POŽADAVKY NA JEDNOTLIVÉ ČINNOSTI PŘI VÝROBĚ BETONU

Doc.Ing. Karel Trtík CSc.

Betonové konstrukce 1- Technologie betonu I

Přednáška: 4.

Strana: 1

.

POŽADAVKY NA JEDNOTLIVÉ ČINNOSTI PŘI VÝROBĚ BETONU Úvodem této části lze konstatovat, že při každé fázi výroby betonu můžeme, jejím dokonalým zvládnutím, konečné kvalitě betonu prospět, nebo, pokud jí není věnována odpovídající pozornost a její provedení je nedokonalé, uškodit. DÁVKOVÁNÍ SLOŽEK: Lze uskutečnit buď jako objemové nebo hmotnostní. Prvé jen v případě výroby betonů nižších tříd a v případě jejich malých objemů. Doporučováno je tedy zásadně dávkování hmotnostní. Objemově lze dávkovat vodu a některé druhy tekutých přísad. Dávkování složek musí být uskutečněno s odpovídající přesností. ČSN 73 2400 požadovala, aby každá složka byla dávkována maximálně s 3% odchylkou od hodnoty předepsané v návrhu receptury. Nejčastější a nejvážnější chybou, ke které při výrobě betonu dochází, je nepřihlédnutí ke skutečné vlhkosti kameniva. Pokud je vlhkost kameniva opomenuta úplně, nebo je obsah vody v kamenivu podceněn, znamená to, že i v případě hmotnostního dávkování se dopouštíme velmi hrubé chyby, která může významně ovlivnit všechny důležité vlastnosti betonu. Zlepšit snad pouze zpracovatelnost, neboť směs se stane plastičtější nebo dokonce tekutější. Ostatní vlastnosti, od pevnosti betonu přes trvanlivost až po rozsah a průběh objemových změn, se mohou výrazně zhoršit. Co opomenutí vlhkosti kameniva znamená, lze ilustrovat na jednoduchém příkladu: Obsahuje-li právě dávkovaný písek např. 5% vlhkosti (což je hodnota spíše běžná než extrémní), znamená to, že máme-li dávkovat do směsi např. 1000 kg písku, pak, nepřihlédneme-li k vlhkosti kameniva, dávkujeme namísto požadovaného tisíce kg jen 950 kg písku, ale navíc 50 litrů vody. Úbytek písku není v tomto případě nijak významný - dávka je snížena o hodnotu, která požadovanou 3% přesnost sice překračuje, ale bylo by možné ji s přivřením obou očí akceptovat. Byla-li však požadovaná dávka vody např. 200 litrů, změní se na 250 litrů, což je chyba velmi závažná, jejíž následky jsou nedozírné. Pro kontrolu dávkování vody, s ohledem na vlhkost kameniva, jsou vyvinuta zařízení, která mohou tuto odchylku eliminovat. Zkušená obsluha míchačky ji samozřejmě, při postupném dávkování záměsové vody, může rovněž podstatně zmenšit. MÍCHÁNÍ SLOŽEK: Je rovněž nesmírně důležitou etapou výroby. Cílem míchání je vyrobit betonovou směs, ve které budou dokonale promíšeny minimálně tři látky velmi odlišných vlastností: pevná látka prachovitého charakteru – cement, pevná látka s velikostí zrn od zlomku mm do několika centimetrů – kamenivo, a nakonec záměsová kapalina - voda. Zejména dokonalé promísení cementového prachu v objemu betonové směsi je požadavkem, bez jehož splnění nelze vyrobit kvalitní beton. Přitom právě cement je složkou, jejíž promísení ve směsi je současně nejobtížnější i nejdůležitější. Má tendenci zachytit se ve větší míře na povrchu těch zrn kameniva, která nesou stopy vlhkosti, zatímco Určeno pro posluchače Fakulty stavební ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor této pomůcky



Přednáška: 4.

