Stavební hmoty a dílce: Beton, železobeton a výrobky předem vyrobené z betonu a železobetonu - prefabrikáty

TZÚS Praha, s.p. - pobočka Plzeň

Stavební hmoty a dílce: Beton, železobeton a výrobky předem vyrobené z betonu a železobetonu prefabrikáty Celkový přehled Ing. Martin Schmieder Technický a zkušební ústav stavební Praha, s.p. – pobočka Plzeň

1


Beton

Co je to beton? •

Směs pojiva, plniva a vody.

Mikro snímek (50x)

Makro snímek

2


Beton

Co je to beton? •

Kompozitní materiál

–

Kde matrici tvoří hydraulické pojivo a výztuž anorganické plnivo. Po smíchání hydraulického pojiva s vodou dochází k chemické reakci slínkových minerálů (trikalcium silikát, dikalcium silikát, trikalcium aluminát a tetrakalcium aluminoferit), vytvoří se hydrosilikátový C-S-H gel ze kterého postupně krystalizuje etrringit jehož krystaly tvoří, vzájemným prorůstáním, pevnou hmotu. Jedná se o exotermickou reakci.

3


Beton

Beton je: •

Beton je kompozitní materiál na bázi silikátového pojiva a anorganického plniva. Při tuhnutí váže okolní pevné materiály a po tvrdnutí tvoří pevnou strukturu. – nejčastěji: Cementový beton (cement - hydraulické pojivo) – ale taky: Asfaltový beton – obalovaná směs z asfaltu a kameniva – tzv: balená směs, balená (asfalt – druh živice, složená z uhlíku, vodíku a kyslíku – Organická chemie)

•

Slovník pojmů: – Kompozitní materiál (kompozit): matrice s výztuží, složen ze dvou nebo více látek (materiálů) jenž ve své kombinaci mají nové (lepší) vlastnosti než samostatně. Zjednodušeně, principem kompozitních materiálů je docílit aby platilo: 1+1=3 – Silikáty: křemičitany, jsou kyslíkové sloučeniny křemíku SiO2 – Hydraulicita: schopnost reagovat s vodou s následným tvrdnutím – Cement: hydraulické pojivo, anorganický materiál který po smíchání s vodou vytváří kaši a následně tuhne a tvrdne – Pojivo: látka schopná vázat ostatní materiály v pevný celek – Plnivo: pevná látka (materiál) dodávající pevnost celku – Tuhnutí: změna z tekutého stavu do pevného – Tvrdnutí: lidově zváno „zrání“, období kdy ještě probíhají chemické reakce a materiálu narůstá pevnost 4


Beton

Složky betonu • •

Cement, voda, kamenivo, přísady a příměsi

• •

Přísady – přidávají se do vody Příměsi – přidávají se do kameniva

Jednotlivé komponenty:

–

– –

Cement • Norma: ČSN EN 197-1 Cement – Část 1: Složení, specifikace a kriteria shody cementů pro obecné použití – CEM I Portlandsky cement – CEM II Portlandsky cement směsný – CEM III Vysokopecní cement – CEM IV Pucolánový cement – CEM V Směsný cement Voda • Norma: ČSN EN 1008 Záměsová voda do betonu …. () Kamenivo • Norma: ČSN EN 12620 Kamenivo do betonu – Původ (lom, výrobce), druh (těžené, plavené, recyklované), frakce » kamenivo (přírodní, umělé, recyklované) » hutné kamenivo (2 000 kg/m3 až 3 000 kg/m3) » pórovité kamenivo » těžké kamenivo ( nad 3 000 kg/m3)

5


Cement

Hydratace cementu 4/4 Stupeň reakce

Chemické procesy

Fyzikální procesy

Mechanické vlastnosti

I. Předindukční perioda (první minuty)

Rychlé počáteční rozpouštění alkalických síranů a aluminátů. Počáteční hydratace C3S. Vznik fáze AFt.

Vysoká rychlost uvolňování hydratačního tepla.

Změny ve složení kapalné fáze mohou ovlivnit tuhnutí.

Úbytek silikátů. Tvorba nukleí CH a C-S-H, Ca2+ v roztoku dosahuje úrovně přesycení.

Tvorba produktů počáteční hydratace. Nízká rychlost uvolňování hydratačního tepla. Postupný růst viskozity.

Vznik AFt a ATm fází ovlivňující pevnost. Hydratace vápencových silikátů určuje počátek a konec indukční periody.

