Beton je nejrozšířenější stavební materiál současnosti. Jedna z příčin vzniku vad a poruch v konstrukci průmyslových podlah pramení v technologii betonu. Vzhledem ke značně širokému spektru uplatnění betonových podlah v různých podmínkách, ve kterých jsou po dobu svého využívání vystaveny, je používáno mnoho různých typů betonů.
Požadavky na betony pro průmyslové podlahy
Před navrhováním složení betonů je proto nutné velmi pečlivě zvážit všechny tyto aspekty a již při výběru vstupních surovin postupovat podle těchto okolností. Cílem úspěšného návrhu není jen dosažení požadovaných vlastností čerstvého betonu - zpracovatelnost, odlolnost proti rozmísení, segragaci jednotlivých složek, odolnost proti pocení (tj. vystupování vody na povrch betonu), čerpatelnost atd., ale i dosažení kvalitativně vysokých fyzikálně-mechanických vlastností zatvrdlého betonu.
Základním kritériem je dosažení požadované pevnosti betonu v tlaku stanovené po 28 dnech zrání. Velmi důležitým požadavkem je trvanlivost (životnost) betonů vystavených různým typům vnějších vlivů (klimatické podmínky, chemické agresivní prostředí atd.). Pro zajištění vysoké trvanlivosti při nepříznivých klimatických vlivech jsou betony navrhovány s požadavkem na mrazuvzdornost a při kombinaci s působením chemických rozmrazovacích látek pak je požadována i odolnost povrchů betonů proti působení vody, mrazu a chemických rozmrazovacích látek.
Zvláštní kapitolou jsou betonové podlahy vystavené působení chemicky agresívních prostředí (sírany, chloridy, CO2, hořečnany,dusičnany, různé kyseliny, silážní šťávy atd.). Dalším často velmi důležitým požadavkem je zabránění vzniku smršťovacích trhlin v době zrání betonu. To znamená velmi účinně snížit objemové změny betonu.
Základní složky betonu a jejich vliv na tuhnutí
Základními složkami pro výrobu betonu jsou kamenivo, cement a voda. Doplňkovými složkami jsou přísady a příměsi do betonu.
Čtěte také: Vše o pěstování habrového živého plotu
Cement
Cement je polydisperzní partikulární anorganická látka s hydraulickými vlastnostmi. Po smíchání s vodou postupně tuhne a tvrdne. Po zatvrdnutí na vzduchu nebo i ve vodě zachovává svoji pevnost a stálost ve vodě. Hydraulické tvrdnutí je důsledkem hydratace vápenatých silikátů a aluminátů. Technická norma EV 197-1 definuje požadavky na normalizovanou (28denní) a počáteční (2 a 7denní) pevnost v tlaku, počátek tuhnutí a objemovou stálost.
Měrný povrch cementu souvisí s velikostí jednotlivých částic (bývají od 1 do 250 μm) a granulometrií zrn. Měrný povrch cementů bývá 320 až 400 m2kg−1. Čím má cement větší měrný povrch, tím rychleji a úplněji hydratuje, ale cementový kámen má větší smrštění a pro smáčení zrn cementu při dosažení stejné zpracovatelnosti je třeba větší množství záměsové vody. Betony vyrobené z těchto cementů jsou více náchylné pro vznik smršťovacích trhlin vlivem nadměrných objemových změn a mají rychlejší nárůst a hodnoty hydratačních tepel resp.
Hydratační teplo
Hydratační teplo je tepelným projevem hydratace cementu, závisí na obsahu jednotlivých slínkových minerálů. V průběhu hydratace se vyvíjí teplo rozdílnou intenzitou, portlandské cementy uvolní při hydrataci teplo takto: za 8 hodin 35 až 100, za 24 hodin 130 až 280 a za 28 dní 330 až 550 kJ.kg−1. Směsné portlandské betony pak mají tyto hodnoty o 25 až 40 % nižší. Ve spojení s chemickým složením cementu je pak ovlivňován celý proces hydratace cementu.