Strana: 2

.

k suchému povrchu kameniva se přichycuje podstatně méně. Rovněž jednotlivé částice cementu nemají příliš velkou tendenci k samovolnému oddělování ve vodní lázni. Tudíž i v prostředí záměsové vody je zapotřebí mechanického účinku k jejich vzájemnému oddělení a rozptýlení. Dokonalé rozptýlení cementu ovlivňuje i rychlost a rovnoměrnost procesu hydratace. Obvyklý postup při vkládání jednotlivých složek do míchacího zařízení je tento: 1. 2. 3. 4.

kamenivo hrubé kamenivo jemné cement voda a přísady

Vsypání hrubého kameniva, jako prvé složky, může napomoci uvolnit eventuální zbytky směsi z minulé záměsi, které ulpěly na lopatkách nebo stěně míchačky a které mohou snižovat její výkon. Je samozřejmě míněn efekt při míchání, které je zahájeno s minimálním časovým odstupem od ukončení předcházejícího míchání shodného druhu betonu. Po přidání písku by mělo dojít k homogenizaci směsi kameniva (tj. ke stejnoměrnému promísení písku a štěrku) a tím i ke stejnoměrnému rozptýlení vody, která byla do směsi vložena jako součást kameniva. Dále následuje přidání cementu a opět jeho dokonalé promísení ve směsi kameniva. Teprve poté by měla být přidána záměsová voda. Ideální způsob jejího vložení do míchačky je skrápění povrchu směsi kameniva a cementu, pomocí kterého lze snáze a za kratší dobu dosáhnout jejího rovnoměrného rozmíchání ve směsi. Časové intervaly, které je třeba věnovat na promísení dílčích součástí směsi, nejsou obvykle výrazné a představují jen zlomky času jehož je třeba na homogenizaci úplné směsi. Výsledkem dobrého míchání je směs, která má stejnoměrný barevný odstín i stejnoměrný vzhled co se týká rozložení jemných i hrubých zrn. Tohoto stavu lze dosáhnout jen při dodržení doby míchání, která je odvozena z výkonu mísícího zařízení a uvažovaného složení betonové směsi. Z tohoto důvodu je doba míchání neopomenutelnou součástí technologického předpisu výroby betonu. Předpis musí mimo to obsahovat i požadovanou velikost záměsi, která má být v míchačce připravována. Při překročení kapacity míchačky je nebezpečí jejího poškození nebo zvýšeného opotřebení, v případě míchání malých množství nebezpečí nedokonalého promísení jednotlivých složek ve výsledné směsi. Na důležitost dokonalého promísení přísad bylo poukázáno v přednášce věnován přísadám a příměsím. DOPRAVA BETONOVÉ SMĚSI: Dopravu betonové směsi dělíme na dopravu primární, kterou se rozumí doprava směsi z místa výroby na staveniště, a vnitrostaveništní, při které je dopravována k místu betonáže a tam ukládána do bednění. Při dopravě je směs vystavena především těmto nebezpečím:

Určeno pro posluchače Fakulty stavební ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor této pomůcky



Přednáška: 4.

Strana: 3

.

