztuž má zpravidla tři řady příčných žebírek, je vyráběna v rozměrových řadách (průměrech) od 4 do 14 mm, je dodávána převážně ve svitcích případně rovnaná v tyčích s deklarovanou normální tažností (zpravidla s duktilitou A, případně B). Takto vyráběná ocel bývá často využívána k výrobě svařovaných sítí a prostorových nosníků (trigonů).
Složité tvary železobetonu jsou vyrobeny již v armovně. Na stavbu se tedy dostanou už hotové a připravené dílce, které není třeba montovat dohromady. Použití jednotlivých železobetonových dílů podléhá stavebnímu inženýrovi a statikovi. Ti jsou schopni posoudit, kam se hodí určité díly a jakým způsobem se mají vyztužit. Samotný výpočet a návrh železobetonového prvku je poměrně náročný a provádí jej výhradně autorizovaná osoba (projektant pozemních staveb nebo statik). Běžný stavebník by měl vědět, a uvědomit si, že musí dodržet rozmístění a typ všech prvků, které projektant spočítal.
Čtěte také: Bezpečné vytápění krbovými kamny
Svařování betonářské oceli
Ve snaze změnit přístup ke svařování betonářských ocelí byl vydán soubor norem EN ISO 17660 „Svařování - Svařování betonářské oceli“, který doplňuje požadavky na svařování betonářské výztuže uvedené v ČSN EN 1992-1-1 „Eurokód 2: „Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby“. Normy řady ČSN EN ISO 17660 byly vydány z toho důvodu, že stále se zvyšující nároky na železobetonové konstrukce a s tím související betonářskou ocel, vyžadovaly specifickou úroveň zručnosti a pracovních znalostí svářečského personálu (svářečů a svářečského dozoru) a zavedení zvláštních postupů pro dosažení požadované kvality svarů. Normy řady ČSN EN ISO 17660 platí pro svařování spojů (část 1 - nosných, část 2 - nenosných) ze svařitelné betonářské oceli a korozivzdorné betonářské oceli, ať již při jejím svařování v dílnách nebo na montáži. Normy zahrnují svarové spoje betonářské oceli mezi sebou, ale rovněž mezi betonářskou ocelí a jinými ocelovými součástmi (spojovací prvky, kotvy, aj.). Neplatí však pro výrobu svařovaných sítí a příhradových nosníků na mnohobodových strojích pro bodové a výstupkové svařování.
Způsoby svařování betonářské výztuže:
- Spoj přesahem
- Spoj s příložkami
- Tupý spoj
- Křížový spoj
- Svarové spoje betonářské oceli s jinými ocelovými součástmi
Jak je to s ocelovou výztuží v betonu?
Každý ví, že železo na větru a dešti začne rezivět a postupně degraduje. Proč tedy v betonu nerezaví? Je to tak, že někdy rezaví! A pak je to zpravidla velmi rychlé. Přirozené pH betonu je velmi zásadité. V takto vysokém pH betonářská ocel nerezaví ani při styku s kyslíkem a vodou (je tzv. „pasivována“). Je tedy dokonale chráněna do doby, než beton své pH ztratí a výztuž začne rezivět.
Tyče musí být ze všech stran obklopeny betonem, jehož tloušťka nesmí klesnout pod 5 cm. Díky tomu proběhne chemická reakce mezi betonem a ocelí, která zajišťuje ochranu proti korozi. Což je další velmi důležitá vlastnost železobetonu. Nicméně již samotná armovací ocel je vždy ošetřena nátěry nebo zinkováním pro zvýšenou odolnost vůči vlhkosti. V profesionálním stavebnictví se užívá pojem „krytí výztuže“. Je to návrhová tloušťka betonu, která musí minimálně chránit ocelovou výztuž, aby nedocházelo ke korozi alespoň po dobu výpočtové životnosti konstrukce. Zároveň se používají betony s návrhovou odolností proti určitým typům „agresivních vlivů prostředí“, jako jsou vzdušný oxid uhličitý (který dokáže reagovat se složkami v betonu a snižovat pH), chemicky rozmrazující látky (zpravidla posypová sůl) či chemicky agresivní látky v půdách či plynech (nejčastěji asi sírany).
Výztuž musí být uložena hluboko pod povrchem. Krycí vrstva tak nejen zakrývá méně estetickou výztuž, ale také chrání jádro před působení koroze. Aby armovací železo fungovalo, musí být uloženo v betonu přesně tam, kde ho předpokládá statický návrh. Nestačí tedy jen nějaké pruty nahodile vložit do betonu. Pro dodržení krytí se používají distanční podložky, které brání tomu, aby výztuž ležela na zemině nebo přímo na bednění. Velmi častou chybou je, že se armovací železo jen položí na dno výkopu nebo bednění bez použití distančních podložek. Výztuž pak nepracuje v tahové zóně, ale leží téměř na povrchu nebo naopak úplně dole. Časté jsou i špatně provázané rohy a napojení, kdy betonářská výztuž netvoří souvislý celek. Na první pohled může armovací železo působit jako položka, na které se dá ušetřit tím, že se výztuž jednoduše zredukuje. Kdo respektuje statický návrh, používá kvalitní betonářská výztuž a dbá na správné krytí výztuže, ten výrazně zvyšuje životnost celé stavby.