Rychlá chemická reakce C3S za vzniku C-S-H a CH. Snížení stupně přesycení Ca2+ ionty.

Rychlá tvorba C-S-H vedoucí k reálné struktuře za současného snížení pórovitosti. Rychlý vývin hydratačního tepla.

Změna plastické v pevnou konzistenci (počátek a konec tuhnutí). Vznik počátečních pevností.

Snížení vývinu tepla. Postupné snižování pórovitosti. Vývoj pevné struktury.

Postupný nárůst pevností. Pórovitost a morfologie hydratovaného systému předurčuje konečnou pevnost a trvanlivost cementu.

II. Indukční perioda (první hodiny)

III. Urychlující stupeň (3-12 hodin)

IV. Konečný stupeň

Vznik fází C-S-H a CH řízený difuzí. Přeměna ettringitu v monosulfát. Výrazná hydratace belitu.

6


Cement

Hydratující cement, který již dospěl do fáze kdy se vytvořily jehličkovité útvary etrringitu

7


Cement

Ettringit, 10 μm

8


Cement

Ettringit, 20 μm

9

Beton dle ČSN EN 206-1


Beton • •

•

Definován: ČSN EN 206-1 Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda – Status: určená EN norma Značení betonu: – Ztvrdlý beton: C = concrete (ENG) = beton (CZ) • Pevnost: C 8/10 až C 100/115, LC 8/9 až LC 80/88 • Stupeň vlivu prostředí: X0, XC1 až XC4, XD1 až XD3, XS1 až XS3, XF1 až XF4, XA1 až XA3 – Čerstvý beton: • Sednutí kužele, S1 až S5 • Zkouška Vebe, V0-V4 • Zhutnitelnost, C0 až C3 • Rozlití, F1 až F6 – Dle třídy největší frakce kameniva: Dmax – Třída objemové hmotnosti (jen u LC betonu): D 1,0 až D 2,0 (po 0,2) Tato norma neplatí pro: pórobeton, pěnobeton, beton s otevřenou strukturou , jednozrnný beton), beton s objemovou hmotností menší než 800 kg/m3, žáruvzdorný beton 10


Složky betonu

Terminologie • • • • •

beton (concrete): materiál ze směsi cementu, hrubého a drobného kameniva a vody, s přísadami nebo příměsemi nebo bez nich, který získá své vlastnosti hydratací cementu čerstvý beton (fresh concrete): beton, který je zcela zamíchán a je ještě v takovém stavu, který umožňuje jeho zhutnění zvoleným způsobem ztvrdlý beton (hardened concrete): beton, který je v pevném stavu a má již určitou pevnost beton vyráběný na staveništi (site-mixed concrete): beton, který byl odběratelem vyroben na staveništi pro vlastní potřebu transportbeton (ready-mixed concrete): beton, dodávaný v čerstvém stavu osobou nebo organizací, která není odběratelem betonu; transportbeton ve smyslu této normy je také: – –

• • • • •

beton vyráběný odběratelem mimo staveniště; beton vyráběný na staveništi, ale ne odběratelem.

prefabrikovaný betonový výrobek (precast concrete element): betonový výrobek zhotovený a ošetřovaný na jiném místě, než je jeho konečné použití obyčejný beton (normal-weight concrete): beton, který má po vysušení v sušárně objemovou hmotnost větší než 2 000 kg/m3, ale nepřevyšující 2 600 kg/m3 lehký beton (light-weight concrete): beton, který má po vysušení v sušárně objemovou hmotnost větší než 800 kg/m3 a menší než 2 000 kg/m3; je vyráběn zcela nebo jen zčásti z pórovitého kameniva těžký beton (heavy-weight concrete): beton, který má po vysušení v sušárně objemovou hmotnost větší než 2 600 kg/m3 vysokopevnostní beton (high-strength concrete): beton, který má pevnostní třídu v tlaku větší než C 50/60 pro obyčejný a těžký beton a LC 50/55 pro lehký beton 11



Beton • • • • •

Prostý beton (tak jak ho zná ČSN EN 206-1) je odolný vůči působení tlaku, při zatížením tahem je jeho pevnost 0,10-0,15 pevnosti v tlaku. Proto se do betonu dává ocelová betonářská výztuž: Lehký betony jsou kromě běžného plniva (kameniva) opatřeny plnivem s výrazně nižší objemovou hmotností, cílem je snížení hmotnosti konstrukce nebo vylepšení tepelně technických parametrů materiálu