§ Únik některých částí betonové směsi, nejčastěji vody, cementu a nejjemnějších součástí kameniva, např. při použití dopravního prostředku s nedokonalou těsností přepravního prostoru. § Vniknutí nežádoucích látek do betonové směsi (např. zvětšení obsahu vody při dešti a dopravě směsi v otevřených nákladních automobilech, nebo zbytků jiného betonu dopravovaného v předcházející etapě týmž dopravním prostředkem). § Překročení maximálně přípustné doby dopravy (vyčerpání doby, po kterou může být směs kvalitně zpracována). § Zhutnění betonové směsi v průběhu dopravy (opět např. při dopravě v nákladních automobilech). V tomto případě je nezbytné směs před jejím uložením do bednění a zpracováním znovu podrobit procesu míchání (tzv. oživení směsi). Stejného postupu je třeba použít, dojde-li při dopravě k rozmíšení směsi. Největší nebezpečí poškození betonové směsi vzniká při jejím překládání z jednoho přepravního prostředku do jiného (např. z autodomíchávače do přepravních kontejnerů). Z tohoto důvodu má být počet překládek minimalizován. Při dopravě betonové směsi za extrémně vysokých, či naopak velmi nízkých, teplot je třeba kontrolovat i teplotu betonové směsi, neboť ta významně ovlivňuje její zpracovatelnost i dobu tuhnutí. Před několika lety se v literatuře objevily informace o bezrotačním míchání složek pro výrobu betonové směsi. Tento způsob je založen na principu rozdělování míchaného objemu složek a jejich několikanásobném promísení účinkem zemské tíže. Mísící část zařízení si lze představit jako „komín“, který je rozdělen vhodně situovanými přepážkami. Zařízení je možné používat i pro potřeby oživení směsi. BEDNĚNÍ: Je formou, která definuje budoucí tvar betonové konstrukce. Jeho konstrukce proto musí být dostatečně tuhá, aby při naplnění směsí a jejím zpracovávání (kdy se betonová směs může chovat jako kapalina s vysokou objemovou hmotností) nedocházelo k jeho deformování ve svislém ani ve vodorovném směru. Bednění je tudíž konstrukcí vystavenou sice jen krátkodobým, ale výrazným účinkům speciálního zatížení. Bednění musí být dostatečně těsné, aby při naplnění směsí nedocházelo k úniku jemných součástí ani k úniku vody. Bednění by mělo být nenasákavé, aby neodebíralo čerstvému betonu vodu, která je nezbytná pro zdárný průběh hydratace. Pokud je povrch bednění nasákavý, musí být před uložením směsi dostatečně navlhčen nebo opatřen nátěrem nebo nástřikem, který odsávání vody z čerstvého betonu zabrání. Povrch bednění i jeho konstrukce by měly být navrženy a provedeny tak, aby umožňovaly snadné odbednění konstrukce aniž by došlo k jejímu poškození.




Přednáška: 4.

Strana: 4

.

VYZTUŽOVÁNÍ: K vyztužování betonových konstrukcí smí být použito pouze materiálů, zhotovených pro tento účel. Jejich sortiment se v poslední době rozšiřuje, a to nejen o nové druhy výztužných ocelí, ale i o nové výztužné materiály nekovového charakteru (plastické hmoty, sklo, uhlíkatá vlákna). Betonářská výztuž musí být do bednění ukládána v množství a kvalitě předepsané projektem. Povrch prutů betonářské výztuže musí garantovat dobré spolupůsobení s betonem, tj. nesmí být znečištěn jinými látkami (zbytky zeminy, led, olej apod.). Rovněž nesmí být ve zvýšené míře zkorodován. Praktické zkoušky ukazují, že jemné zasažení povrchu výztuže korozí je pro kvalitu spolupůsobení betonu s výztuží prospěšné. Naprosto zásadní význam má při ukládání výztuže do bednění dodržení předepsané velikosti krycí vrstvy. Nedodržení této podmínky má, zejména u konstrukcí v nechráněné expozici nebo v prostředí se zvýšenými účinky agresivity nebo koroze betonu, výrazný vliv na snížení životnosti konstrukce. UKLÁDÁNÍ BETONOVÉ SMĚSI DO BEDNĚNÍ: Musí být provedeno tak, aby při tomto postupu nedošlo k jejímu rozmíšení. Postup ukládání musí být uskutečněn tak, aby ve všech částech konstrukce bylo dosaženo betonu stejné jakosti. Rovněž musí být zabezpečeno dobré spolupůsobení betonů rozdílného stáří v místech, kde při betonáží došlo k jisté časové prodlevě. Maximální doba prodlevy je limitována tlakovou pevností betonu dříve uložené vrstvy, která nesmí přesáhnout 3,5 MPa. Pokud by došlo k jejímu překročení, nelze v betonáži pokračovat a je třeba v tomto místě konstrukce vytvořit pracovní spáru. Pokračovat v betonáži lze po uplynutí nejméně 18 hodin prodlevy. V opačném případě vzniká nebezpečí významného snížení pevnosti betonu dříve zhotovené části konstrukce. Při hutnění směsi v následně uložené vrstvě dochází ve vrstvě již zpracované k efektu tak zvané REVIBRACE. Ta může vlastnosti betonu zlepšit nebo zhoršit v závislosti na stáří betonu dříve uložené vrstvy (Viz Obr. 1). Počet pracovních spár v konstrukci by měl být minimální. Mnohé z nich jsou stanoveny projektem (např. v horní úrovni jednotlivých podlaží budov). Pracovní spáry, které je třeba v konstrukci udělat např. z důvodu přerušení dodávky betonové směsi, by měly být vyloučeny nebo alespoň minimalizovány. Betonována má být vždy ucelená část betonové konstrukce. Směs může být do bednění ukládána pomocí čerpadla, vysypáním z přepravních kontejnerů, pomocí licích žlabů nebo házením směsi do bednění. Při ukládání existuje nebezpečí rozmíšení betonové směsi. Z tohoto důvodu jsou stanovena omezení pro použití jednotlivých postupů. ZHUTŇOVÁNÍ BETONOVÉ SMĚSI: Cílem zhutňování je dosažení požadované hutnosti čerstvého betonu vypuzením nežádoucích vzduchových pórů, které se do směsi dostaly při míchání, dopravě a ukládání. O jednotlivých technologických postupech bylo pojednáno ve 3. přednášce.




