Beton je materiál vznikající ztvrdnutím směsi několika složek - cementu hrající roli pojiva, kameniva (písek, štěrk, drť) zastávající funkci plniva a vody. Jedná se o velmi odolné, pevné, trvanlivé a spolehlivé stavivo. Vznik betonu a historie sahá až do roku 3600 př.n.l. do starého Egypta, kde byl beton používán pro stavbu sloupů. Tehdy byl beton ještě nazýván umělým kamenem. Pozdější název beton vznikl z francouzského: béton - hrubá malta.
Vlastnosti betonu jsou ovlivňovány poměrem jednotlivých složek a zvláštních vlastností betonové směsi se dosahuje přidáváním příměsí a přísad. Beton je stavivem s velkou pevností v tlaku. Zpravidla se beton používá v kombinaci s různými druhy výztuží a tím splňuje též požadavky pro namáhání v tahu. Pro všechny tyto vlastnosti je dnes nejčastěji používaným stavivem, ze kterého lze vytvářet mimořádně hospodárné a bezpečné konstrukce. Monolitickým propojením vznikají prostorově tuhé soustavy, které spolupůsobí ve všech směrech.
Cement (lat. Caement, fr. ciment) je práškové hydraulické pojivo, hlavní složka betonu. Historie používání cementu vede až ke starým Římanům, ale pravděpodobně sahá ještě dál. „Opus caementitium“ byla hmota vyráběná z drobného štěrku smíseného s páleným vápnem. Tento „římský cement“ byl použit například při stavbě římského Kolosea. Cement, jak ho známe dnes, byl patentován v roce 1824 Josephem Aspdinem z Leedsu v Anglii.
Kamenivo je zrnitý materiál, určený pro stavební účely. Jde o hlavní složku betonu, tzv. plnivo, které má v betonové směsi hlavní nosnou funkci. Maximální velikost zrn v betonové směsi je 125 mm. Musí být pevné, trvanlivé a nesmí být humusové. Dále nesmí obsahovat slídu, jíly, síru, hlinité a odplavitelné částice.
Důkladné promíchání je základem pro výrobu jednolitého, vysoce kvalitního betonu. Proto je pro účinné míchání betonových směsí nutné správné vybavení a postupy. Samostatné míchání cementové pasty ukázalo, že vmíchání cementu a vody do pasty, ještě před smícháním těchto materiálů s ostatními agregáty, může zvýšit kompresní pevnost vzniklého betonu. Cementová pasta je obecně míchána při vysokých rychlostech ve smykovém typu míchače při poměru vody a cementu od 0,30 po 0,45 hmotnosti. Při předmíchání cementové pasty můžeme přidat příměsi, například urychlovače nebo zpomalovače, změkčovače, pigmenty nebo plynosilikát. Ten se přidává později k vyplnění mezer mezi částicemi cementu. To snižuje vzdálenost částic a vede ke zvýšení finální tlakové pevnosti a vyšší nepropustnosti pro vodu.
Čtěte také: Prevence poruch dilatačních spár
Typy betonu a jejich specifické vlastnosti
- Transportbeton - nejvyšší forma výroby čerstvého betonu.
- Konstrukční beton je typ betonu určený pro širokou škálu konstrukčních aplikací, jako jsou sloupy, stropy, základy a nosné zdi. Má dobrou pevnost a schopnost odolávat tlaku a namáhání.
- Vysokopevnostní beton má vysokou pevnost a odolnost. Je často používán v konstrukcích, kde je vyžadována vysoká nosnost nebo kde jsou kladeny vysoké nároky na pevnost materiálu.
- Lehčený beton je vyroben s přídavkem lehkých materiálů, jako je polystyrenová drť nebo umělé kamenivo, což snižuje jeho hmotnost.
- Pěnový beton POROFLOW je lehký beton tvořený homogenní směsí cementu a vzduchových pórů, které snižují jeho hmotnost.
- Vláknobeton a drátkobeton obsahují přídavek vláken nebo drátů, které zvyšují jejich pevnost a odolnost proti trhání. Jsou často používány ve stavbách, které vyžadují zvýšenou odolnost proti vlivům prostředí nebo namáhání. Drátkobeton je beton, do kterého se přidávají ocelové drátky, které mají zabránit objemovým změnám a praskání betonu při jeho zrání. Tato technologie má své opodstatnění v případě, že beton obsahuje alespoň 40 kg drátků na krychlový metr.
