Efektivní využívání rozličných druhů přísad a příměsí je dnes už nezbytnou součástí technologie výroby betonu. Tyto složky výrazně ovlivňují vlastnosti čerstvého i ztuhlého betonu a umožňují výrobu betonu s takovými parametry, jichž by se bez jejich použití nedalo dosáhnout. Přísady představují složky betonových směsí, které se používají v malých množstvích (do 5 % hmotnosti cementu), ale cíleně ovlivňují vlastnosti čerstvé betonové směsi i ztuhlého betonu v široké škále podle potřeby a účelu použití betonu (umožňují například výrobu vysokopevnostních, samozhutnitelných a stříkaných betonů apod.). Kromě toho umožňují betonování v nepříznivých povětrnostních podmínkách.
Pomocí chemických přísad s minerálními příměsemi v cementech podle EN 197-1 je možné připravit kvalitní malty a betony s požadovanými vlastnostmi. Široký sortiment různých přísad na trhu dává možnost velkého výběru, ale nedostatek potřebných informací může být příčinou nesprávného použití a nežádoucího efektu.
Druhy a funkce přísad do betonu
Z různých druhů přísad do betonu se nejčastěji používají plastifikační přísady, které při nezměněné dávce vody zlepšují konzistenci (tekutost) čerstvého betonu nebo umožňují snížit dávku směsové vody a tím i vodní součinitel, přičemž snížení dávky vody neovlivní konzistenci. Díky hutné mikrostruktuře ztuhlého betonu se zvyšuje adheze pasty ku kamenivu či k výztuži, vodovzdornost, odolnost proti chemické korozi, pevnost a tím dlouhodobá stálost, resp. trvanlivost.
V posledním období jsou stále významnější přísady urychlující tuhnutí, hlavně ty, které způsobují extrémně rychlé tuhnutí a tvrdnutí; používají se především při výrobě stříkaných betonů.
Mezi první plastifikační přísady patřily lignosulfonáty, připravené ze sulfitových výluhů po chemickém zpracování dřeva. U nás se používaly už v 50. letech minulého století (plastifikátor S). Jejich nedostatkem byl zbytkový obsah sacharidů. Brzy však přišly na trh další syntetické makromolekulární sloučeniny, a to produkty kondenzace sulfonovaného naftalenu nebo melaminu s formaldehydem.
Čtěte také: Přísady a příměsi: Co potřebujete vědět
Funkce superplastifikátorů se poměrně často nesprávně interpretuje, což může zapříčinit nesprávné dávkování s následným neurčitým posunutím začátku tuhnutí. Toto riziko je mnohem nižší při aplikaci univerzálněji použitelných SP polykarboxylátového typu, např. polyakrylátů.
Je třeba zdůraznit, že výroba kvalitních betonů je hi-technologií, která vyžaduje kvalifikovaný personál a důkladnější informovanost projektantů a technologů o problematice předmětných betonů. Většinou se vyrábějí ve formě vodních roztoků s hustotou 1,1 až 1,15, koncentrace účinné složky je 35 až 40 %. Jde hlavně o sodné, méně často vápenaté soli, pH vodních roztoků je okolo 7.
Početné superplastifikátory nové generace polykarboxylátového typu jsou syntetizované tak, aby se zvýšil prostorový efekt rozvětvených molekul upravením pobočného řetězce, který je u polykarboxylátů rozhodující. Přísadu superplastifikátorů je možné aplikovat i u plastbetonů, kde mohou modifikovat efekt příslušného polymeru (např. Výzkum a vývoj nových přísad stále pokračuje.
Údaje v literatuře o chemickém či fyzikálním efektu přísad jsou často neúplné, a dokonce protichůdné. Je to způsobeno rozmanitostí složení jak přísad, tak i složek použitých maltovin.
Mechanismus působení plastifikačních přísad
Mletím cementového slinku získávají jednotlivá zrna cementu nové povrchové plochy, na nichž se vyskytují elektrostatické náboje, a to kladné i záporné.