Přednáška: 4.

Strana: 5

.

OŠETŘOVÁNÍ ČERSTVÉHO BETONU: Ošetřování čerstvého betonu je poslední technologickou operací při výrobě betonu. Je tedy i poslední příležitostí, při které je možno betonu prospět. Ošetřováním rozumíme vytvoření vhodných podmínek pro beton, který se nachází v počáteční fázi hydratace. Vhodnými podmínkami jdou dostatečná vlhkost prostředí a příznivá teplota. Co se týká vlhkosti, musí mít beton ve všech vrstvách, tedy i na povrchu, dostatečně dlouhou dobu obsah vody potřebný pro uskutečnění hydratace. Voda z povrchových vrstev odchází tím rychleji, čím má okolní prostředí vyšší teplotu a nižší relativní vlhkost. Rychlost odpařování významně ovlivňuje i rychlost pohybu vzduchu v okolí čerstvého betonu. Opatření pro zajištění přijatelné vlhkosti jsou dvojího typu. Prvními jsou metody, které lze nazvat pasivními a při kterých zabraňujeme odchodu vody z betonu zakrytím jeho povrchu fóliemi, rohožemi nebo i např. vrstvou dostatečně vlhkého písku. Jako aktivní pak označujeme postupy, kdy vodě sice dovolujeme odejít z povrchových vrstev, ale zároveň ji pravidelně doplňujeme např. kropením. Při kropení je nezbytné dodržovat zásadu, aby povrchové vrstvy betonu nebyly vystaveny účinkům teplotního šoku, tj. kropení betonu musí být prováděno vodou přiměřené teploty. Doba ošetřování je různá, ovlivněna je zejména druhem použitého cementu. V případě cementů portlandských se doporučuje ošetřovat beton alespoň po dobu 7 dnů, u cementů směsných pak alespoň 14 dnů. Z hlediska teploty jsou rozdílné podmínky při betonáži za nízkých teplot a za teplot vyšších. V případě nízkých teplot je možné pracovat s betonovou směsí, která je připravena tak, aby měla vyšší teplotu (dodáním ohřáté vody nebo ohřevem kameniva). Po uložení betonu v konstrukci lze dodávat teplo ohříváním prostoru okolo betonované konstrukce nebo izolováním zabetonovaného objemu. Izolací která chrání beton konstrukce před zmrznutím, je i bednění. Obecně lze konstatovat, že čím vyšší je teplota prostředí ve kterém beton hydratuje, tím vyšší jsou jeho krátkodobé, tj. např. několikadenní, pevnosti. Jeho pevnosti dlouhodobé však s narůstající teplotou klesají. Hlavním cílem ošetřování betonu je dosažení co možná nejlepší jakosti betonu v povrchových vrstvách betonované konstrukce. Ty jsou obvykle vystaveny největšímu nebezpečí úniku vody nezbytné pro hydrataci. Přitom jsou to právě ty vrstvy, které rozhodují o trvanlivosti betonové konstrukce. Vliv teploty prostředí, ve kterém beton zraje, na jeho pevnost je zobrazen na Obr.2. ZVLÁŠTNÍ ZPŮSOBY BETONÁŽE STŘÍKANÝ BETON (TZV. TORKRET): Betonová směs je dopravována pod tlakem do komory před nástřikovou hubicí, ze které je tlakem vzduchu vymršťována proti povrchu, na který má být nanesena. Pokud je voda přidávána ke směsi až v samotné komoře, mluvíme o tzv. suchém torkretu. Obsluha má v tomto případě možnost obsah vody regulovat, což nemusí být Určeno pro posluchače Fakulty stavební ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor této pomůcky