Cementová kaše čerstvě připravená smícháním cementu s vodou se z počátku viditelně nemění, později (za různých dob podle druhu cementu, dávky vody a teploty prostředí) kaše počíná tuhnout. Tuhnutí provázené zahříváním postupuje různou rychlostí, až tvárnost kaše (plastičnost) zcela zanikne, čili tuhnutí se ukončí a pochod pokračuje jako tvrdnutí, projevující se růstem pevnosti.
Průvodním jevem je změna objemu - smršťování nebo nabývání. Jevy tuhnutí a tvrdnutí jsou důsledkem fyzikálních změn povahy elektrostatické za vzniku a prorůstání krystalů, působení sil Van-der-Waalsových a kapilárního působení vody a následných chemických změn, které se označují jako proces hydratace.
Čtěte také: Vliv větru na stabilitu střechy
Tuhnutí je fyzikální jev vyplývající z růstu krystalů hydratujícího cementu a z kapilárního působení vody (sil Van-der-Waalsových). Oba účinky jsou důsledkem chemických změn. Rychlost tuhnutí je závislá na rychlosti, s jakou tyto změny na počátku nastávají. Jehlicovité krystalky se prodlužují a spojují se tím vydatněji a rychleji, čím méně je vody, která je odděluje, tedy je-li cement připraven s nižším vodním součinitelem.
Kapilární síly se uplatní, teprve když se pokročilou hydratací a vypařováním volná voda zmenší tak, že se v mezerách, které vyplňuje, oddělí zakřivenými hladinami od prostoru, na jehož vyplnění nestačí. Proto se tato složka pevnosti uplatní dříve při menším množství vody.
Hydratace cementu je vždy provázena objemovými změnami, nabýváním nebo smršťováním, podle toho, tvrdne-li cement pod vodou, ve vlhku nebo na suchu. Mění-li se vlhkost prostředí při tvrdnutí, změní se i objem, takže při střídavém uložení vlhkém a suchém nastává střídavě nabývání (bobtnání) a smršťování (sesychání) čili dilatace, která nezaniká, i když je tvrdnutí ukončeno.
Protože samovolná (spontánní) přetvořování tvrdnoucích cementů, krátce hydratační dilatace, jsou v betonových konstrukcích zdrojem nežádoucích přetvoření a napětí, zvláště škodlivých napětí v tahu, je třeba znát jejich velikost a vývoj, možné proměny i příčiny, aby mohly být podle možnosti také ovládány a aby konstrukce byly uspořádány způsobem, při němž jsou následky vznikající dilatacemi vyloučeny nebo aspoň pokud možno zmírněny.
Rychlost a množství tepla se řídí intenzitou chemické hydratace, typem a množstvím hydratujícího cementu, vodním součinitelem, přísadami, příměsemi, teplotou zrání a i tím, jak se reakční teplo předává do okolí. Počáteční oteplení je malé a udržuje se na stejné výši, později rychle a pravidelně vzrůstá, po uplynutí delší doby rychlost oteplování poleví, teplota dostoupí maxima, načež nastane zvrat: přírůstky vybaveného tepla nestačí krýt ztráty, a proto nastává ochlazování postupně až na teplotu původní (na teplotu prostředí).
Čtěte také: Urychlovač tuhnutí betonu: podrobný rozbor
V popsané proměně je zřejmé období přípravy hydratace (rozpuštění), vlastní reakce a krystalizace z přesycených roztoků, poklesy po utvoření hydratovaných a nepropustných obalů na povrchu cementových částic a nakonec hydratace vyznívající prakticky do úplného ukončení.
Po ztuhnutí tvrdne cement velmi dlouho a jeho pevnost roste, pokud probíhá hydratace. Zpravidla není hydratace ukončena ani po letech, protože ji předčasně přeruší jen nedostatek vody, či teploty pod 0 °C, takže část cementu zůstane nevyužita.