Co se děje, když už výztuž začne rezivět?
Na povrchu výztuže se začne vytvářet zkorodovaná vrstva, která má větší objem než původní výztuž. S růstem tloušťky koroze se zvyšuje tlak této vrstvy na okolní beton, až dojde k popraskání betonu a jeho „odloupání či oprýskání“. Pokud ke korozi dojde, zpravidla to poznáte až příliš pozdě (po popraskání betonu) a nemáte příliš mnoho možností, jak to sami doma spravit. Samozřejmě existují profesionální postupy a firmy na sanaci (opravu) betonových konstrukcí. Pro většinu hobby konstrukcí je to však spíše z žánru sci-fi než praktických řešení.
Jak to ale udělat, když nejsem „profík“ s výpočty od statika?
Výztuž do betonu zpravidla dáváte pocitově, na základě doporučení zkušenějších (fachmanů či z internetu) nebo dle stavebního návodu (dokumentace či doporučení výrobce). Chcete-li předejít budoucím možným problémům, držte se následujících doporučení: Beton vždy volte raději kvalitnější než horší. Snažte se vždy povrch betonu maximálně „zatáhnout“ - uhladit, aby nebyl nasákavý. Vrstvu chránící výztuž volte raději tlustší než tenčí. Nebo to udělejte chytřeji! Zvolte betonovou výztuž, která nekoroduje.
Kompozitní neocelová výztuž - pokrok 21. století i pro domácí stavitele
Neocelové výztuže plní veškeré funkce ocelové výztuže se všemi benefity pro beton, které byly výše popsány. Navíc nikdy nekorodují, jsou lehčí a výrazně skladnější (nechají se rolovat a samy se vracejí do původního tvaru). Zároveň díky vyšší tahové pevnosti než má ocel se používají na dosažení stejných vlastností betonu menší průměry kompozitní výztuže (při srovnání s ocelovou). Tím tedy pozitivně zvyšují vlastnosti betonu, aniž by hrozilo, že vlivem koroze výztuže dojde k rychlejší degradaci betonu. Obzvláště u některých aplikací je to vlastnost k nezaplacení. Zajímavé je to, že má stejnou pevnost v tlaku i tahu, která se pohybuje v rozmezí od 350 MPa a to až do 600 MPa.
Kde se vyplatí použít kompozitní výztuž?
- Vytváření tenkých betonových desek venku - u takovéto desky prakticky nelze vytvořit dostatečnou krycí vrstvu betonu chránící ocelovou výztuž. Pro kompozit to není problém.
- Ukládání vyztuženého betonu do země, nebo tam, kde může docházet ke styku s vodou - při betonáži například základů nebo základových desek, kde je třeba vyztužit spodní část betonu, se špatně zajišťuje, aby se vám spodní výztuž nedotýkala zeminy. Zde pak dochází rychle ke korozi ocelové výztuže. Pro kompozit to není problém.
- Podélné vyztužování ztraceného bednění - obzvláště styk jednotlivých tvarovek ztraceného bednění je skoro nemožné utěsnit před vnikající vlhkostí. Zároveň zde zpravidla ocelová výztuž není nijak chráněná betonem, neboť se tento prostor těžko betonem vyplňuje a výztuž rychle koroduje. Pro kompozit to není problém.
- Betonování ze „zavlhlého“ betonu - častokrát si potřebujete něco vybetonovat, ale nemáte prostor či čas beton vyrábět sami. Dovezená zavlhlá směs z blízké betonárny je pak jasná volba. Takovýto beton je ale velmi často hodně porézní, prakticky dokonale nezhutnitelný, nasákavý a rychle ztrácí přirozené pH. Případná vložená ocelová výztuž může začít rychle rezivět. Pro kompozit to není problém.
Práce s kompozitní neocelovou výztuží
Kompozitní neocelová výztuž lze ohýbat, je pružná, ale nedrží po ohnutí svůj tvar a navrací se do tvaru původního. To je velká výhoda při manipulaci, ale může to být nepříjemné překvapení při specifických aplikacích. Po kompozitní výztuži lze chodit (například pokud tvoří vyztužení desky, kde se potřebujete ještě před či při betonáži pohybovat). Krácení výztuže se provádí buď štípacími kleštěmi (do ekvivalentu 6mm ocelového drátu to není problém), nebo klasicky pomocí úhlové brusky („flexy“). Spojovat jednotlivé prvky (sítě či pruty) lze jednoduše při ponechání standardního překryvu výztuže pomocí plastových elektrikářských pásek (kdy se doporučuje vždy zakrátit přebytečný kus pásky - nenechávat „dlouhé ocásky“). Pokud použijete pásky bílé, budete navíc snadno vidět, kde jste již výztuž vázali a kde ne. Další výhodou může být formát dodávaných kompozitů. Díky lehkosti a snadné „rolovatelnosti“ se výztuž dodává i ve větších kusech než standardní ocelová výztuž. Tím ušetříte peníze za „nezbytné překrývání“ jednotlivých výztuží, kdy se standardně doporučuje překryv navazujících roxorů 50cm a u sítí také (samozřejmě v závislosti na použité kvalitě betonu a stupni zatěžování).
tags: #jaké #železo #se #používá #do #betonu