Čtěte také: Plastifikační přísady: Přehled a aplikace
Plastifikační přísady, např. na bázi sulfonátů, mají řetězec molekul s negativním nábojem. Části tohoto řetězce se vážou na cementová zrna s pozitivním nábojem. Zbývající náboj, orientovaný směrem od zrn cementu, způsobuje elektrostatické odpuzování jednotlivých zrn cementu.
Super(hyper)plastifikátory, např. na bázi polykarboxylátů, jejichž hlavní řetězec nese záporný náboj, vázaný na zrna cementu, a postranní elektricky záporný řetězec, orientovaný do prostoru. Postranní řetězce jsou pohyblivé a rotují, takže vyplňují určitý prostor, a zrna cementu se nemohou k sobě přiblížit.
Urychlovače a zpomalovače tuhnutí
Urychlovače tuhnutí jsou materiály, které se přidávají do betonu, aby se zkrátilo tuhnutí a urychlilo zvyšování začáteční pevnosti. Používají se hlavně při betonování pod studenou vodou, za chladného počasí a při betonování stříkaným betonem. Při betonování pod studenou vodou je možné namísto urychlovačů použít větší dávku portlandského cementu nebo předehřáté suroviny. Jako urychlovače se používají například rozpustné anorganické soli (chlorid vápenatý, fluoridy, uhličitany, tiokyanidy, dusitany a dusičnany), rozpustné organické látky (trietanolamin TEA, mravenčan vápenatý, octan vápenatý).
Zpomalovače tuhnutí se naproti tomu používají při betonování v teplém podnebí nebo v případě, kdy by příliš rychlý vývin tepla mohl zhoršit mechanické vlastnosti struktury. Většinou jsou to vodorozpustné organické látky typu lignosulfonátů, hydroxykarboxylových kyselin, sacharidů atd. Vlastností většiny zpomalovačů je i snížení spotřeby směsové vody při stejné míře zpracovatelnosti, čili typické vlastnosti tzv. plastifikátorů, resp. superplastifikátorů.
Provzdušňovací přísady a jejich význam pro trvanlivost betonu
Cyklické zmrazování a rozmrazování má na trvanlivost betonu negativní vliv. K potlačení tohoto vlivu se používají provzdušňovací přísady. Požadované optimální parametry obsahu, tvaru a vzájemného rozmístění vzduchových dutin v betonu ovlivňuje vícero faktorů: proměnlivé složení vstupních surovin, míchání, technologie betonování a teplota. Optimalizovat recepturu pro provzdušněný, superplastifikovaný a současně i vysokopevnostní beton není jednoduché.
Čtěte také: Vlhkost a beton: Jaké přísady použít?
Nové komerčně dodávané provzdušňovací přísady mají zabezpečit ochranu betonu před působením cyklického zmrazování a rozmrazování vytvořením velmi stabilních bublinek vzduchu, které jsou malé a umístěné blízko sebe. U těchto přísad jde v podstatě o vícesložkovou směs mastných kyselin, solí sulfonových kyselin a stabilizátorů.
Jedním ze základních faktorů, které je nutno brát v úvahu při navrhování betonů, je jeho trvanlivost. Mezi vlivy prostředí, jež výrazně ovlivňují trvanlivost zatvrdlého betonu, patří i působení záporných teplot v kombinaci s možným působením chemických rozmrazovacích látek (solí). Předkládaný článek se snaží objasnit a porovnat v praxi využívané provzdušňovací přísady do betonu, jež mají za cíl zlepšení vlastností, zejména trvanlivosti ve zmíněném prostředí mrazu.
Trvanlivost betonu často ovlivňuje i působení záporných teplot, které v kombinaci se solným roztokem mají kvůli velkým krystalickým tlakům na beton značně destruktivní účinky. Podle autorů (Tunstall, Ley, Scherer) [1] je dokonce dle Clausiovy-Clapeyronovy rovnice potřeba překonat 13,2 MPa krystalizačního tlaku na každý stupeň pod 0 °C, aby bylo zabráněno poškození.