Kamenivo
Kamenivo zaujímá ve struktuře hutného betonu 75 až 80 % objemu a jeho hlavní funkcí je vytvoření pevné kostry v betonu s minimální mezerovitostí. Proto obsahuje různě veliká zrna, která jsou smíchána ve vhodném poměru tak, aby výsledná směs měla minimální mezerovitost. Kameniva pro výrobu betonu lze dělit na přírodní nebo umělá.
V betonářské praxi se v drtivé míře pro výrobu hutných betonů používají přírodní kameniva, která se vzhledem ke svému původu dělí na drcená a těžená, prakticky se používá max. zrno do 22 mm. Těžené kamenivo vzniklo přirozeným rozpadem hornin, zrna mají většinou tvar blízký kouli a jsou hladká a zaoblená.
Drcené kamenivo má tvar většinou protáhlejší, ostrohranný, povrch je drsnější s větší adhezí cementového tmele, a tudíž se hodí pro výrobu betonu o vyšších pevnostech, resp. při zachování konst. Z hlediska trvanlivosti betonu a technologie zpracování čerstvého betonu je důležité, aby kamenivo neobsahovalo látky, které způsobují ve styku s cementovým tmelem nežádoucí objemové změny, vedoucí k vnitřnímu napětí, a tím porušování struktury betonu, což může způsobit pokles pevnosti betonu.
Rovněž nepřípustný je obsah látek, které nepříznivě ovlivňují tuhnutí a tvrdnutí cementového tmele nebo snižují soudržnost betonu s ocelí, a organické příměsi, např. zbytky dřeva či uhlí.
Pro trvanlivost betonu je důležité, aby kamenivo nemělo součásti slučující se s cementem v látky nestálé, netvrdnoucí, rozpínavé, nebo snižující přilnavost cementového tmele. Škodlivé příměsi jsou např. jíly, břidlice, slídy, živce, uhlí (zejména hnědé), kyzy (pyrity FeS2).
Pro betonáže venkovních ploch vystavených působení vnějších klimatických podmínek je nutná mrazuvzdornost hrubého kameniva a vyloučení alkalicko-křemičité reakce.
V zimním období je nutné, aby kamenivo neobsahovalo zbytky ledu či zmrzlé hroudy hlavně drobného kameniva. I když byla používána teplá záměsová voda, nedošlo během míchání a dopravy k dokonalému rozpuštění ledu. V době tuhnutí betonu došlo k rozpouštění ledu a zmrazků kameniva a lokálnímu nadbytku vody v místě tání.
Podle doporučených pásem zrnitosti lze zjistit i doporučený obsah jemných částic pod 0,25 mm v závislosti na velikosti maximálního zrna D. Obsah těchto jemných částic je však ovlivňován i dávkou cementu v betonové směsi. Proto je správné určovat množství jemných částic pod 0,25 mm v kamenivu nejen podle maximálního zrna, ale také s ohledem na dávku cementu v betonové směsi.
Přítomnost jemnozrnných podílů do 0,25 mm (moučky) je zčásti příznivá, zčásti nepříznivá, přičemž rozhoduje velikost částic, jejich složení (případná chemická aktivnost) a poměrné množství. Příznivé účinky moučky jsou zlepšení pevnosti a vodotěsnosti zvětšením hutnosti, zlepšení zpracovatelnosti.
Kamenivo pro výrobu hutných betonů musí mít dostatečně čistý povrch, vhodný tvar zrna, dostatečnou pevnost v tlaku (min. 100 MPa) a vhodnou granulometrii, tj. velikost zrn. Podle velikosti zrn je kamenivo děleno na tzv. frakce, které jsou dány rozmezím minimálního a maximálního zrna.
