Beton je kompozit s mnoha aplikacemi. Obvykle se používá k pokládání základů, podlah budov a schodišť nebo k vytvrzování podkladů. Při výběru směsi pro konkrétní projekt musíme věnovat pozornost třídě betonu. Je to parametr, který definuje pevnost materiálu v tlaku, vyjádřenou v megapascalech (MPa).
Klasifikace Betonu Podle Pevnosti v Tlaku
Beton a jeho klasifikace, jak ji stanovuje norma PN-EN 206.2014, rozděluje tento stavební materiál do několika tříd na základě jeho schopnosti odolávat tlakovému zatížení. 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.
Pevnostní zkoušky se provádějí na betonových blocích ve tvaru válce nebo krychle. 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.
Vysvětlení Označení Tříd Betonu
Ve velkoobchodech se stavebninami nebo v produktových katalozích internetových obchodů najdeme různá označení betonu. Symboly obsahují velká písmena následovaná dvěma číslicemi. Písmeno C znamená beton a "C" v C20/25 označuje slovo "Concrete", což je v angličtině slovo beton. Čísla za "C" nám říkají, jak silný beton je. První číslo (například C20) definuje měrnou pevnost betonu v tlaku, stanovenou na válcových vzorcích po 28 dnech zrání. Hodnota za znaménkem /, známá jako modul nebo lomítko, představuje specifickou pevnost při stlačení krychlového vzorku o rozměrech 15 cm × 15 cm × 15 cm, stanovenou po 28 dnech. Vyšší číslo značí beton s vyšší pevností v tlaku.
Nové označení jakosti betonu platí v celé Evropské unii. Standardizace výrazně usnadnila stavebníkům výběr vhodných materiálů, které odpovídají konstrukčním předpokladům. Pevnost betonu v tlaku je základ stavby - nenápadný, ale zásadní. Tento klíčový parametr určuje, jak dobře bude materiál odolávat tlakovým silám, které na něj působí. V architektuře a stavebnictví je tato pevnost ztělesněním odolnosti a trvanlivosti, a proto je tak důležité ji správně definovat a klasifikovat.
Čtěte také: Přehled pevnostních tříd cementu
Stavebníci, kteří dlouhá léta používali označení B pro betony, často stále používají staré názvosloví. Betonová směs označená písmenem B je starší metoda měření, která byla založena na krychlových vzorcích. Například současná třída C8/10 odpovídá staršímu označení B10 a třída C25/30 zase B30. Na mnoha staveništích se stále používá toto starší značení. Dřívější označení beton B35 odkazuje na skupinu betonů C30/37. Chudý beton (třída B10) je nyní označen jako beton C8/10. Beton C20/25 (B25) se široce používá například v rodinném bydlení. Je to proto, že je snadno zpracovatelný, relativně levný a velmi odolný. Tento běžně dostupný kompozit vykazuje dobré pevnostní parametry: pevnost krychlového vzorku je 20 MPa. U válcových vzorků je index měrné pevnosti 16 MPa.
Výběr Správné Třídy Betonu
Výběr správné třídy betonu není jednoduchý. V potaz je třeba brát mnoho faktorů, situaci pak neulehčuje ani změť kódových označení, či příslušných norem. Při výběru vhodné třídy betonu je nutné brát v potaz jeho zatížení fyzickými, chemickými a mechanickými vlivy. Jednotlivé třídy jsou rozděleny velmi podrobně, nemělo by se proto stát, že budete váhat mezi dvěma alternativami. Každý stavební projekt má jiné potřeby. Vybírání správné pevnostní třídy betonu není jen o splnění minimálních standardů; jde o zajištění dlouhodobé bezpečnosti a odolnosti vaší konstrukce.
Pro základy běžných rodinných domů na rovinatých pozemcích je zpravidla dostačující beton C12/15 nebo již zmíněný C16/20, beton na základovou desku bývá o třídu vyšší a pro monolitické stropy je nutné využít pevnostní třídu minimálně C20/25.
Expoziční Třídy Betonu
Při výběru betonu je kromě pevnostní třídy klíčové zohlednit i podmínky, ve kterých bude beton použit. Expoziční třídy určují, jak beton odolává různým environmentálním vlivům, což je nezbytné pro zajištění dlouhodobé trvanlivosti konstrukce. Správný výběr betonové směsi tedy vyžaduje pečlivé zvážení obou aspektů - pevnostní třídy pro zajištění strukturální integrity a expoziční třídy pro odolnost vůči vnějším vlivům. Tyto třídy nejsou zahrnuty do běžných výpočtů zatížení, ale mají zásadní vliv na složení ze kterého je beton vyroben, výběr ochranných opatření a limitní hodnoty pro šířku trhlin.
