Pevnost betonu je klíčovým parametrem pro posouzení jeho kvality a trvanlivosti, ať už se jedná o nové konstrukce nebo o diagnostiku stávajících staveb.
Nová norma ČSN EN 13791 pro posuzování pevnosti betonu
Nové vydání normy ČSN EN 13791 [1] prošlo zásadní revizí. Poskytuje podrobnější návod k uplatňování zkušebních postupů, zejména s ohledem na definování výsledků zkoušek, měření, objemu betonu hodnocené konstrukce či její části, umístění zkoušky a testovací oblasti. Zabývá se odhadem pevnosti betonu v tlaku pro posouzení existující konstrukce, nebo posouzením třídy pevnosti betonu v tlaku v případě pochybností u nových konstrukcí.
Norma pojednává o zjišťování pevnosti v tlaku betonu v konstrukcích pomocí přímých metod (zkoušky jádrových vývrtů) a nepřímých metod (ultrazvukové rychlosti a odrazových tvrdoměrů). Hlavní pozornost je zaměřena na stanovení charakteristické pevnosti v tlaku pro použití normy ČSN EN 1992 - 1‑1 [9].
Přímé a nepřímé metody zkoušení
Při výrobě betonu umíme velmi dobře stanovit jeho fyzikálně mechanické vlastnosti - odebereme vzorky, ve formách necháme beton vyzrát a po příslušné době jej podrobíme normovým zkouškám. Problém nastává v okamžiku, kdy potřebujeme zjistit vlastnosti ztvrdlého betonu přímo v konstrukci, neboť jeho vlastnosti se mohou od betonu vyzrálého ve formách z různých důvodů lišit.
Pro posuzování betonu v konstrukcích zde od 80. let 20. století byla (a po harmonizaci v roce 2012 stále ještě je) k dispozici norma ČSN 73 2011 [2], která pro stanovení pevnosti v tlaku preferuje nedestruktivní - převážně tvrdoměrné - zkoušení betonu, přičemž jádrové vývrty v ní hrají doplňkovou a upřesňující roli.
Čtěte také: Více o pevnosti betonu
S rozvojem technologie betonu, která při masivním používání stavební chemie přinesla v podstatě rozvolnění závislosti mezi tvrdostí a pevností v tlaku, a současně s vývojem vrtací techniky došlo postupem času k příklonu k jádrovým vývrtům jako hlavní (referenční) metodě pro stanovení pevnosti v tlaku betonu v konstrukci. Jasně se to projevilo v původním vydání normy ČSN EN 13791 [3], která byla přijata v roce 2007.
Tato norma zabývající se zkoušením pevnosti v tlaku betonu v konstrukcích a prefabrikovaných dílcích jednoznačně preferovala jádrové vývrty, zatímco nedestruktivní zkoušky až příliš upozadila, resp. prakticky znemožnila jejich efektivní využití kvůli až nepochopitelnému upřesňování pomocí posunu základních křivek, které byly v podstatě vymyšlené a nepodložené výsledky zkoušek [4], [5]. Norma však přinesla kontroverze i v případě vyhodnocování výsledků zkoušek jádrových vývrtů - jak důkladně rozebírají autoři v [6].
Změny v nové normě
Nyní vyšla ČSN EN 13791 znovu, s účinností od 1. března 2020, a prozatím pouze v anglické verzi. Nová norma pro zkoušení pevnosti betonu v konstrukcích je napsána velmi dobře, má hlavu i patu, využívá statistické nástroje a kromě výrazného zlepšení ve vyhodnocování zkoušek jádrových vývrtů vrací řekněme důstojnou a smysluplnou roli i nedestruktivním zkouškám.
Z původního znění normy známe pevnost v tlaku in situ fc,is. Ta je nově implicitně vyjádřena jako pevnost jádra 2 : 1, tedy válcová pevnost. Můžeme zkoušet i tělesa se štíhlostním poměrem 1 : 1, pro přepočet jader 1 : 1 a 2 : 1 je v normě uveden korekční faktor CLF (core length factor), který má pro obyčejné a těžké betony hodnotu 0,82.
Pro srovnání - u nás jsme doposud používali koeficient štíhlosti dříve uvedený v normě ČSN EN 12390 - 3 [11], který měl pro přepočet z vývrtů 1 : 1 na 2 : 1 hodnotu 0,85, pro mezilehlé hodnoty štíhlosti od 1,0 do 2,0 byl dán výpočtovým vzorcem.