- Železobeton je nejčastější forma betonu, beton obsahující ocelové výstuže. Ocelovými výztužemi železobetonu jsou většinou ocelové dráty případně ocelová lana. Výztuže jsou do betonu zalévány tak, aby byly při větším zatížení natahovány. Beton též může být předpjatý, čímž se předchází náporu v tahu. Používají se vnitřní ocelové výztuže, které umožňují výrobu trámů či desek s větším rozpětím než má prostý železobeton.
- Sklobeton - jedná se o materiál složený z portlandského cementu, anorganického plniva a skleněných vláken.
- Polymerbeton - moderní materiál složený z organické matrice a anorganického plniva. Výrobky z polymerbetonu se vyrábí odléváním do forem.
- Samozhutnitelný beton COMPACTON je koncipován tak, aby se rovnoměrně rozlil bez nutnosti použití vibračních zařízení. Tento beton má unikátní vlastnosti, které mu umožňují samovolně vyplnit všechny dutiny a útvary bez manuálního zásahu.
- Vodostavební beton je speciálně navržen pro aplikace ve vodním prostředí, jako jsou přehrady, jezy nebo vodní kanály.
- Beton pro průmyslové podlahy je určen pro vytvoření odolných podlah v průmyslových prostorách. Vsypy jsou tvořeny směsí portlandského cementu, vysokopevnostního kameniva a dalších speciálních přísad.
- Betonové podlahy DURAMO - podlahy z tohoto betonu jsou odolné proti opotřebení, tření a mají vysokou nosnost.
- VERTUA® beton je speciální druh betonu se sníženou emisí CO2 až o 50%. Betony Vertua® jsou vhodné pro řadu aplikací při výstavbě - od interiérových a základových konstrukcí až po vyztužené vnější konstrukce, a hodí se zejména pro použití v oblasti infrastruktury.
- Vodopropustný beton PERVIA je navržen tak, aby umožnil průchod vody skrz něj. Vodopropustný nebo také drenážní beton dosahuje obdobných pevností jako běžný beton. Drenážní vlastnosti vodopropustných betonů jsou úspěšně využívány v Evropě již od 18. století.
Vodopropustný beton PERVIA a jeho výhody
Rozlehlé plochy zpevněných, nepropustných povrchů znemožňují aktivní vsakování vody, což vede nejen k vysychání krajiny, ale i k častému hromadění stojaté vody ve špatně odvodněných lokalitách. Dlouhodobě nízké srážky a nedostatek vody v krajině vyžaduje pečlivější přístup k hospodaření s dešťovou vodou. Vodopropustné betony Pervia (pervious concrete) jsou jednou z několika možností hospodaření s dešťovou vodou v oblasti zpevněných ploch. Nespornou výhodou použití monolitické betonové konstrukce je snadnější příprava podkladních vrstev a vysoký výkon celého systému.
Výhodou oproti nepropustným komunikacím je snížení náporu odtékající vody, což je problematické zejména u přívalových dešťů, které vyžadují i návrh dostatečné jímavosti kanalizačních vtoků. U nově drenážních povrchů je plošná propustnost 5 000 až 45 000 litrů/hod. Jedná se o několik řádů vyšší množství vody než při velmi intenzivním dešti. Vodopropustný beton PERVIA použitý jako podkladní drenážní vrstva zároveň otevírá nové možnosti provádění sportovních a atletických ploch, dětských hřišť nebo zatravněných ploch s vysokou stabilitou.
Na povrchu parkovišť a komunikací se usazují znečišťující látky z vozidel a jiných zdrojů ve formě uhlovodíků a těžkých kovů, jež jsou výrazným zdrojem znečištění vody. Z běžného parkoviště odtéká znečištěná voda do kanalizace a přímo do potoků a řek. Systém vodopropustných ploch tyto znečišťující látky zachycuje, filtruje a čistí přirozeným procesem mikrobiální konverze uhlovodíků.
Je prokázáno, že teplotně jímavé povrchy ve městech mohou zvyšovat teplotu okolí až o 5 °C a fungují jako tepelné baterie, jež udržují v noci teplotu vyšší až o 10 °C oproti normálu. Takto vznikající „tepelné ostrovy“ se stoupajícím teplým vzduchem vytváří tzv. tepelnou střechu, čímž ještě více snižují objem srážek v těchto oblastech. Vodopropustný beton absorbuje méně tepla než běžné hutné povrchy. Pórovitá struktura propouští chladnější teplotu zeminy zespodu a spolu s odpařováním vlhkosti je ochlazován povrch i okolí. Běžné vozovky však nepropustí ke kořenům stromů vodu ani vzduch a je potřeba vytvářet propustné zóny poblíž stromů. To bývá komplikované v místech s omezeným prostorem, kde jsou stromy v rámci chodníků nebo poblíž silnic a parkovišť. Právě vodopropustný beton je praktické řešení pro pokládku tvrdých povrchů. Umožňuje totiž dešťovým srážkám a vzduchu propustnost skrz vozovku ke kořenům.
