Historie používání betonu
Poprvé byl beton použit v antice. Ovšem takzvaný hydraulický beton, který byl podobný tomu, jaký se používá dnes - pojiva na bázi hydraulických vápen, přírodního či portlandského cementu, můžeme datovat do starověkého Říma. Mohla proto vznikat významná inženýrská díla - stavby, mosty, akvadukty či přístavní hráze.Se zánikem starověkého Říma se však znalost této technologie ze světa ztratila a objevila se až ve středověku, opět však bez další návaznosti. Ze středověku je dobré zmínit český unikát - bylo prokázáno, že při stavbě Karlova mostu byl použit velmi kvalitní maltový beton s hydraulickým pojivem ve stylu antických betonů.Proces tvrdnutí betonu
Během hydratace a tvrdnutí betonu probíhají fyzikální a chemické procesy, při kterých se uvolňuje teplo. Beton při nich získává mechanickou pevnost, odolnost a dosahuje chemické stability. Beton neztvrdne tím, že vyschne, ale že postupně během týdnů vykrystalizuje. Beton při tuhnutí není závislý na atmosféře a proto tuhne i pod vodou.Cement a jeho vliv na tvrdnutí betonu
Cement je hydraulické pojivo, tedy jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši tuhnoucí a tvrdnoucí i pod vodou, a to v důsledku hydratačních reakcí. Při styku s vodou dochází k jeho rozpuštění a následné krystalizaci (tuhne a tvrdne), čímž se vytváří pevná a zároveň pružná vazba mezi zrny plniva (kameniva). Po zatvrdnutí si zachovává svou pevnost a stálost.Cementy se podle ČSN EN 197-1 dělí na pět druhů (CEM I až CEM V). K výrobě konstrukčních betonů se nejčastěji používá cement portlandský (CEM I), troskoportlandský (CEM II) nebo vysokopecní (CEM III). Portlandský cement rychle tvrdne, ale pro vysoký obsah volného vápna není dostatečně odolný proti vodám louhujícím dobře rozpustný Ca(OH)2 a pro vysoký obsah trikalcium-aluminátu ani proti sulfatickým vodám. Směsové cementy obsahují hydraulické příměsi, které zvyšují jejich odolnost proti agresivním vlivům.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 a jsou vhodné např.Přehled tříd cementu
| Třída cementu | 28denní pevnost v tlaku |
|---|---|
| 32,5 | 32,5 MPa |
| 42,5 | 42,5 MPa |
| 52,5 | 52,5 MPa |
Přísady ovlivňující tuhnutí a tvrdnutí betonu
Také přísady a příměsi ovlivňují tvrdnutí, přestože jejich podíl v betonu dosahuje zpravidla pouze několika procent. Zpomalovací přísady jsou látky, které zpomalují tuhnutí a tvrdnutí cementu. Zpomalení hydratačních procesů se využívá tehdy, když doba od výroby po zpracování betonu je relativně dlouhá a vyžadovanou konzistenci čerstvého betonu je třeba udržet co nejdéle.Použitím zpomalovacích přísad lze zabránit nadměrnému ohřátí těchto konstrukcí vlivem hydratačního tepla, což by mohlo vést ke vzniku trhlin v důsledku teplotní dilatace. Použití zpomalovacích přísad vede ke snížení počátečních (jednodenních) pevností.Urychlovací přísady jsou látky, které ovlivňují chemicky nebo fyzikálně-chemicky proces hydratace cementu, což vede k urychlení tuhnutí a tvrdnutí betonu. Urychlovací přísady lze výhodně používat při betonování v zimním období.Vliv superplastifikátorů na tuhnutí betonu závisí na typu přísady. Superplastifikátory na bázi SMF (sulfonované melamin-formaldehydové kondenzáty) obecně zkracují začátek a dobu tuhnutí. Lignosulfonany obecně zpomalují hydrataci, a proto i vývoj pevnosti je při jejich aplikaci zpomalený. V důsledku toho krátkodobé pevnosti, tj. pevnosti po 1 dnu tvrdnutí, jsou zpravidla nižší než u betonu bez přísady.Aplikace superplastifikátorů vede zpravidla k nárůstu pevnosti betonu nejen při redukci dávky vody, ale také při konstantním vodním součiniteli.Vodní součinitel a teplota
Rychlost vývinu pevnosti betonu nezávisí jen na vlastnostech cementu a přísad, ale též na vodním součiniteli. Pevnost betonu roste rychleji s nižším vodním součinitelem než u betonu s vyšším vodním součinitelem, přičemž rychlost vývinu pevnosti ovlivňují podmínky ošetřování betonu, především teplota.Dobu tvrdnutí významně ovlivňuje vodní součinitel betonu. Čím více je v betonu vody, tím déle tvrdne. Čím vyšší vodní součinitel je, tím více vody směs obsahuje a tím déle bude beton tuhnout a schnout.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. Nízké teploty pod 5 °C naopak způsobí zamrzání vody, zastavení procesu hydratace, a tím i kompletní znehodnocení betonované plochy.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.Betonování v zimě
Největším nepřítelem betonování v zimním období jsou samozřejmě nízké teploty. Podle ČSN 73 2400 nesmí teplota povrchu betonu klesnout pod 5 °C po dobu nejméně 72 hodin. Pro zlepšení hydratačních procesů lze do betonové směsi přidat přísady, které snižují množství záměsové vody a díky tomu urychlují tuhnutí a tvrdnutí betonu.Kdy lze pokračovat ve stavbě?
Beton zraje celkem 28 dní, po kterých získává 100 % uváděné pevnosti. Po týdnu má beton cca 70 % deklarované pevnosti. To nelze jednoznačně určit, záleží totiž na mnoha faktorech - teplota okolí, výměna vzduchu, tloušťka konstrukce atd.Zrání ≠ vysychání. V technických listech betonových i anhydritových potěrů se často dočtete: „Zraje 28 dnů“. Těchto 28 dní označuje dobu, za kterou potěr dosáhne své konečné pevnosti - tedy mechanické vlastnosti, nikoli vyschnutí. Beton dokáže tuto pevnost vyzrát i pod vodou.Čtěte také: Jak dlouho tvrdne beton?
Čtěte také: Využití urychlovačů tvrdnutí
Čtěte také: Teplota a pevnost betonu
tags: #tvrdnutí #betonu #pod #vodou #technologie