Zrnitost je poměrná (procentová) váhavá skladba zrn jednotlivých velikostí ve směsi kameniva. Doporučované plynulé křivky zrnitosti určují jednoznačně množství drobného a hrubého kameniva. Toto není vždy nejvhodnější řešení, neboť množství drobného kameniva se má přizpůsobovat okolnostem dopravy, způsobu a prostředkům zhutňování, drsnosti povrchů hrubého kameniva, největší velikosti zrn, tvarovému indexu, stěnovému vlivu bednění a výztuže, konzistenci atd.
Směsi kameniva s přetržitou křivkou zrnitostí, v níž některé frakce chybí, poskytují betony hutnější a pevnější, jsou-li vynechána zrna střední velikosti. Jejich vlastní hutnost bývá 0,8 i 0,9, kdežto směsi plynulé mívají hutnost pouze 0,65 až 0,70. Z toho vyplývá, že pro dosažení stejné pevnosti je potřeba nižší dávky cementu.
Vadou přetržité křivky zrnitosti je horší zpracovatelnost a vyžaduje užití účinnějších zhutňovacích prostředků. Podle Zeissla jsou betonové směsi s přerušovanou zrnitostí dobře zpracovatelné i v tom případě, když podle křivky zrnitosti leží v oblasti špatné zrnitosti. Vyvozuje se, že střední zrna působí škodlivě na zrnitost proto, že roztlačují od sebe hrubá zrna. Další nevýhoda spojité zrnitosti je v tom, že když se betonová směs za dopravy rozmísí, je velmi těžko mezi oddělená štěrková zrna vtlačit střední zrna, ale mnohem lépe se vtlačí mezi ně zrna jemnější. Proto při spojité zrnitosti vznikají štěrková hnízda a vedle nich části přepískovaného betonu.
Je třeba nezapomenout, že betonové směsi s přerušovanou křivkou zrnitosti jsou citlivé na přesné dávkování vody a písku. Při plynulé zrnitosti kamenných součástí se zrna s o něco menším průměrem než Dmax vtlačí mezi ně. Obdobně i zrna sestupných průměrů se vtlačí mezi zrna větších průměrů, takže nastává další roztláčení zrn o průměru Dmax.
Přísady
Přísady jsou chemické sloučeniny, které se přidávají během míchání do betonu v množství do 3 % z hmotnosti cementu za účelem modifikace vlastností čerstvého nebo ztvrdlého betonu. Přísady se rozdělují podle vlastností, které charakterizují jejich hlavní funkci. Moderní technologie betonu se orientuje na využívání přísad a často se hovoří o „chemizaci technologie betonu“.
Požadované vlastnosti přísad do betonu jsou deklarovány v evropské normě EN 934-2 Přísady do betonu, malty a injektážní malty. Současná technologie transportbetonu se bez plastifikačních přísad vlastně neobejde a betony tříd vyšších jako C 16/20 se pro konzistence stupně S3 až S4 vyrábí s různými typy plastifikačních přísad. Technologie tzv. samozhutnitelných betonů (SCC) by bez velmi účinných superplastifikačních přísad vlastně vůbec neexistovala. Betony pro podlahy se rovněž pro konzistence S3 či S4 vyrábí s použitím plastifikačních přísad.
Někdy se objevují obavy, že při kombinaci s různými typy vsypů či potěrů upravujících povrch podlah mohou plastifikační přísady způsobit vady na površích podlah. Jedná se zejména o lokální odlupování vsypů či vznik malých vypouklých puchýřů. Toto se dává za vinu vznikajícím plynům z některých typů plastifikačních přísad. V drtivé míře tato obava není oprávněná.
Voda
Během hydratace a tvrdnutí probíhají v betonu fyzikální a chemické procesy (provázené uvolňováním tepla), při kterých beton získává mechanickou pevnost a odolnost a vytváří se chemická stabilita v materiálu. Beton neztvrdne tím, že vyschne, ale že postupně během týdnů vykrystalizuje. Tento proces začne asi hodinu po namíchání, a čím je tepleji, tím je krystalizace rychlejší. Voda v krystalech betonu nesmí zmrznout, tím je beton zcela znehodnocen.
