Kamenivo představuje kostru betonu a tvoří až 80 % jeho objemu. Zrnitost kameniva vyjadřuje jeho skladbu s ohledem na zastoupení zrn různé velikosti. Správná volba a optimalizace zrnitostní křivky kameniva je zásadní pro dosažení požadovaných mechanických vlastností, zpracovatelnosti a trvanlivosti betonu, zejména u konstrukcí jako jsou věnce a ultra vysokohodnotné betony (UHPC).
Typy kameniva a jejich vlastnosti
Kamenivo je zrnitý materiál anorganického, přírodního nebo umělého původu, určený pro stavební účely. Dělí se na drobné (písek) a hrubé (štěrk, drcený kámen).
Druhy kameniva
- Umělé kamenivo: Získává se z průmyslového nebo stavebního odpadu.
- Těžené kamenivo: Vzniklo přirozeným rozpadem horniny.
- Těžené předrcené kamenivo: Získává se drcením zrn na požadovanou velikost.
- Výsivka: Odpad bez zaručené velikosti zrna a jakosti kamene.
Kamenivo pro běžné betony
- Pro výrobu betonu je ideální říční tříděný písek frakce 0-4 mm. Říční písek je vhodnější vzhledem k čistotě suroviny. Těžební písek, zejména ten z malých lomů, může být kontaminován jílem.
- U štěrku se sahá po frakci 4-16 mm nebo 8-16 mm. Nejideálnější volbou štěrku do betonu je pak obecně štěrk s frakcí 8/16. Tyto vlastnosti jsou závislé především na tom, pro jaké účely má být beton použit.
- Pro mísení betonu se používá standardně štěrkopísek frakce 0 - 4 mm a štěrk frakce 8 - 16; 16 - 32 a 32 - 64 mm.
Kamenivo pro Ultra vysokohodnotný beton (UHPC)
Nosná kostra UHPC matrice je tvořena jemnozrnným kamenivem, na které jsou kladeny vysoké nároky, zejména na jeho pevnost, jakost a na minimální množství interních poruch. Vysoké nároky na kamenivo jsou dány vytvořením hutné struktury matrice a vlastnostmi UHPC.
- Kamenivo pro UHPC musí být dostatečně pevné, bez mechanických vad a s vhodným tvarovým součinitelem.
- Používají se jemnozrnné přírodní písky, přírodní štěrky, nebo drcené kamenivo.
- Doporučuje se používat tříděné písky z pevných vyvřelých hornin (žula, gabro, čedič, apod.), křemičité sklářské písky nebo písky slévárenské.
- Obecně lze doporučit použití drceného kameniva, které má sférický tvar zrn a lepší tvarový index než kameniva těžená. Díky této vlastnosti je možné snížit dávku plastifikátoru. Drcené kamenivo by mělo obsahovat minimum defektů.
- Vhodná jsou zrna se sférickým, nebo kubickým tvarem a zcela nevhodná jsou zrna plochá a zrna s ostrými hranami.
Frakce kameniva a zrnitostní křivka
Frakce štěrku je ukazatel hrubosti daného kameniva, čím menší je číslo frakce, tím menší jsou jednotlivá zrnka kameniva. Frakce udává, jaká nejmenší a největší zrna kameniva se v dané štěrkové (či jiné kameninové) směsi nacházejí.
Při návrhu UHPC je nejdůležitější dosažení plynulé křivky zrnitosti kompletní směsi, od nejjemnější mikrosiliky až po hrubé kamenivo. Zároveň je zásadní kompatibilita jednotlivých složek, především superplastifikátoru a cementu. Optimalizovaná křivka zrnitosti kameniva je podmínkou dobré zpracovatelnosti čerstvé betonové směsi. Běžně ji tvoří tzv. kostra, která je doplněna jemnějšími frakcemi kameniva, příměsemi, nezhydratovanými zrny cementu (s vysokým měrným povrchem), nebo jejich kombinace.
Čtěte také: Broušení dřeva zrnitostí 150
Směrné křivky zrnitosti kameniva maximální frakce 4 mm
Oblast mezi zelenými křivkami představuje použitelnou granulometrii kameniva. Červená křivka představuje optimální skladbu a oblast mezi modrou a zelenou křivkou je oblast použitelné zrnitosti kameniva.
Omezení velikosti kameniva je dáno nejen vytvořením hutné struktury, ale též omezením vzniku mikrotrhlin mezi hrubými zrny nesmršťujícího se kameniva a cementovou pastou. Dalším důvodem je i vznik mikroporuch ve velkých zrnech. Vyšší podíl jemných frakcí kameniva zároveň zvyšuje i dávku cementu, který je potřebný pro obalení zrn kameniva. Na začátku vývoje UHPC se předpokládalo, že beton bude mít velmi homogenní strukturu se zrny kameniva menších než milimetr. Postupný výzkum prokázal, že zrna o velikost do 8 mm a výjimečně do 16 mm nebrání zvyšování pevnosti na úroveň kolem 200 MPa.
