Pevnost betonu je klíčovou vlastností, která definuje jeho schopnost odolávat zatížení před porušením. Jednoduše řečeno, je to pevnost betonu, při které se zkušební těleso poruší. Tato pevnost v tlaku se provádí v prostém (krychelná pevnost betonu), v sevřeném a v soustředěném stavu. Kromě pevnosti v tlaku se zkoumá i pevnost betonu v tahu a ve smyku.
Definice a stanovení pevnosti betonu
Pevnost betonu v tlaku je velikost napětí dosaženého v místě porušení při zániku celistvosti betonu. Podle tvaru zkušebního tělesa, na kterém se zkouška provádí, jde buď o pevnost v tlaku krychelnou nebo válcovou. Tyto třídy jsou odvozeny od maximálního napětí, které přirozeně zkušební vzorek již poškodí. Norma ČSN EN 206-1 tímto způsobem stanovuje 16 pevnostních tříd obyčejného a těžkého betonu a 14 tříd lehkého betonu.
Pevnost v tlaku fck,cyl se stanovuje po 28 dnech na válcích o průměru 150 mm a délce 300 mm, nebo fck,cube na krychlích o délce hrany 150 mm.
Označení betonu a jeho pevnostní třídy
Betony se označují značkou C následovanou dvěma čísly - válcovou pevností a krychelnou pevností v MPa, například C16/20. Písmeno "C" v označení C20/25 značí "Concrete", což je anglický výraz pro beton. Čísla za "C" udávají charakteristickou pevnost betonu. První číslo (např. 20 v C20/25) vyjadřuje charakteristickou pevnost v tlaku měřenou na válci, zatímco druhé číslo (např. 25) představuje charakteristickou pevnost v tlaku měřenou na krychli. Je to minimální pevnost, kterou by beton měl mít, když je zatížený. Vybírání správné pevnostní třídy betonu není jen o splnění minimálních standardů; jde o zajištění dlouhodobé bezpečnosti a odolnosti vaší konstrukce.
K rozdělení na třídy podle pevnosti v tlaku se používá tabulka 7 normy ČSN EN 206+A2 pro obyčejný a těžký beton a tabulka 8 téže normy pro lehký beton.
Čtěte také: Více o pevnosti betonu
| Označení třídy betonu | Válcová pevnost fck,cyl (MPa) | Krychelná pevnost fck,cube (MPa) |
|---|---|---|
| C8/10 | 8 | 10 |
| C12/15 | 12 | 15 |
| C16/20 | 16 | 20 |
| C20/25 | 20 | 25 |
| C25/30 | 25 | 30 |
| C30/37 | 30 | 37 |
| C35/45 | 35 | 45 |
| C40/50 | 40 | 50 |
| C45/55 | 45 | 55 |
| C50/60 | 50 | 60 |
Poznámka: Tabulka obsahuje pouze vybrané příklady, pro úplný přehled viz normy ČSN EN 206+A2.
Tvrdnutí a zrání betonu
Beton zraje celkem 28 dní, po kterých získává 100 % uváděné pevnosti. Proces tvrdnutí a zrání betonu se skládá ze dvou fází: tuhnutí a tvrdnutí. Po smíchání cementu s vodou dochází vlivem chemických reakcí (hydratace cementu) ke vzniku jemných krystalků, které vzájemně prorůstají a vytvářejí pevnou vazbu v betonu, tj. k jeho tvrdnutí. Ačkoliv beton tvrdne zpravidla několik týdnů, dostatečné pevnosti dosahuje již po několika dnech.
Faktory ovlivňující dobu zrání betonu
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. Dobu tvrdnutí betonu ovlivňuje také teplota okolního prostředí a 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.
Ideální teplota pro betonování 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.