–

např. kuličky polystyrenu, lehké kamenivo na bázi expandovaného jílu (Liapor / keramzit)

Železobeton kde má beton přenášet tlakové namáhání a chránit výztuž před korozí a betonářská ocel přenáší tahová a smyková napětí, Předepjatý železobeton do ocelových lan je při výrobě (sestavování) vneseno napětí (ocelová lana se „natáhnou“) a tím dojde po odformování k stažení betonu (ocel se snaží vrátit do původní délky). U subtilnějších prvků tím může dojít k viditelnému navýšení v polovině rozpětí – vnesení opačné deformace (průhybu) než jak bude později prvek zatížen na stavbě Vlákno- a drátko- betony jsou beton doplněny o volně rozptýlenou výztuž. Výztuž je přidána do záměsy v míchačce, kontroluje se hmotnost vláken nebo drátků na 1 m3 ztuhlého betonu

12



Drátkobeton

13



Beton v lomu

14



Beton – příklady značení •

LC 25/28 D1,6 XD1 Dmax 16 – LC lehký beton – 25/28 pevnost betonu v tlaku (válcová / krychelná) – D1,6 objemová hmotnost betonu > 1 400 a ≤ 1 600 kg/m3 – XD1 třída odolnosti prostředí: středně mokré, vlhké – Dmax 16 největší frakce kameniva

•

C 35/45 XF4 Dmax 8 – C beton (normální) – 35/45 pevnost betonu v tlaku (válcová / krychelná) – XF4 třída odolnosti prostředí: značně nasycen vodou s rozmrazovacími prostředky – Dmax 8 největší frakce kameniva

15



Druhy a značky betonů v historii a dnes •

Dáno normou: ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí Hodnocení existujících konstrukcí, Tabulka NC.1

16


Mechanické vlastnosti betonu


17


Beton

Betony jiné •

Další druhy betonu: – Pěnobeton • Vyrovnávací vrstvy podlah, objemová hmotnost 330 – 350 kg/m3 – Anhydrit • lité podlahy, samonivelační podlahy – beton s otevřenou strukturou (jednozrnný beton) – beton s objemovou hmotností menší než 800 kg/m3 – žáruvzdorný beton • Hlinitanový cement – Sklobeton (luxfera) je tvořen portlandským cementem, skleněnými vlákny a dalšími přísadami 18


Vše okolo betonů

Hydratační teplo betonu 1/2 •

• •

Během hydratace, jakožto chemické reakce, dochází k uvolnění tepelné energie (exotermická reakce). Teplo se ale neuvolňuje rovnoměrně po dobu hydratace, nýbrž je závislé na postupně reagujících slínkových minerálech a na jejich reaktivnosti. Kromě chemického složení slínku ovlivňuje hydrataci a vyvinuté hydratační teplo také jemnost mletí slínku a vodní součinitel. Reaktanty, reakční produkty a typické hydratační teplo je uvedeno v tabulce. Pozn: H v tabulce je zjednodušená chemická značka pro H2O.

Reaktant I

Reaktant II

Reakční produkt

C3 S

H

β-C2S

Hydratační teplo kJ/kg

kJ/mol

CSH+CH

520

118

H

CSH+CH

260

45

C3 A

CH+H

C4AH19

1160

314

C3 A

H

C3AH6

910

245

C3 A

CŜ.H2+H

C4AŜ.H12

1140

309

C3 A

CŜ.H2+H

C6AŜ3.H12

1670

452

C4AF

CH+H

C3(A,F)H6

420

203

19


Vše okolo betonů

Hydratační teplo betonu 2/2 Všechny vzorky pcvc, prvních 24 hodin 3,50 3,25 3,00

Měrný hydratační výkon[mW/g]

2,75 2,50 2,25

pc vc 0,35_1

2,00

pc vc 0,35_2

1,75

pc vc 0,4_1

1,50

pc vc 0,4_2

1,25

pc vc 0,5_3

1,00

pc vc 0,6_1

0,75

pc vc 0,6_2

0,50

pc vc 0,7_1

0,25

pc vc 0,7_2

0,00 0:00:00

2:00:00

4:00:00

6:00:00

8:00:00

10:00:00

12:00:00

14:00:00

Čas [h:m:s]