Vliv jemných částic v kamenivu
Jemné částice jsou částice v čerstvém betonu, jejichž zrna mají velikost maximálně 0,125 mm (nebo 0,063 mm dle ČSN EN 12620+A1 Kamenivo do betonu). Vedle cíleně přidávaných jemných částic se v betonu mohou vyskytovat i jemné částice, jejichž přítomnost je nežádoucí. Řadí se mezi ně jíl a další jemné složky, které vznikají při těžbě čedičového kameniva a zachycují se na povrchu zrn kameniva.
Collepardi a Pytlík uvádějí, že pokud nejsou tyto částice odstraněny, mohou oslabovat vazbu mezi kamenivem a cementovou matricí a zhoršovat tak mechanické vlastnosti betonu. Podle Aïtcina jemné částice, které jsou uchyceny na povrchu zrn hrubého kameniva, zvyšují množství vody zachycené na povrchu zrn a tím lokálně zvyšují vodní součinitel v cementové pastě přiléhající k zrnu kameniva. Topçu a Uğurlu uvádějí, že přítomnost jílových částic na povrchu hrubého kameniva oslabuje vazbu mezi cementovou pastou a kamenivem a zhoršuje objemovou stálost betonu. Z výše uvedeného je patrné, že je z technologického hlediska výhodné jemné částice z hrubého kameniva odstranit praním a docílit tak lepších vlastností betonu.
Experiment s praným a nepraným kamenivem
Výzkum byl prováděn pro čtyři různé receptury vysokohodnotného betonu, ve dvou variantách - s praným a nepraným kamenivem frakce 4/8 a 8/16. Prosévací zkouškou bylo stanoveno, že obsah jemných částic menších než 0,125 mm v kamenivu 8/16 po vyprání klesl z 1,51 % hm. na 0,09 % hm., v kamenivu 4/8 pak z 0,52 % hm. na 0,02 % hm.
Čtěte také: Vlastnosti a výhody silikátové omítky
Výsledky experimentu:
- Pevnost v tlaku: U sledovaných receptur bylo největšího přínosu dosaženo v případě pevnosti v tlaku, kde byly hodnoty pro směs s mikrosilikou a metakaolinem zlepšeny o 12-13 %, pro směs bez příměsí a směs s popílkem o 4 %.
- Modul pružnosti: Rovněž pro všechny směsi po vyprání kameniva stoupl (o 4-9 %), avšak změna tohoto parametru byla menší než odchylky měření, a je proto neprůkazná.
- Objemová hmotnost a pevnost v tahu za ohybu: Úpravou kameniva nebyly ovlivněny.
- Hloubka průsaku tlakovou vodou: V souladu s teoretickými předpoklady došlo u všech směsí s praným kamenivem ke zvýšení hodnoty průsaku tlakovou vodou. Nárůst pro referenční směs a směs s mikrosilikou byl menší než 10 %. Rozdíly pro směs s popílkem a metakaolinem byly zásadní (+300 %, resp. +100 %).
Míchání betonu a poměry složek
Příprava betonové směsi, která bude pevná, stálá a odolná, je pro úspěšnou realizaci zásadní. Hlavními složkami betonu jsou cement, voda a písek nebo štěrk.
Postup míchání betonu v míchačce
- Jako první je dobré dát do míchačky vodu, aby se trochu zvlhčila. Vodu používáme čistou ze studny či vodovodu a do míchačky ji dáváme vždy jako první ingredienci.
- Míchačku zapneme, aby se dobře promočila.
- Následně můžeme začít přidávat další ingredience. Nejprve 3-4 lopaty kameniva (např. písku).
- Po promísení přidávejte postupně celou vypočítanou dávku cementu.
- Po zamísení cementu postupně přidávejte štěrk, dokud nebude mít beton požadovanou konzistenci.
- Nakonec přichází na řadu plastifikátor. Na 120 litrovou míchačku použijeme přibližně 1 dl plastifikátoru.
- Míchání by mělo trvat několik minut (zpravidla 2 až 4 minuty) podle typu a velikosti míchačky. Cílem je získat homogenní směs beze stop suchého cementu či segregace kameniva.