Speciální betony a příměsi
Pokud se do betonu přidají různá vlákna, drátky apod., vzniká vláknobeton či drátkobeton. Jako příměs je možno použít i moderní materiály, jako jsou uhlíková vlákna, a zvýšit tím pevnost betonu ještě o několik desítek procent. Lehčený beton, u kterého bylo vylehčení dosaženo při výrobě vytvořením pórů do hmoty betonu, se nazývá pórobeton.
Další faktory ovlivňující tuhnutí
Pevnost betonu závisí především na vlastnostech cementu, dalšími ovlivňujícími faktory jsou vlastnosti vody a kameniva. Beton s větším obsahem cementu (1:2) má za teplého počasí už druhý den téměř poloviční tvrdost. Při krystalizaci se v betonu vytváří tzv. vnitřní teplo.
Vodotěsnost betonu
Při posuzování vodotěsnosti betonu se nezapočítávají různé hrubé poruchy (trhliny, štěrková hnízda, díry v betonu apod.), které umožňují pronikání vody a kde je nutno beton opatřit vodotěsnou izolací. Vodotěsnost betonu se posuzuje podle toho, zda voda může procházet cementovou maltou nebo stykem mezi maltou a kamennými zrny. K zajištění vodotěsnosti je třeba betonovou směs řádně složit a dokonale zhutnit.
Přísady a příměsi pro specifické vlastnosti
Přísady jsou obvykle různé chemikálie, které se přidávají do vody; příměsi se naopak přidávají do kameniva. Jsou to organické nebo anorganické materiály, tekutiny i sypké, které se přidávají do záměsi, aby určitým způsobem pozměnily vlastnosti betonu. Běžně tvoří maximálně 5 % hmotnosti.
- Zrychlovače tuhnutí - urychlují hydrataci, beton rychleji dosáhne počáteční pevnosti. Nejjednodušší je přimíchání vodního skla. Beton pak tuhne velmi rychle a je nutno to napřed vyzkoušet.
- Vodotěsnicí přísady - zvyšuje vodonepropustnost betonu, přísady oddělují póry od sebe a přerušují je. Nejjednodušší je přimíchání mazlavého mýdla, tzv. jádrového. Pro výrobu tzv. "mýdlobetonu" se používá běžný poměr cementu a písku, případně štěrku, ale místo vody je použit roztok mazlavého mýdla v hmotnostním poměru 1 : 100.
Použití betonu a ochrana během zrání
Beton je univerzálním stavebním materiálem, používá se jak na nosné konstrukce (skelety), tak na výrobu panelů; v dopravním stavitelství je beton hlavním materiálem pro výstavbu mostů, vozovek dálnic; v podzemním stavitelství se beton používá jako dočasná i trvalá výztuž. Optimální vlastnosti, minimální nároky na údržbu, nízká cena a vysoká životnost předurčuje tento materiál k použití na dopravních komunikacích.
Uložení betonu do konstrukce má proběhnout co nejdříve od jeho výroby a následně by měl být zhutněn, aby se z něho vypudily velké vzduchové bubliny. Již vyrobený beton je třeba nadále ochránit proti vyschnutí, a to po celou dobu jeho zrání, která se při teplotě +15 až +25 °C pohybuje okolo 28 dnů.
Pokud je třeba betonovat za nízkých teplot, je třeba ohlídat, aby teplota v době zrání betonu neklesala pod +5 °C. Při poklesu teploty pod +5 °C přestává beton zrát (přerušuje se tvorba pevných vazeb mezi jednotlivými cementovými zrny) a při poklesu teploty betonu v době jeho zrání pod 0 °C může dojít k jeho trvalému znehodnocení.
tags: #rychlost #tuhnutí #betonu #faktory