Čtěte také: Beton: prvních 24 hodin
Průměr jádrového vývrtu
Zřejmě nejvýraznější změnou je však požadovaný průměr jádrového vývrtu. Základním tělesem je samozřejmě válec o průměru 150 mm a výšce 300 mm, ovšem jako rovnocenný byl brán i vývrt o průměru 100 mm. Nové znění normy jde však ještě dál, neboť pevnost v tlaku in situ fc,is má být zjišťována na jádrech 2 : 1 o průměru ≥ 75 mm!
Podle našeho názoru je to správný krok, neboť vývrty o průměru 75 mm jsou hojně odebírány již nyní jako vhodný kompromis mezi co nejmenším oslabením konstrukce a hustotou vyztužení na straně jedné a velikostí zrn kameniva na straně druhé. Vždy je k tomu nutné přistupovat s rozumem, neboť stále platí, že průměr vývrtu by měl být alespoň třikrát větší než největší velikost zrn kameniva, jinak to může mít značný vliv na dosažené hodnoty pevnosti v tlaku.
Není-li kvůli hustotě výztuže možné použít jádra o průměru ≥ 75 mm a použijí se jádra menší (nejméně však o průměru 50 mm), je zapotřebí zvýšit počet zkoušek nebo počet zkušebních míst. Pro získání jednoho výsledku pevnosti v tlaku na jednom zkušebním místě je zapotřebí buď jedno zkušební těleso z vývrtu o průměru ≥ 75 mm, anebo tři zkušební tělesa z vývrtů (vývrtu) o průměru 50 mm.
Rovnoměrnost betonu
Původní vydání normy [3] bohužel rovnoměrnost betonu opomíjelo a neobsahovalo prakticky žádné statistické nástroje pro její hodnocení. Nové vydání [1] je v tomto směru výrazně lepší. V prvé řadě definuje zkušební oblast jako jeden nebo několik podobných konstrukčních prvků nebo prefabrikovaných betonových dílců, o nichž je známo nebo se předpokládá, že jsou vyrobeny z betonu se stejnými složkami a stejnou třídou pevnosti v tlaku.
V každém případě pokud se jedná o různé betony z hlediska návrhu (pevnostní třídy), musí být rozděleny na samostatné zkušební oblasti. Není-li pevnost betonu známa, posoudí se výsledky zkoušek pro skupinu prvků, zda se nejedná o dva druhy betonu - např. pomocí t‑testu se určí, zda se střední hodnoty pevnosti významně liší.
Čtěte také: Definice pevnosti betonu v tahu
Často se stává, že se v souboru výsledků z jedné zkušební oblasti (kde je očekávána stejná pevnostní třída) vyskytují podezřele nízké, nebo naopak vysoké hodnoty pevnosti v tlaku. Takové výsledky by měly být zkontrolovány, zda nejsou statisticky odlehlé, např. posouzením rozdílu mezi nejvyšším a nejnižším výsledkem zkoušek a průměrem všech výsledků.
V případě normálního rozdělení lze použít Grubbsův test odlehlých hodnot, jehož kritické hodnoty jsou v normě uvedeny ve formě tabulky. Pokud se potvrdí, že jeden nebo více výsledků jsou statisticky odlehlé hodnoty, provede se opatření, které je však věcí technického úsudku. Při vyřazení takových hodnot ze souboru se ovšem vždy musí vyřazené místo posoudit zvlášť.
Ponechání hodnot v souboru by znamenalo nesprávné snížení pevnostní třídy pro celou nosnou konstrukci. Nejprve se vždy všechny hodnoty testují s cílem zajištění jejich platnosti.
Platí jedna důležitá výjimka pro počet vývrtů - v případě malé zkušební oblasti, která obsahuje jeden až tři prvky a jejíž celkový objem nepřesahuje přibližně 10 m3, se odeberou nejméně tři jádra o průměru ≥ 75 mm včetně nejméně jednoho jádra z každého prvku ve zkušební oblasti.
Pokud se jednotlivé výsledky zkoušek z minimálně tří vývrtů neliší o více než 15 % od průměrné hodnoty tohoto souboru dat, pak se pro posouzení konstrukce vezme nejnižší hodnota jako charakteristická pevnost v tlaku fck,is.