Ultralehký Beton (ULC)
Recenzovaný příspěvek se zabývá vývojem receptury vysokohodnotného lehkého betonu s objemovou hmotností nepřekračující 1000 kg/m³. Vysokohodnotným jej lze nazvat vzhledem k nízké objemové hmotnosti při současně relativně vysoké pevnosti, která průměrně dosahuje 19,4 MPa. Betony s objemovou hmotností pod 1200 kg/m³ lze dle [1] označit jako ultralehké (ULC).
Čtěte také: Tabulka pevnostních tříd betonu
ULC byl vyvíjen na FAST VUT v Brně v rámci projektu MPO ČR TIP FR-TI4/159 „Light structures“. Tento projekt se zabývá návrhem prefabrikovaných segmentů z lehkého betonu, u kterých se předpokládá využití především pro konstrukce ekoduktů. ULC by zde měl tvořit ochrannou konstrukci, která by chránila subtilní jádro z vysokopevnostního betonu před nárazy, vnějšími vlivy a ohněm.
Typy Lehkých Betonů
Nízké objemové hmotnosti je dosaženo nejčastěji použitím pórovitého kameniva (plniva). Hutný lehký beton je nejvíce podobný běžnému betonu, a to díky podobně uzavřené (kompaktní) struktuře. U mezerovitého lehkého betonu je nízké objemové hmotnosti dosaženo upravenou křivkou zrnitosti a omezením množství cementového tmelu. Některé frakce kameniva, zejména jemné, jsou zde značně potlačeny nebo úplně vynechány. Množství cementového tmelu je redukováno pouze na obalení zrn kameniva.
Další dvě skupiny lehkých betonů jsou vytvořeny obvykle bez přidání pórovitého kameniva. Pěnobeton je zpravidla tvořen pouze z cementu, vody a pěny. U pórobetonu zaujímají póry až 80 % z celkového objemu. Vylehčení (vytvoření pórů) je dosaženo přidáním plynotvorné látky, kterou je v ČR nejčastěji hliníkový prášek. Tato látka v čerstvém betonu vyvolá chemickou reakci s alkalickým prostředím a za uvolnění vodíku způsobí tzv. „nakynutí“ směsi.
Vývoj Receptury ULC
Pro vylehčení betonu bylo v první fázi výzkumu použito lehké plnivo a pěna. S lehkým plnivem se však nepodařilo dosáhnout požadovaného vylehčení, tj. objemové hmotnosti pod 1000 kg/m³. Vylehčení pomocí pěny bylo zkoušeno jak poloprovozně v prostorách Prefy Brno, tak laboratorně na FAST VUT v Brně. Beton měl dosahovat pevností v tlaku 1,0 a 13,5 MPa (pevnosti po 28 dnech zjištěné na krychlích o délce hrany 150 mm). Pěnobeton vyrobený laboratorně na FAST VUT v Brně dosahoval při vysušené objemové hmotnosti 1440 kg/m³ průměrné krychelné pevnosti 12,9 MPa.
V další fázi se tedy vývoj zaměřil na vylehčení pomocí lehkého keramického kameniva, tedy na hutný lehký beton. Jako plnivo bylo zvoleno kamenivo z expandovaného jílu, které se v ČR prodává pod obchodním názvem Liapor. V rámci teoretické přípravy návrhu LC jsme nejprve definovali optimální křivku zrnitosti vytvořenou z výše uvedených frakcí. Bylo zjištěno, že navržený LC by byl mezerovitý, špatně zpracovatelný a nedostatečné pevnosti. Bylo tedy nezbytné přijmout ještě další opatření pro snížení objemové hmotnosti LC, které musí být směrováno k vylehčení cementového tmelu. Jako nejefektivnější se jevilo provzdušnění tmele, které vytváří v betonu malé vzduchové póry o průměru 10-300 µm.
Čtěte také: Průvodce pevnostními třídami betonu
Pro ULC byl použit cement CEM I 52,5R. Abychom zabránili odebírání vody z čerstvého betonu v průběhu míšení, bylo kamenivo před mícháním navlhčeno tzv. dodatkovou vodou. Tato voda se podle [3] nezapočítává do vodního součinitele, nezmenšuje tedy pevnost betonu, která závisí na vodním součiniteli, a navíc ve ztvrdlém betonu působí jako ošetřující voda. Následně byl přidán cement, práškové příměsi a 90 % účinné vody s rozpuštěnou provzdušňující a kombinovanou polyfunkční přísadou. Jedině tak mohlo být dosaženo dobře zpracovatelného a přitom stabilního LC požadované objemové hmotnosti.