Přednáška: 4.

Strana: 6

.

vždy ku prospěchu jakosti výsledného betonu. V případě, že je do hubice přiváděna kompletní směs, tedy včetně vody, mluvíme o mokrém torkretu. V tomto případě je garantováno konstantní složení nanášené směsi. To však nemusí být, v důsledku spadu částí směsi, které se nepřichytí k nanášenému povrchu (zejména větší zrna kameniva), totožné se skladbou betonu ve výsledné konstrukci. Technologie je používána zejména pro výrobu ostění podzemních staveb, rekonstrukce betonových konstrukcí nebo pro zhotovení betonových ploch chránících povrchy svahů nebo skalních stěn. ODDĚLENÁ BETONÁŽ (TZV. PREPACT BETON) Sestává ze dvou technologických operací. Prvou je vyplnění betonovaného objemu zhutněnou směsí kameniva. Druhou pak tlaková injektáž zhutněné směsi kameniva cementovou maltou. Tímto způsobem se provádějí např. některé mohutné základové konstrukce (např. základové šachtové pilíře velkých rozměrů). Vzhledem k tomu, že výsledný beton má strukturu, ve které dochází k přímému dotyku jednotlivých zrn kameniva, je jeho dotvarování minimální. Beton s touto strukturou bývá označován jako těsný beton. BETONÁŽ POD HLADINOU VODY: Je v našich geografických podmínkách zapotřebí nejčastěji pro vytvoření základových konstrukcí mostů a pro zhotovení vodohospodářských děl. V zásadě platí pravidlo, že poměrně snadno lze betonovat pouze konstrukci pod hladinou neproudící vody. Směs je dopravována do prostoru budoucí konstrukce čerpadlem. Pro postup betonáže platí zásada, že ústí potrubí, kterým je směs dopravována, musí být ponořeno do již uložené směsi. Nově ukládaná směs by tudíž měla vytlačovat směs uloženou při předcházející fázi betonáže. Tato zásada má zabezpečit, aby nedocházelo k promísení ukládané směsi s vodou a také aby se do styku s vodním prostředím dostávalo pouze omezené množství uložené směsi. Pokud se jedná o prostředí s vodou proudící, je třeba udělat opatření, která proudění vody v daném prostoru vyloučí (např. zhotovení stěn z ocelových štětovnic nebo ochranných provizorních hrází). Pokud jsou tato opatření technicky neschůdná, ať již z hlediska vlastností zeminy dna a nebo pro velkou hloubku vody, lze ve speciálních případech zabezpečit betonáž za pomoci ochranného kesonu. Přetlak vzduchu v prostoru pod kesonem vodu vytlačí, takže lze betonáž provádět v prostředí zvýšené vlhkosti, ale nikoliv pod hladinou vody. Speciální a ve světě v poslední době mohutně rozvíjenou technologií výstavby betonových konstrukcí pod hladinou vody, je technologie tzv. offshore structures. Český termín pro tyto konstrukce zatím neexistuje. Jde o konstrukce, které jsou buď celé, nebo jejich podstatné části, vybetonovány na suchu nebo v malých hloubkách vody a posléze přeplaveny a potopeny v místě, kde mají sloužit. Technologie je v současnosti hojně užívána zejména v přímořských státech pro umožnění těžby ropy z ložisek pod mořským dnem. Technologické plošiny pro těžbu ropy jsou brilantními ukázkami Určeno pro posluchače Fakulty stavební ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor této pomůcky



Přednáška: 4.