V další části norma řeší stanovení pevnosti v tlaku na základě kombinace nedestruktivních zkoušek (tvrdoměrných a ultrazvukových) a jádrových vývrtů. Tato kapitola vyžaduje důkladné porovnání s normou ČSN 73 2011 [2], a proto se jí zde nebudeme podrobně věnovat.
Zatřídění betonu
Poslední důležitá poznámka se týká zatřídění betonu. Tato kapitola se týká vysloveně konstrukcí ve výstavbě, kdy mohou vzniknout pochybnosti o kvalitě dodávaného betonu (zejména nevyjdou-li kontrolní zkoušky), vzniknou problémy při betonáži anebo dojde k nějaké výjimečné události na stavbě.
Zkoumaný beton může být rozdělen do zkušebních oblastí, které by neměly překročit objem přibližně 180 m3. Každá zkušební oblast se rozdělí na objemy cca do 30 m3.
Pro pevnost stanovenou na vývrtu 2 : 1 a pevnostní třídu C30/37 je fck,spec = 30 MPa. Např. pokud bude mít sledovaná oblast objem 140 m3, pak ji lze rozdělit na pět částí o objemu do 30 m3. Znamená to, že pro posouzení pevnostní třídy bude zapotřebí provést deset jádrových vývrtů o průměru ≥ 75 mm.
Faktory ovlivňující dobu zrání betonu
Beton zraje celkem 28 dní, po kterých získává 100 % uváděné pevnosti. Při betonování podlah, nebo základové desky však není třeba čekat tak dlouho.
Dobu tvrdnutí významně ovlivňuje vodní součinitel betonu. Čím více je v betonu vody, tím déle tvrdne. Mimo to je betonová konstrukce náchylná na tvorbu trhlin vlivem nadměrného smršťování betonu.
Ideální teplota pro betonování by je v rozmezí 15 - 25 °C. Při této teplotě dochází k optimálnímu procesu zrání betonu. Čím je teplota vyšší, tím beton rychleji tvrdne. Minimální teplota pro betonování je 5 °C. Teplota by rozhodně neměla klesnout pod bod mrazu.
Dobu tvrdnutí betonu ovlivňuje výše zmíněná teplota okolního prostředí, ale také jiné povětrnostní podmínky, jako je intenzita větru a slunečního záření, které se podílí na rychlosti odpařování vody z konstrukce. To je však v mnohých případech nežádoucí a betonovou konstrukci je třeba před slunečním zářením chránit přikrytím plachtou či kartonem. Vhodné je také konstrukce ošetřovat vodou, aby nedocházelo k nadměrnému vysychání betonu.
V zimním období je provádění betonářských prací značně ovlivněno nízkými teplotami prostředí. Všechny dokumenty se shodují na limitní teplotě 5 °C. Když teplota betonu poklesne pod 5 °C, hydratace se zásadním způsobem zpomaluje, téměř se zastavuje.
Technologické možnosti urychlení náběhu pevnosti betonu
Použitý cement zásadním způsobem ovlivňuje rychlost náběhu pevností betonu v čase. V zimním období je rychlost náběhu pevností betonu v konstrukci výrazně ovlivněna i vývojem hydratačního tepla cementu.
Typ plastifikační přísady ovlivňuje zejména počátek tuhnutí a tvrdnutí betonu. Pro zimní období jsou k dispozici superplastifikační přísady s urychlujícím účinkem. Betony s těmito přísadami jsou značeny jako varianta R. Jejich účinek je v urychlení počátku tuhnutí a tvrdnutí.
Základní zásady práce s betonovou směsí
- Přesun betonové směsi z autodomíchávače nebo nákladního vozidla by měl být co nejkratší.
- Při dopravě a manipulaci s betonem je důležité dbát na to, aby se směs nerozmísila.
- Při dopravě a čerpání betonu je velmi důležité zohlednit klimatické vlivy.
Teplota a její vliv na beton
Teplota je pro beton jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících jeho kvalitu. Při nízkých teplotách se hydratace cementu zpomaluje a beton tuhne pomaleji. Pokud beton dosáhne teploty nižší než +5 °C, proces tuhnutí se takřka zastaví. Při vyšších teplotách se tuhnutí betonu výrazně zrychluje. Optimální teploty pro betonování jsou v rozmezí +15 až 25 °C.