Vlastnosti ULC
Čerstvý LC vykazoval rozlití kužele cca 450 mm. Pro použití v konstrukčních prvcích jsou nejvýznamnějšími vlastnostmi LC jejich pevnost a modul pružnosti. Existuje relativně přímý vztah mezi pevností a objemovou hmotností. Z toho vyplývá, že pokud známe objemovou hmotnost betonu určitého základního složení, lze s velkou mírou pravděpodobnosti určit dopředu i jeho krychelnou pevnost. V našem případě byla průměrná krychelná pevnost celkového souboru 20 vzorků 19,4 MPa s výběrovou směrodatnou odchylkou 2,2 MPa. Průměrná objemová hmotnost ULC po vysušení byla 950 kg/m³ při průměrné krychelné pevnosti 19,4 MPa.
Průměrný modul pružnosti lehkého betonu s označením LC 12/13, D1,0 lze podle [4] vypočítat pomocí vztahu Elcm = Ecm ‧ ηE, kde Ecm je modul pružnosti obyčejného betonu odpovídající pevnostní třídy a ηE je zmenšující součinitel závislý na objemové hmotnosti. Pro objemovou hmotnost 1000 kg/m³ vychází hodnota modulu pružnosti 5,6 GPa. Naproti tomu při experimentech byla naměřena průměrná hodnota modulu 8,6 GPa s výběrovou směrodatnou odchylkou 0,5 GPa.
Vyvinutý ultralehký beton je předurčen pro použití v prefabrikovaných segmentech v konstrukcích ekoduktů. Své využití jistě najde i v dalších oblastech, kde se efektivně uplatní jeho nízká objemová hmotnost při relativně vysoké pevnosti. Na trhu lze běžně nalézt jen lehký konstrukční beton s pevnostní třídou pouze 8/9 při třídě objemové hmotnosti D1,2 [5].
Ultravysokohodnotný Beton (UHPC)
Ultravysokohodnotný beton (UHPC - ultra high performance concrete) je jednou z největších výzev moderní technologie betonu po celém světě. UHPC je beton s pevností výrazně nad normově danými třídami, s dlouhou trvanlivostí a odolností pro nejnáročnější podmínky. Není ovšem žádná celosvětově uznávaná norma nebo předpis, který by stanovoval, jakých parametrů musí beton dosáhnout, aby se dal do kategorie UHPC zahrnout. Nejčastěji, zejména v sousedním Německu, je zmiňována hranice pevnosti v tlaku na válcích 150 MPa.
TOPCRETE® je ultra-vysokopevnostní beton, zkráceně označovaný jako UHPC, jehož krychelná pevnost se standardně pohybuje od 120 až po 190 MPa. České technické normy ČSN EN 206+A2 a ČSN P 73 2404 uvádí nejvyšší pevnostní třídu C 100/115. V této normě je nejvyšší pevnostní třídou třída C100/115, tzn. válcová pevnost v tlaku 100 MPa. Model Code FIB 2010 ještě připouští pevnostní třídu C120/140, tzn. válcovou pevnost 120 MPa.
Pro výrobu ultra-vysokopevnostního betonu TOPCRETE®, který normami danou nejvyšší pevnostní třídu překračuje, se řídíme vlastní podnikovou normou, podle které deklarujeme nejnižší pevnostní třídu C 110/120. Na beton třídy C110/130 už byl vydán i certifikát, vyšší třídy je možno certifikovat dle potřeby zákazníků.
Složení a Vlastnosti UHPC
Známé receptury UHPC se vyznačují velmi vysokými dávkami pojiva a mikrosiliky, extrémně nízkým vodním součinitelem a vysokou hutností uloženého betonu. Složená křivka zrnitosti směsi musí být optimalizována od nejjemnějších částic (mikrosilika) až po hrubé kamenivo. Hrubé kamenivo může mít zrnitost až 16 mm, ovšem běžně má maximální zrno průměr do 8 mm. Základem pro dosažení požadovaných pevností a odolností je co nejvyšší hutnost uloženého betonu.