16:00:00

18:00:00

20:00:00

22:00:00

Pasta cementová, průběh hydratace, prvních 24 hodin hydratace

24:00:00

20


Vše okolo betonů

Jemnost mletí cementu Specifický měrný povrch [m2/kg]

Rychlost tuhnutí „počátek / konec“ [min]

274

355 / 595

475

75 / 110

680

30 / 40

851

7/8

21


Vše okolo betonů

Vodní součinitel „c/v“ • • • • • •

Vodní součinitel má zásadní vliv na pórovitost výsledného betonu a tímto se výrazně podílí na celkových mechanicko-fyzikálních vlastnostech betonu. Vodní součinitel označuje bezrozměrnou jednotku jenž je poměrem záměsové vody ku cementu. Vodní součinitel je podíl množství záměsové vody v betonu k množství cementu. V praxi se běžně používá v/c 0,55 až 0,65 bez použití plastifikátorů Jsou-li použity plastifikátory pak se vodní součinitel pohybuje v rozmezí 0,35-0,50 U vysokopevnostních betonů, kde jsou i jiné důležité parametry (vysoká jemnost mletí, použití plastifikátorů, vysokopevnostní kamenivo), se dosahuje hodnot vodního součinitele 0,24-0,40. Čistý cement potřebuje asi 23 % až 28 % vody, vztaženo na hmotnost cementu. Optimální množství vody je též ovlivněno chemickým složením cementu. Voda v betonu: – kapilární vodu patří voda v malých pórech (póry o průměru < 0,05 mm), v makropórech (póry o průměru > 0,05 mm) a v technologických dutinách. V důsledku malého množství vody v malých kapilárách dochází k smršťování betonu – fyzikálně adsorbovaná voda na povrchu hydratujících prvků se při vysušování betonu projevuje smršťováním – chemicky vázaná voda je součástí chemických reakcí jenž doprovázejí proces hydratace. Její odstranění je možné pouze vystavením betonu extrémně vysokým teplotám, což ovšem vede k destrukci betonu na molekulární úrovni. 22


Vše okolo betonů

Betonářská ocel 1/2 •

Ocel pro vyztužení betonu – betonářská ocel: – ČSN EN 10080 Ocel pro výztuž do betonu - Svařitelná betonářská ocel – Všeobecně – ČSN EN ISO 15630-1 Ocel pro výztuž a předpínání do betonu - Zkušební metody Část 1: Tyče, válcovaný drát a drát pro výztuž do betonu – ČSN EN ISO 15630-2 Ocel pro výztuž a předpínání do betonu - Zkušební metody Část 2: Svařované sítě – ČSN EN ISO 15630-3 Ocel pro výztuž a předpínání do betonu - Zkušební metody Část 3: Oceli pro předpínání – ČSN 42 0139 Ocel pro výztuž do betonu - Svařitelná betonářská ocel žebírková a hladká – ČSN 42 5512 Tyče kruhové pro výztuž do betonu z oceli značky 10 216. Rozměry – ČSN 42 6448 Kruhové ocelové dráty pro předpínací výztuž do betonu

23


Vše okolo betonů

Betonářská ocel 2/2 ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí Hodnocení existujících konstrukcí

24


Beton, železobeton, prefabrikáty

Zkušebnictví / zkoušení betonu 1/5 •

Základní dělení: zkoušky čerstvého betonu a zkoušky ztvrdlého betonu

•

Zkoušky čerstvého betonu – Zkoušky a tělesa definována v normách řady ČSN EN 12350-1 až část 12 – Zkouška sednutí rozlitím, zkouška V-nálevkou, zkouška L-truhlíkem, zkouška segregace při prosévání, zkouška J-kroužkem, zkouška sednutím, zkouška Vebe, stupeň zhutnitelnosti, zkouška rozlitím, objemová hmotnost, obsah vzduchu (tlakové metody)

•

Zkoušky ztvrdlého betonu – Plánované • Zkoušky a tělesa definována v normách řady ČSN EN 12390-1 až část 11 • pevnost betonu v tlaku, pevnost v tahu ohybem, pevnost v příčném tahu, hloubka průsaku tlakovou vodou, objemová hmotnost, chloridovzdornost betonu – Dodatečné