Vodopropustné plochy mají nezanedbatelný vliv na snížení nákladů za odvod dešťových vod - stočné, zejména u rozlehlých ploch komunikací podnikatelských subjektů. Z ekonomického hlediska jsou drenážní plochy úsporné také kvůli menší potřebě budování kanalizační sítě a nemalou roli hrají také náklady na údržbu komunikačních ploch v zimě. Pórovitá struktura vykazuje na povrchu vozovky rychlejší tání ledu a sněhu ve srovnání s nedrenážními povrchy. Voda z tajícího sněhu je ihned odváděna plochou vozovky, nenamrzá na povrchu a nedochází tak ke vzniku ledových ploch, které je potřeba solit. Potřeba rozmrazovací chemie a posypových inertních materiálů je tak výrazně menší. Rozmrazovací prostředky obsahující chlorid sodný nebo chlorid vápenatý mohou být běžně používány. Inertní posypy je vhodné volit se zrnem větším než 2,5 mm.
Čtěte také: Informace o Katedře betonových a zděných konstrukcí
Zpracovatelnost a vytvrzování betonu
Zpracovatelnost je schopnost čerstvé (plastické) betonové směsi vyplnit za pomoci vibrací nebo bez nich, správně formu, aniž by došlo ke snížení kvality betonu. Zpracovatelnost závisí na obsahu vody, kameniva (tvar a rozdělení dle velikosti), obsahu cementu a stáří (stupni hydratace) a může být změněna přidáním chemických přísad. Zvýšení obsahu vody či přidání chemických příměsí zvýší zpracovatelnost betonu. Nadměrné množství vody vede ke zvýšenému odvzdušnění (povrchová voda) a oddělení jednotlivých složek, což vede k výsledné nižší kvalitě betonu.
Zpracovatelnost může být měřena pomocí testu propadu betonu, je to měření plasticity čerstvé várky betonu dle zkušební normy ASTM C 143 nebo EN 12350-2. Propad je obvykle měřen zkouškou rozlitím a vzorkem z dávky čerstvého betonu. Abramsův Kornout je umístěn širokým koncem dolů na úroveň neabsorbujícího povrchu. Je naplněn ve třech vrstvách o stejném objemu, přičemž každá vrstva je napěchována ocelovou tyčí s cílem vrstvu upevnit. Když je kornout opatrně odstraňován, určité množství vloženého materiálu propadne díky váze. Relativně suchý vzorek propadne velmi málo s hodnotou propadu 25 - 50 mm. Propad může být zvýšen přidáním chemických přísad, jako je voda o širokém či vysokém obsahu redukčních činidel (super plastifikátorů), aniž by došlo ke změně poměru voda / cement. Ztekucený beton, jako je samozhutňující beton, je testován dalšími průtokovými měřícími metodami.
Vždy když přichází v úvahu použití betonu, musí být učiněno vše pro dosažení maximální pevnosti a tvrdosti. To se děje po definitivním umístění betonu. Cement vyžaduje vlhkost, kontrolované prostředí, aby získal sílu a plně vytvrdnul. Tuhnutí cementové pasty připomíná obrácený poločas rozpadu. Zpočátku tuhne poměrně rychle, ale zůstává velmi slabá, a na síle získává v následujících dnech a týdnech. Hydratace a tuhnutí betonu během prvních tří dní je kritické období. Nadměrně rychlé vysušení a smrštění kvůli takovým vlivům, jako je odpařování větrem, může vést ke zvýšenému tahovému pnutí v době, kdy ještě beton nezískal dostatečnou pevnost, což v závěru vede k většímu praskání následkem smrštění. Výsledná pevnost betonu může být zvýšena, pakliže je udržován stále vlhký po delší dobu během procesu vytvrzování. Vyloučením předčasného zatížení docílíme minimalizace popraskání. Během tohoto období musí být beton v podmínkách s kontrolovanou teplotou a vlhkostí vzduchu. V praxi je tohoto dosaženo kropením či pocákáním povrchu betonu vodou, čímž je betonová masa chráněna před nevhodnými účinky okolních podmínek. Správné vytvrzení betonu vede ke zvýšení pevnosti, snížení vodopropustnosti a zamezuje praskání povrchu při předčasném vyschnutí. Je třeba též dbát, aby bylo zamezeno zmrznutí či přehřátí betonu. Vzhledem k tomu, že cement vydává při tuhnutí teplo, používá se potrubí s chladící kapalinou, které zabrání přehřátí (Hoover - Dam).