Další důležitou složkou UHPC jsou drátky. Tyto drátky mají významně menší rozměr (průměr 0,2-0,3 mm) než drátky běžně používané například do podlah (0,75-1 mm) a jejich množství ve směsi se nejčastěji pohybuje v rozmezí 1-2 % objemově (tzn. 80-160 kg/m³). Konzistence UHPC se může pohybovat v rozmezí téměř zavlhlých směsí až po samozhutnitelné betony. Samozhutnitelná konzistence UHPC je asi nečastější (rozliv obráceným Abramsovým kuželem 650-750 mm). Díky velmi nízkému obsahu vody a vysoké dávky superplastifikátorů je UHPC oproti standardním samozhutnitelným betonům znatelně viskóznější. Z toho důvodu se jako další ukazatel konzistence měří tzv. průtokový čas.
Vzhledem k velmi vysokému obsahu cementu a mikrosiliky je nutné počítat s nadměrným autogenním smrštěním betonu v rané fázi jeho zrání. Při zkouškách nesmí docházet k segregaci směsi. Důležité je beton ihned po uložení ošetřit, aby nedošlo ke vzniku „oschlé kůže“ (elefant skin) na povrchu konstrukce. Vzhledem k velmi nízkému vodnímu součiniteli beton osychá velmi rychle (během několika minut). „Oschlá kůže“ jednak nedosahuje požadovaných pevností, ale hlavně zadržuje unikající vzduch z betonu a povrchová vrstva pak není soudržná se zbytkem konstrukce.
Aplikace UHPC
TOPCRETE® svým složením vyhoví i těm nejagresivnějším stupňům vlivů prostředí a jeho trvanlivost se odhaduje na více než 200 let. V literatuře se uvádí životnosti více než 200 let a zejména tato zvýšená životnost ospravedlňuje zvýšené náklady na beton. Díky velmi vysoké pevnosti UHPC lze navrhovat menší průřezy konstrukcí a snížit tak celkovou vlastní hmotnost konstrukce. Vysoká odolnost UHPC umožňuje tento materiál použít i pro velmi exponované konstrukce. Kromě samostatných konstrukcí je možné s tímto typem materiálu vytvářet ochranné tenké vrstvy na standardních konstrukcích, např. přímo pojížděné ochranné nabetonávky mostovek, ochranné vrstvy mostních říms nebo pilířů.
V TBG Metrostav je technologie výroby a přepravy UHPC zvládnuta a je možné UHPC, tzn. beton s válcovou pevností vyšší než 150 MPa zákazníkům dodat. Na beton třídy C110/130 už byl vydán i certifikát, vyšší třídy je možno certifikovat dle potřeby zákazníků.
Cementy a Jejich Složky
Cement neboli umělý kámen, je stavební surovina skládající se z plniva, pojiva, vody a speciálních příměsí. U běžného betonu je pojivem kvalitní portlandský cement. Norma 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.
Portlandské cementy s vápencem obsahují kromě slínku, jakou jedinou hlavní složku vápenec (L, LL). Kvalitní a trvale dostupné vápence s minimálním obsahem jiných doprovodných látek umožňují vyrábět pro zákazníka cementy s trvale stabilními vlastnostmi.
Každá z hlavních složek má jiný vliv na vlastnosti cementu a jejich optimální kombinace dovoluje vyrobit cement právě požadovaných vlastností. Jemně mletý vápenec má přímý vliv na zlepšení zpracovatelnosti, snížení nebo odstranění odlučivosti vody a stabilizaci barevnosti betonu, na druhé straně může snižovat konečné pevnosti. Struska s popílkem snižují naopak počáteční pevnosti, příznivě však ovlivňují plynulost nárůstu pevností a dosahování vyšších konečných pevností. Dále tyto složky obvykle zvyšují odolnost betonu proti agresivnímu prostředí, zejména proti síranové agresivitě. Popílek zlepšuje vlastnosti čerstvého betonu, zejména čerpatelnost a homogenitu a ve ztvrdlém betonu zlepšuje jeho odolnost vůči působené vody.
Při výrobě betonu je dnes běžné a neodmyslitelné používání přísad stavební chemie. Při navrhování konstrukcí z LC projektanti stále narážejí na absenci některých normových podkladů. Původně byla plánována celá norma pouze pro lehký beton.
Tabulka porovnání starých a nových jakostí betonu
| Staré označení | Nové označení | Použití |
|---|---|---|
| B10 | C8/10 | Chudý beton |
| B25 | C20/25 | Rodinné bydlení |
| B30 | C25/30 | --- |
| B35 | C30/37 | --- |
tags: #pevnostni #tridy #ultra #lehkeho #betonu