•

Vývrty, odtrhy, zatěžovací zkoušky, destrukční zkoušky, nedestrukční zkoušky 25



Zkušebnictví / zkoušení betonu 2/5

26




27




28




29



Statika betonu a železobetonu • • •

•

•

Od roku 2010 musí být veškeré statické návrhy, posouzení nosných částí objektů pozemních a dopravních staveb dle Eurokódu, tj. normy řady ČSN EN 199x Zásady a obecná pravidla: – Řada ČSN EN 1990 • ČSN EN 1990 Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí Zatížení konstrukcí – Řada ČSN EN 1991 • ČSN EN 1991-1-1 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-1: Obecná zatížení - Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb • ČSN EN 1991-1-2 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-2: Obecná zatížení - Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru Betonové konstrukce: – Řada ČSN EN 1992 • ČSN EN 1992-1-1 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby Zbytková česká norma: – ČSN 73 1201 Navrhování betonových konstrukcí pozemních staveb 30


Prefabrikáty

Betonové a železobetonové prefabrikáty •

Dle definice norem: – Prefabrikovaný betonový výrobek (precast concrete element) • betonový výrobek zhotovený a ošetřovaný na jiném místě, než je jeho konečné použití

•

Obecně řečeno: – Prefabrikace označuje hromadnou výrobu stavebních dílů. tzv. prefabrikátů (tedy předvýrobu). Jedná se o činnost, která je prováděna ve specializovaných výrobnách. Jednotlivé prefabrikáty bývají vyrobeny nejčastěji z betonu nebo jiné směsi, mohou být ale vyrobeny i z jiných materiálů jako je např. ocel, dřevo, plast apod. – Jednotlivé prefabrikáty jsou pak na staveniště přiváženy z výroby a vlastní výstavba hrubé stavby probíhá formou montáže jednotlivých dílů. Prefabrikace výrazně urychluje, zlevňuje a zefektivňujevýstavbu, minimalizuje mokrý proces na stavbě a u prefabrikátů se dosahuje větších rozměrových přesností. – Mezi nevýhody prefabrikace patří nutná přeprava dílců a menší tuhost ve spojích dílců. 31


Prefabrikáty

Betonové prefabrikáty – NO, Systém 2+ • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

ČSN EN 1168 ČSN EN 1520

Dutinové panely Prefabrikované vyztužené dílce z mezerovitého betonu z pórovitého kameniva vyztužené nosnou a nenosnou výztuží ČSN EN 12737 Stájové rošty pro dobytek ČSN EN 12794 Základové piloty ČSN EN 12839 Betonové prefabrikáty - Prvky pro ploty ČSN EN 12843 Stožáry a sloupy ČSN EN 13224 Žebrové stropní prvky ČSN EN 13225 Tyčové nosné prvky ČSN EN 13693 Speciální střešní prvky ČSN EN 13747 Stropní deskové dílce pro spřažené stropní systémy ČSN EN 13978-1 Prefabrikované betonové garáže ČSN EN 14843 Schodiště ČSN EN 14844 Prostorové prvky pro inženýrské sítě ČSN EN 14991 Základové prvky ČSN EN 14992 Stěnové prvky ČSN EN 15037-1 Stropní systémy z trámů a vložek Část 1: Trámy ČSN EN 15037-2 Stropní systémy z trámů a vložek Část 2: Betonové stropní vložky ČSN EN 15050 Mostní prvky 32 ČSN EN 15258 Prvky opěrných stěn


Prefabrikáty

Betonové prefabrikáty – NO, Systém 3 •

ČSN EN 845-2

Specifikace pro pomocné výrobky pro zděné konstrukce – Část 2: Překlady

Betonové prefabrikáty – AO • • •

Všechny ostatní výrobky jenž nespadají do systému NO, ale patří mezi stanovené výrobky dle nařízení vlády č. 163/2002 Sb., ve znění nařízení vlády č. 312/2005 Sb. (definuje stavební výrobky jenž jsou stanovené – dohled nad výrobky / výrobou provádí Autorizovaná osoba) Postupuje se dle určené normy (ČSN EN, ČSN) nebo Autorizovaná osoba vyhotoví Stavební technické osvědčení (STO) Např: – – –

Silniční panely (pro dočasné komunikace) Horizontální plošné prvky (plné stropní panely) Lícní panely (římsové panely)

33


Prefabrikáty

34


Prefabrikáty

35


Prefabrikáty

36


Prefabrikáty

37


Prefabrikáty

38


Prefabrikáty

39


Prefabrikáty

40


Prefabrikáty

41


42

Stavební hmoty a dílce: Beton, železobeton a výrobky předem vyrobené z betonu a železobetonu - prefabrikáty

Recommend Documents