Zpracování vodopropustného betonu
Vodopropustný beton lze zpracovávat v klimatických podmínkách jako u běžného betonu. Optimální podmínky jsou při teplotě +5 °C až +25 °C. Před pokládkou drenážního betonu je důležité navlhčit podklad, který pak betonu dodává vlhkost. V chladném počasí je tento beton citlivější na nárůst pevnosti, protože jeho porézní struktura zabraňuje vytvářet a udržovat hydratační teplo. Největším rozdílem mezi zpracováním vodopropustného a běžného betonu je načasování a odhad rychlosti realizace. Je totiž důležité, aby prováděné úseky byly chráněny či ošetřovány před odparem vody pro zachování čerstvosti cementové pasty a do dvaceti minut byl povrch opatřen krycí PE fólií. V závislosti na velikosti a tvaru plochy může být urovnání směsi prováděno různými způsoby. Čerstvá směs vodopropustného betonu je stlačitelná. Pro získání požadovaných vlastností vozovky je nutné provést příslušnou míru zhutnění. Typ betonové směsi je navrhován pro konkrétní způsob hutnění. Nejslabší části náchylné ke drolení jsou okraje položeného drenážního betonu, proto je vhodné tato místa hutnit intenzivněji. Hutnění může být prováděno mechanickými i ručními válci. Stejně jako klasický beton, také vodopropustný beton vykazuje smrštění při tvrdnutí a vysychání. Smrštění spodní strany konstrukce je vždy omezeno hrubostí podkladu - a beton má tendenci praskat. Proto jsou vytvářeny spáry sloužící k určení polohy těchto trhlin. Je důležité, aby cementová pasta mohla důkladně hydratovat a dosáhnout požadované pevnosti. Je proto velmi důležité zajistit dostatečnou vlhkost v konstrukci nepřetržitě po dobu nejméně sedmi dnů. Nejběžnější způsob ošetřování je celý povrch vozovky pokryt plastovou PE fólií. Tím se uchovává vlhkost a zamezí předčasné vysychání cementové pasty v drenážním betonu. Fólii je nutné umístit na povrch do 20 min.
Pevnost betonu
Konečná pevnost betonu je ovlivněna poměrem voda / cement, konstrukčními prvky a mícháním, umístěním a vytvrzovací metodou. Prostý beton s nižším poměrem vody k cementu bude pevnější, než beton tekutý. Celkové množství cementovitých materiálů (portlandský cement, struskový cement, pucolány) může mít vliv na pevnost, na požadavky na vodu, srážení, otěruvzdornost a hustotu. Kterýkoliv beton může prasknout nezávisle na tom, zda má či nemá dostatečnou pevnost v tlaku. Ve skutečnosti, mastný beton s vysokým podílem portlandského cementu může prasknout snáze kvůli vysokému stupni hydratace. Jak se beton během hydratace transformuje z plastického stavu do tuhého, materiál se smršťuje. Smrštěním vzniklé trhliny se mohou objevit záhy po navrstvení, během závěrečných operací, pokud je vysoký stupeň odpařování, například při horkém počasí či za větrných dnech. Ve velmi pevných betonových směsích (více než 10 000 psi) může být pevnost v tlaku kameniva limitujícím faktorem pro konečnou kompresivní sílu.
Čtěte také: Prvky z prostého a železového betonu
Vnitřní síly v konstrukcích běžných tvarů, jako jsou oblouky, klenby, sloupy a stěny, působí převážně tlakem směrem do podlahy či chodníku podrobenému síle tahové. Velikost pevnosti v tlaku je široce používána pro specifikaci požadavků a kontrolu kvality betonu. Beton má velmi nízký koeficient tepelné roztažnosti. Jak beton dozrává a nadále vysychá, vzhledem k reakcím probíhajícím uvnitř materiálu, míra smrštění klesá relativně rychle a časem se redukuje (pro všechna praktická využití betonu je obvykle předpokládáno nízké vysychání kvůli hydrataci po dalších 30 let). Inženýři obvykle specifikují požadovanou pevnost betonu v tlaku, která je většinou udávána jako tlaková pevnost po 28 dnech uváděná v megapascalech (MPa).