Nejvíce namáhanými betony bývají často konstrukční části dopravní infrastruktury (mostovky, cementobetonové kryty apod.) či prefabrikované betonové výrobky (betonové bloky, ploché dlažby, betonové obrubníky, svodidla aj.). Jednou z velmi účinných možností ochrany před zmíněnými účinky mrazu je využití tzv. provzdušňovacích přísad, které mají za cíl vytvořit síť rovnoměrně rozmístěných mikropórů o velikosti 10 až 300 µm, které vytváří účinný prostor pro eliminaci nebezpečného krystalizačního tlaku ledu.
Účinek těchto mikropórů je připisován jejich velikosti, kdy voda, jež pronikla do tohoto prostoru, nedokáže kvůli svému povrchovému napětí prostor zcela vyplnit a uvnitř mikropóru tak vzniká prostor pro expanzi ledu a vznikajících krystalů soli. Rovnoměrně rozložené mikropóry v betonovém kameni navíc rozrušují síť nežádoucích kapilár a propojení pórové struktury kompozitu. Tímto způsobem pak dochází k omezení kapilární vzlínavosti solného roztoku hlouběji do betonu.
Typy provzdušňovacích přísad
V předkládaném článku budou zmíněny dva druhy provzdušňovacích přísad dle převažující zastoupené chemické báze [1]. Jedná se o povrchově aktivní látky, jež mají schopnost snížit povrchovou energii nebo napětí na rozhraní vzduch a voda. Byly použity dva druhy provzdušňovacích přísad s různou chemickou bází. První byla na bázi přírodních pryskyřic, druhá pak na bázi syntetických tenzidů. Základní receptura navržených betonů obsahovala portlandský cement CEM I 42,5 R a prané těžené kamenivo ve frakcích 0 - 4, 4 - 8 a 8 - 16 mm z lokality Žabčice. Plastifikační přísada byla použita na bázi PCE. Celkem byly namíchány tři receptury s různým obsahem vzduchu v čerstvém betonu s přísadou na bázi přírodních pryskyřic a tři receptury s různým obsahem vzduchu s přísadou na bázi syntetických tenzidů. Všechny použité přísady byly od stejného výrobce z důvodu zajištění kompatibility.
Následně byla stanovena objemová hmotnost čerstvého betonu dle ČSN EN 12350 - 6 a pomocí tlakové metody dle ČSN EN 12350 - 7 byl stanoven obsah vzduchu v čerstvém betonu. Jednotlivé směsi byly navrženy ve třech různých variantách množství obsahu vzduchu v čerstvém betonu, jež reprezentují nízké, běžné a vyšší množství obsahu vzduchu v betonu. Důležitým aspektem bylo rovněž dosažení těchto hodnot u obou druhů použitých provzdušňovacích přísad.
Vliv obsahu vzduchu na vlastnosti betonu
Z výsledků lze vidět, že při stanovení hloubky průsaku tlakovou vodou dle ČSN EN 12390 - 8 jsou hodnoty průsaku mezi jednotlivými recepturami dost podobné i v odlišném stáří. Podle obecného předpokladu by vyšší pórovitost betonu, tedy vyšší obsah vzduchu, měla způsobit nižší odolnost proti průsaku tlakovou vodou. Je patrné, že při využití provzdušňovací přísady na bázi syntetických tenzidů (LP) bylo dosaženo vyšších hodnot pevností v tlaku po 7 dnech (i přes vyšší obsah vzduchu v betonu než u provzdušňovacích přísad na bázi přírodních pryskyřic, např. AE 8,7 % - 32,3 MPa a LP 9,2 % - 34,7 MPa). Tento trend lze pozorovat i po 28 dnech. Zde se již rozdíly více srovnávají (AE 8,7 % - 38,7 MPa a LP 9,2 % - 41,3 MPa.