Poměry složek pro různé typy betonu
Množství vody v betonu se musí pečlivě hlídat. Poměr voda/cement (tzv. w/c) je jedním z hlavních parametrů, který ovlivňuje pevnost, trvanlivost a náchylnost k trhlinám. Platí, že čím méně vody v poměru k cementu, tím vyšší pevnost betonu. Pro rodinné domy se obvykle hodnota w/c pohybuje mezi 0,45 a 0,55.
| Typ betonu | Potřeba cementu (1 m3) | Poměr (lopaty) |
|---|---|---|
| Základový beton | 250 kg | 1 díl cementu, 2 díly písku, 3 díly štěrku |
| Konstrukční nosný beton | 350 kg | 1 díl cementu, 2 díly písku, 2 díly štěrku |
| Betonový potěr | 300 kg | 1 díl cementu, 4 díly písku |
Většinou se beton míchá v poměru 1:2:3 až 1:2:4, tedy na jednu lopatu cementu připadají dvě lopaty písku a tři až čtyři lopaty štěrku. Pokud by byl poměr štěrku vyšší, nebude beton dostatečně pevný a může mít tendenci se drobit, protože je nutné, aby každé jednotlivé zrnko bylo pokryto cementem.
Objem vody, který je potřebný pro zamíchání betonu, nelze jednoznačně určit. Vždy záleží na tom, zda je písek a štěrk suchý či mokrý (tedy pokud je skladován venku, nebo uvnitř budovy). Voda se dávkuje dle toho, jakou konzistenci betonu potřebujete.
Doporučené poměry surovin pro různé typy betonu (25 kg cementu)
| Surovina | Základový beton | Nosný beton | Betonový potěr |
|---|---|---|---|
| Cement | 25 kg | 25 kg | 25 kg |
| Štěrkopísek | 35-40 kg | 30-35 kg | 110-140 kg |
| Štěrk | 70-80 kg | 65-75 kg | - |
| Voda | 9-12 litrů | 9-12 litrů | 8-9 litrů |
Plastifikátory a jejich role
Míchání betonu dnes je rozhodně jiné v porovnání s tím, jak se beton míchal dříve, kdy se nepoužíval plastifikátor. Dnes se cement mele na jemnější mletí, takže je potřeba daleko víc vody na to, aby byl beton zpracovatelný. Cement potřebuje k hydrataci jen asi 25 % vody (vzhledem k váze cementu), což je ale málo a směs by byla příliš hustá a nedalo by se s ní pracovat. Proto vodu přidáváme a plastifikátor nám pomáhá, abychom neměli té vody tolik.
Čtěte také: Udržitelné stavebnictví s recyklovaným betonem
Na 1 m3 betonu, kde je 300 kg cementu, je potřeba cca 80 l vody. Ovšem reálně tam stavebník na stavbě dá 160-180 l vody, aby se mu se směsí dobře pracovalo. Takže je cca 80-100 litrů vody navíc, které se musí odpařit. Při odpařování vody dochází ke smršťování a betony pak mají tendenci se kroutit a praskat.
Mezi stavebníky jsou oblíbené komerční plastifikátory (plastifikační příměsi) umožňující snížení množství vody o více než 5 % a superplastifikátory (zkapalňující příměsi), které umožňují snížení množství vody o více než 12 %.
Nejčastější chyby při míchání betonu
- Příliš vysoká teplota: Betonáž při vysokých teplotách nebo betonáž s materiálem o vysoké teplotě urychluje hydrataci a náběh pevnosti, kvůli čemuž pak beton během pár hodin praská.
- Suchý podklad při betonáži věnců: Pokud cihla nebo keramika není provlhčená, vysaje z betonu vodu a ten následně praská. Podklad je vhodné opatřit fólií, stačí tenká. Beton lépe teče a např. u desek nedochází k zatečení cementového tmele do štěrku a tím ke ztrátě zpracovatelnosti i vyšší množství bet. směsi.
- Správná volba směsi pro interiér či exteriér: Nelze použít jeden beton na vše. V exteriéru jsou podmínky výrazně jiné než v interiéru, působí zde více vlhkost a mráz. Pro venkovní betony se používá mrazuvzdorný provzdušněný beton.
- Nadměrné ředění betonové směsi vodou: Může znamenat lepší zpracovatelnost, ale oslabuje pevnost a zvyšuje riziko vzniku trhlin. Raději použijte plastifikátor nebo upravte poměr kameniva.
- Krátká doba míchání: Vede k nerovnoměrnému promíchání cementu a kameniva. Proto se řiďte doporučením výrobce míchačky a velikostí dávky.
- Nevhodná volba cementu nebo přísad: Každá stavební etapa může mít jiné požadavky (rychlost tuhnutí, odolnost proti mrazu). Proto je dobré se poradit s projektantem či stavebním dozorem.
- Špatná koordinace betonářských prací: Například pokud betonáž probíhá v několika etapách s velkým časovým odstupem. Kvůli tomu mohou vznikat spáry a ztráta soudržnosti.
tags: #zrnitost #kameniva #do #betonu #vence