Složení betonu a jeho vliv na pevnost
Beton je směs cementu, hrubého kameniva a drobného kameniva, vody, přísad do betonu a příměsí do betonu. V čerstvém stavu je beton dobře zpracovatelný, naopak ztvrdlý beton má vysokou pevnost v tlaku (nikoli však v tahu), je trvanlivý a nehořlavý a lze jej opravit, ale i poměrně dobře recyklovat. Má velmi dobrou schopnost tepelné akumulace.
Čtěte také: Vývoj pevnosti betonu
Cement a jeho pevnostní třídy
Cement je hydraulické pojivo, tj. jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši, která tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a procesů. Po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě. Cement podle EN 197-1, označovaný jako cement CEM, musí při odpovídajícím dávkování a smíchání s kamenivem a vodou umožnit výrobu betonu nebo malty zachovávající po dostatečnou dobu vhodnou zpracovatelnost.
Norma ČSN EN 197-1 ed. 2 definuje a určuje specifikace pro 27 jmenovitých cementů pro obecné použití, 7 síranovzdorných cementů pro obecné použití, jakož i pro 3 jmenovité vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a 2 síranovzdorné vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a pro jejich složky. Definice každého cementu zahrnuje poměry složek, jejichž kombinací je možno vyrobit určitou skupinu výrobků v rozsahu devíti pevnostních tříd.
Rozeznávají se tři třídy normalizované pevnosti: třída 32,5, třída 42,5 a třída 52,5. Dále se rozeznávají tři třídy počáteční pevnosti pro každou třídu normalizované pevnosti: třída s normálními počátečními pevnostmi značená písmenem N, třída s vysokými počátečními pevnostmi značená písmenem R a třída s nízkou počáteční pevností značená písmenem L. Cementy pro obecné použití s nízkou počáteční pevností mají nižší počáteční pevnosti ve srovnání s ostatními cementy pro obecné použití stejné třídy normalizované pevnosti a mohou být požadována dodatková opatření při jejich použití, jako je prodloužení doby bednění a ochrana při škodlivém počasí.
Čím je vyšší pevnostní třída cementu a čím méně obsahuje příměsí, tím rychleji probíhá jeho tvrdnutí a tuhnutí a cement je vhodný např. do konstrukcí s požadavky na krátké odbedňovací lhůty nebo pro zimní betonáže. Naopak cementy nižších tříd s vysokým obsahem příměsí tuhnou a tvrdnou pomaleji.
Složky cementu
- Portlandský slínek: Vyrábí se pálením surovinové směsi obsahující prvky obvykle vyjádřené jako oxidy CaO, SiO2, Al2O3, Fe203.
- Granulovaná vysokopecní struska: Vzniká rychlým ochlazením struskové taveniny z tavení železné rudy ve vysoké peci.
- Pucolány: Přírodní látky křemičité nebo křemičito-hlinité.
- Popílek: Získává se odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím.
- Křemičitý úlet: Vzniká při redukci křemene uhlím v elektrické obloukové peci a obsahuje amorfní oxid křemičitý.
- Doplňující složky: Zvlášť vybrané anorganické přírodní látky nebo složky uvedené výše, pokud nejsou použity jako hlavní.
- Síran vápenatý: Přidává se k ostatním složkám za účelem úpravy tuhnutí.
Kamenivo a voda
Kamenivo je sypký materiál jako např. písek, štěrk, drcený kámen apod. Spolu s vodou a cementem je nezbytnou součástí při výrobě betonu. Dělí se na jemné kamenivo (písek, štěrk s jemností zrna do 4 mm) a hrubé kamenivo (kamenivo vyšší frakce, drcené kamenivo). Voda použitá jako záměsová i ošetřovací musí být čistá, tj. bez chemických přísad a příměsí, které by mohly nepříznivě ovlivnit proces hydratace cementu. Pro přípravu i ošetřování betonu je vhodné použít pitnou vodu.