Dvacet osm dní je dlouhá čekací doba ke zjištění, zda byla získána požadovaná pevnost, proto se využívá i měření po třech a sedmi dnech, které je dobré pro odhad konečné pevnosti betonu po 28 dnech. 25 % pevnosti dosahují betony mezi 7 a 28 dnem v případech, kdy je použit 100 % běžný portlandský cement, až 40 % pevnosti lze získat přidáním pucolánů a doplňkových cementovitých materiálů, jako jsou popílek či struskový cement. Získaná pevnost závisí na typu směsi, jejích složek, procesu standardního vytvrzování, řádném testování a péči o beton během přepravy, atd. Vzorky betonu se zpravidla odebírají během usazování hmoty, testovací protokoly požadují, aby byly vzorky vyšetřeny v laboratorních podmínkách (standardní zkouška). Dodatečné vzorky mohou být testovány i v terénu (nestandardní zkouška) jedná-li se například o zjištění co nejkratšího využitelného času, nutného k dosažení potřebné pevnosti pro možnost brzkého odbednění. Děje se tak postupným odbedňováním za plynulého vyhodnocování zkoušek.
Pevnost podkladního betonu pod finálním povrchem podlahy není zanedbatelná veličina. Uvádí se, že podkladní beton pod mozaikovými parketami, lepenými dlaždicemi a plastovými, pryžovými a textilními podlahovinami má mít minimální pevnost v tlaku 11,5 MPa. Pro podlahy z litých syntetických pryskyřic musí mít podkladní beton pevnost nejméně 14,7 MPa.
Izolace a pokládka vodopropustného betonu
Tepelná izolace by měla být nenasákavá a měla by mít dostatečnou únosnost, aby nedošlo při zatížení podlahy k rozlomení betonové desky. Nejvhodnější tepelnou izolací je extrudovaný polystyrén, který je velmi lehký, pevný a odolný.
Při návrhu je nutné posoudit vsakovací vlastnosti podloží a stanovit objem přítoku. V případě výskytu jílovitých zemin je nutné zajistit dostatečnou kapacitu pro uložení vody v podkladní štěrkové vrstvě a popřípadě doplnit drenáže, jež vodu odvádí do retenčních nádrží apod. Drenážní beton může být v určitých případech umístěn také přímo na zhutněnou půdu. Ve většině případů je beton ukládán na štěrkový podklad. Tloušťka podkladních vrstev by měla být navržena tak, aby zajistila dostatečnou úložnou kapacitu vody při dešti. Doporučená minimální tloušťka štěrkového podsypu je 150 mm. Tloušťku je vhodné také navýšit například v oblastech, kde v zimě dochází k delšímu období mrazu. Co se týká hutnění, platí čím větší zhutnění, tím nižší propustnost. U většiny realizací s relativně nízkým provozem by mělo být zhutnění štěrkového podkladu minimalizováno, aby se zajistil přiměřený průsak. Největší hutnění by naopak mělo probíhat na podloží.
U vozovek z vodopropustného betonu existují tři základní typy spár: dilatační spáry, oddělovací spáry a pracovní spáry. Spáry v drenážním betonu je ideální provádět prořezáním. Příčné smršťovací spáry se vytváří 35% až 40% oslabením průřezu vrstvy betonu, podélné spáry pak řezem do hloubky 40 až 45 % tloušťky desky.
Údržba vodopropustných vozovek
Údržba vodopropustných vozovek je odlišná od nepropustných vozovek. Cílem je udržet propustnost na úrovni navržených vlastností během celé životnosti vozovky. Správně zhotovená vozovka z drenážního betonu může dobře fungovat po celou dobu své životnosti - a to i bez čištění, jelikož i při více než 90% ucpání je drenážní schopnost stále dostačující. Vozovka však bude fungovat lépe, pokud se průběžně odstraní písek, listí a další nečistoty, které jsou postupem času obtížněji odstranitelné. Pro odstranění hluboko usazených nečistot může být použita tlaková voda nebo oplach s vysokým vodním průtokem.
Obecně jsou obavy z použití vodopropustných betonů v podmínkách opakovaného mrazů a tání. V případě, že je vozovka provedena správně a podkladní vrstvy jsou v odpovídající tloušťce, nevzniká žádný problém.
tags: #vodopropustnost #zelezobetonovych #konstrukci #izolace