Minimální teplotu směsi +5 °C je potřeba udržet i po uložení do konstrukce po dobu alespoň 24 hodin. Beton se musí chránit před mrazem až do dosažení zmrazovací pevnosti Rz (tato pevnost je cca 5 MPa), což je cca po 2 dnech (může se lišit dle typu použitého betonu).
Aby bylo možné používat beton při nízkých teplotách, je nutné používat vyšší pevnostní třídy betonu nebo upravit složení pomocí takzvané zimní směsi. K výrobě je používána teplá voda pro zajištění hydratačního procesu a dodání betonu v požadované teplotě.
Při betonáži za vyšších teplot (nad +25°C) je bezpodmínečně nutné maximálně zkrátit dobu transportu a zabudování směsi. Konstrukci je tedy potřeba chránit vůči dalším tepelným ziskům, např. slunečním zářením.
Hutnění betonové směsi
Během ukládání betonové směsi je nutné provést hutnění. Způsob hutnění je volen podle druhu použité směsi a typu betonované konstrukce. Míra zhutnění má přímý vliv na výslednou pevnost betonu. Hutněním je potřeba minimalizovat objem kavern (prázdná místa) a to z dalšího důvodu - objem betonu, zejména ve stěnových konstrukcích, vyvíjí svou vlastní váhou vysoký tlak.
Ošetřování betonu
Ošetřování betonu pro provedení je nejdůležitějším procesem. V běžných podmínkách je osvědčeným a často používaným způsobem ošetření plošných konstrukcí, např. základových desek, stropů nebo betonových komunikací, provedení povrchového parafínového nástřiku (curingu).
Neodborná úprava betonové směsi
Kromě způsobu zpracování a klimatických podmínek ovlivňuje kvalitu betonu také neodborná úprava či zásah do receptury betonové směsi na staveništi:
- Dořeďování betonové směsi
- Přidáváním nevhodných příměsí, jakými mohou být i vlákna.
Konzistence betonové směsi
Betonové směsi jsou vyráběny v několika úrovních konzistence, neboli stupně zpracovatelnosti od S1 až do S4. Jednotlivé stupně zpracovatelnosti betonu se liší recepturou, je proto důležité zpracovávat směs v dané konzistenci.
Vliv teploty na hydrataci cementu
Je všeobecně známo, že se snižováním teploty se zpomalují procesy hydratace cementu. K podstatnému zpomalení dochází už při teplotě +5 °C. V důsledku toho se zpomaluje i vývoj pevnosti betonu a prodlužuje se doba k dosažení potřebných pevností.
Technologie zpracování betonu
Dalším činitelem, který ovlivňuje rychlost nárůstu pevnosti betonu, je technologie zpracování betonu. Významným procesem je hlavně zhutňování betonu, které ovlivňuje zvýšení počáteční i konečné pevnosti betonu.
Nejpoužívanější technologie zhutňování na staveništi jsou: pěchování, ubíjení, vibrování a vakuování.
Míchání betonu
S postupujícím vývojem se totiž mění jak technologie celé stavby, tak i jednotlivých materiálů jako je například cement. Bylo by tedy velkou chybou míchat beton bez použití plastifikátoru.
Typy cementu
V dnešní době se vyrábí již několik desítek druhů cementu. Základní rozdělení je na čistý portlandský a směsný. Mění se v nich jednotlivé složky a jejich poměry.
Pro svépomocné stavebníky je nejběžnější cement 32,5, protože jde o univerzální, směsný cement. Cement 42,5 je pak spíše pro profíky.
Písek a štěrk
Pro výrobu betonu je ideální říční tříděný písek frakce 0-4 mm. Nejjemnější, tedy kopaný písek používáme jako přísadu do malt a omítek.
U štěrku saháme po frakci 4-16 mm nebo 8-16 mm.
Voda
Vodu používáme čistou ze studny či vodovodu a do míchačky ji dáváme vždy jako první ingredienci. Míchačku tak dobře promočíme.
Postup výroby betonu
Poté, co do míchačky dáme vodu, míchačku zapneme, aby se dobře promočila. Následně můžeme začít přidávat další ingredience.
Míchání betonu dnes je rozhodně jiné v porovnání s tím, jak se beton míchal za dob našich dědů, kdy se nepoužíval plastifikátor, vůbec ho neznali.
A plastifikátor nám pomáhá, abychom neměli té vody tolik.
tags: #pevnost #betonu #v #čase #faktory