Čtěte také: Beton: prvních 24 hodin
Přísady a příměsi do betonu
Při výrobě betonu je dnes běžné a neodmyslitelné používání přísad stavební chemie. Super a hyper plastifikátory dokáží upravit reologii a dobu zpracovatelnosti čerstvého betonu na zákazníkem požadovanou hodnotu. Dále se používají:
- Provzdušňovače: Vytvářejí v čerstvém betonu velké množství uzavřených vzduchových pórů, používají se u betonů vystavených účinkům mrazu a při vysokých požadavcích na pevnost.
- Plastifikátory (tzv. vodoredukující přísady): Zlepšují zpracovatelnost betonové směsi.
- Urychlovače tuhnutí: Bezchloridová přísada do betonu, která urychluje tvrdnutí.
- Superplastifikátory (tzv. změkčovadla): Snižují obsah vody o 12 - 30 % a přidávají se do betonů s nízkým sednutím a vodním součinitelem, aby zvýšily tekutost betonu.
- Inertní příměsi: Jsou inertní vůči procesu hydratace a ovlivňují vzhledové nebo mechanické vlastnosti betonu (např. pigment).
- Latentně hydraulické příměsi: Účastní se procesu hydratace cementu a obvykle mění mechanické vlastnosti výsledného betonu (např. popílek).
Železobeton a betonářská ocel
Prostý beton je odolný především stran namáhání tlakem, snese ale jen malé namáhání v tahu a snadno při této formě namáhání praská. Proto se beton a betonové výrobky doplňují o ocelovou výztuž armaturami a vzniká tak tzv. železobeton. Ten je tvořen betonem vyztuženým ocelovými pruty a sítěmi nebo dráty.
Betonářská ocel se dodává v tloušťkách od šesti do dvaceti osmi milimetrů. Pruty betonářské oceli pro armování betonu nejsou hladké, ale mají žebrovaný povrch. K zabudování do překladů nebo betonových nosníků, základů apod. se ocelové tyče spojují do tzv. košů či armokošů. Betonářská ocel v podobě tzv. kari sítě je používána pro vyztužení vodorovných betonových ploch, typicky podlah, stropů apod. Mírný stupeň zarezivění povrchu betonářské oceli není na závadu, protože koroze na povrchu je tvořena oxidy železa, které zvětšují morfologii (drsnost) povrchu, ten pak do betonu lépe „zapadne“.
Úpravy a zpracování betonu
Míchačky a bednění
Oblíbeným postupem přípravy betonu je za použití tzv. míchačky na beton. Míchačka na beton slouží k promíchání směsi na beton, tj. cementu, drobného a jemného kameniva, vody a případně dalších přísad a příměsí. Bednění je dočasná nebo trvalá (viz ztracené či tzv. zabudované bednění) pomocná konstrukce, jejímž účelem je vymezení (ohraničení) objemu, v němž má beton či železobeton vytuhnout do žádaného výsledného tvaru.
Povrchové úpravy betonu
Barva na beton, či spíše barevný pigment do betonu, je anorganická nebo organická příměs do betonu, která má za cíl ovlivnit výslednou barvu vzniknuvšího betonu. Broušením beton získává jiný vzhled, který je, při dobře odvedené práci, pohledově atraktivnější. Pro dělení betonu řezáním jsou pak nejčastěji používané výkonné úhlové brusky se speciálními diamantovými kotouči, případně tzv. řezačky na beton.
Hydroizolace betonu
Hlavním účelem hydroizolace na beton je zajištění ochrany před průnikem vlhkosti skrz beton. V případě tekuté krystalizační hydroizolace pronikají její chemické složky kapilárami betonu a následně krystalizují (do vodou nerozpustné látky) a utěsňují tak veškeré mikrotrhliny. Hydroizolační materiál zvyšuje trvanlivost betonu tím, že se po nanesení stává jeho nedílnou součástí a ochraňuje tak konstrukci prosti poškození vodou nebo agresivními roztoky.
tags: #pevnost #dostredneho #tlaku #betonu