V další části experimentu bylo provedeno stanovení odolnosti proti působení CHRL (dle ČSN 73 1326 Z1 metoda A). Ve všech variantách obsahu vzduchu dosahuje provzdušňovací přísada na bázi přírodních pryskyřic nižších hodnot odpadu po 100 cyklech působení CHRL než provzdušňovací přísada na bázi syntetických tenzidů. Častému požadavku na množství odpadu do 1 000 g/m2 pro stupeň vlivu prostředí XF4 nejlépe vyhověly receptury s obsahem vzduchu od cca 5,5 do 9 %. Nejnižších hodnot množství odpadu dosahovala receptura AE 8,7 s celkovým množstvím odpadu 411 g/m2 (s obsahem vzduchu 8,7 %). Ostatní receptury s obsahem vzduchu okolo 3 % nedosahovaly dostatečné účinnosti provzdušnění.
Metody stanovení obsahu vzduchu v betonu
Porovnání jednotlivých metod pro stanovení obsahu vzduchu v čerstvém betonu. Metoda AVA je časově náročnější (cca 30 min), ale nevyžaduje dodatečné zhutnění vzorku. Je ovšem důležité dbát na správný postup při odběru vzorku. Oproti tomu tlaková metoda vyžaduje finančně méně náročnější vybavení a časově zabere pouze cca 5 min.
Podle zkušební metody AVA testu všechny receptury dosahují cca o 30 až 40 % nižšího obsahu celkového naměřeného vzduchu v betonu než podle tlakové metody (ČSN EN 12350 - 7), popř. dle EN 480 - 11, přitom posloupnost hodnot je zachována [2]. Hodnoty mikroskopického vzduchu podle metody AVA testu jsou kromě receptury AE 8,7 (A300 = 1,9 %) rovněž velmi nízké, resp. okolo 0,2 až 0,8 %. Na zatvrdlých vzorcích betonu bylo současně využito metody stanovení celkového obsahu vzduchu v zatvrdlém betonu podle EN 480 - 11. Výsledky celkového obsahu vzduchu jsou pomocí této metody celkově o cca 20 % vyšší než pomocí tlakové metody.
Důvodem rozdílných výsledků mezi použitými metodami může být samotný princip fungování AVA přístroje [10]. Jednou z příčin, proč u metody AVA testu bylo dosaženo nízkých hodnot mikroskopického vzduchu A300, je, že při měření dochází k uvolnění nejmenších pórů (pouze desítky mikronů) z odebraného vzorku v delším časovém horizontu.
I přesto lze vidět, že hodnoty mikroskopického vzduchu A300 jednotlivých receptur si prakticky odpovídají s množstvím plošného hmotnostního odpadu po stanovení odolnosti proti působení CHRL. Např. u receptury AE 8,7 (A300-EN-480 - 11 = 5,2 %) je hodnota odpadu pouze 411 g/ m2, ale naopak u ostatních receptur s obsahem A300 EN-480 - 11 okolo 1,5 % se hodnota odpadu pohybuje okolo 1 000 g/m2. Zajímavá je i hodnota odpadu 1 842 g/m2 u receptury LP 9,2, kde byl obsah A300 EN-480 - 11 = 2,7 %.
Závěry
Byla poukázána souvislost mezi některými fyzikálně-mechanickými vlastnostmi a obsahem vzduchu v betonu. Z výsledků stanovení odolnosti proti CHRL je vidět, že vyšší obsah vzduchu má určitý vliv na hodnoty plošných hmotnostních odpadů při cyklickém zmrazování za přítomnosti CHRL, avšak často za cenu snížení mechanických parametrů. V případě využití provzdušňovacích přísad na bázi přírodních pryskyřic bylo dosaženo nižšího množství odpadu (AE 8,7 = 411 g/m2) než u provzdušňovacích přísad na bázi syntetických tenzidů.
tags: #provzdušňovací #přísady #do #betonu #vlastnosti #a