Strana: 7

.

možností soudobého betonového stavitelství. Tyto konstrukce jsou rovněž největšími břemeny, se kterými člověk v naší době manipuluje. Princip této technologie však není nový, potřeba těžby ropy však způsobila mimořádný rozvoj jejích technických možnosti. BETONÁŽ DO BENTONITOVÉ SUSPENZE: Jedná se vlastně o speciální případ betonáže pod hladinou vody. Prostor budoucí betonové konstrukce (obvykle podzemní betonová stěna) je vyplněn vodou, ve které je rozptýlen speciální druh jílu, tzv. bentonit. Tato suspenze slouží před zaplněním uvažovaného prostoru betonem jako bednění, které brání zvýšenému uvolňování zeminy z boků a jejímu spadu do prostoru zhotovované konstrukce. Vlastní betonáž je prováděna postupem shodným s betonáží pod hladinou neproudící vody. BETONÁŽ DO POSUVNÉHO BEDNĚNÍ: Speciální technologie betonáže, pomocí které jsou zhotovovány takové konstrukce, jako jsou chladící věže elektráren nebo betonové nádrže. Betonová směs je ukládána do prostoru bednění, které má tvar prstence omezené výšky a které je pomocí osnovy ocelových lisů postupně zvedáno. Tím je v bednění vytvořen prostor pro pokračování betonáže, ale současně je obnažena část betonové konstrukce, která byla dosud spodní částí bednícího prstence chráněna. Technologie proto vyžaduje dokonalé sladění rychlosti betonáže, rychlosti zvedání bednícího prstence a rychlosti probíhající hydratace, neboť vrstva mladého betonu, která byla právě v důsledku posunu bednění odkryta, již musí od tohoto okamžiku vykazovat pevnost dostačující pro přenesení účinků postupně narůstajícího svislého zatížení. I poměrně objemná konstrukce může být touto technologií zhotovena tak, že neobsahuje žádnou pracovní spáru. PROKLÁDANÝ BETON Technologie výroby nenáročných a relativně objemných betonových konstrukcí, např. základových pasů. Jedná se o prostý beton, jehož struktura je proložena buď velkými kameny, nebo betonovými krami z doslouživší betonové konstrukce. Správný technologický postup jeho výroby je takový, že na dno výkopu budoucí konstrukce se uloží vrstva betonové směsi, do které se nahází vrstva kamene nebo betonových ker. Jednotlivé vhazované prvky musí být situovány vedle sebe a nikoliv nad sebou. Poté se uloží další vrstva směsi a proces se opakuje až do úplného zaplnění betonovaného objemu. Vhazováním kamene dochází k hutnění uložené směsi. Pokud je k prokládání používáno betonu nebo nasákavého kameniva, měly by jednotlivé kameny být před vhozením do betonu nasyceny vodou nebo alespoň dostatečně navlhčeny. Výhodou tohoto betonu je zejména jeho nízká cena, daná nižší spotřebou pojiva.




Přednáška: 4.

Strana: 8

.

Poznámka: Dále uvedené grafy jsou převzaty z publikace A.Neville: Properties of Concrete.

Obr.1: Vliv stáří betonu při působení revibrace na pevnost betonu ve 28 dnech

Obr.2: Vliv teploty prostředí na pevnost betonu Určeno pro posluchače Fakulty stavební ČVUT v Praze Doporučeno posluchačům paralelek ve kterých přednáší autor této pomůcky

POŽADAVKY NA JEDNOTLIVÉ ČINNOSTI PŘI VÝROBĚ BETONU

Recommend Documents