JČU-ZF,
KATEDRA KRAJINNÉHO MANAGEMENTU
STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK)
BETON
BETON • • • •
umělé stavivo vytvořené ze směsi drobného a hrubého kameniva a vhodného pojiva s možným obsahem různých přísad a příměsí ke zlepšení vlastností v dnešní době nejpoužívanější stavební materiál s širokým využitím vysoké technické parametry (pevnost, odolnost, trvanlivost) lze s ním vytvořit konstrukce libovolných tvarů
1. DRUHY BETONU / DĚLENÍ BETONU •
Základní rozdělení je dle pojiva: betony cementové, asfaltové, vápenné, sádrové, s organickými pojivy (polymerbetony), …
Stavy ve kterých se beton může nacházet: • beton čerstvý - v plastickém stavu, tvárný, zhutnitelný • beton zhutněný - čerstvý beton uložený v konstrukci, započala fáze tuhnutí • beton zatvrdlý - bylo již dosaženo určité pevnosti Dělení podle způsobu a místa uložení do konstrukce: • monolitické - čerstvý beton se ukládá na stavbě do bednění, hutní se, po zatvrdnutí se odbedňuje • prefabrikované - konstrukční prvek je předen vyroben ve formě, po dosažení požadované pevnosti se zabuduje do konstrukce / stavby
BETON Podle účelu, který beton v konstrukci plní: • • •
tepelně izolační (pórobetony, polystyrenbetony) - do konstrukcí střech a podlah nenosný, výplňový - lité podlahy, jako zálivka do montážních spár nosný - prostý (bez výztuže) /základy/ - železový (ocelové pruty, předpjatá lana, rozptýlená ocelová příp. jiná výztuž) /nosné konstrukce - sloupy, stěny, průvlaky, stropní desky, základové konstrukce/
Podle zvláštních požadavků:
Podle způsobu zpracování:
• • • • • • •
• • • • • •
trvanlivé vodostavební mrazuvzdorné provzdušněné rozpínavé žáruvzdorné vysokopevnostní
lité stříkané vibrované válcované vibrolisované vakuované
BETON 2. SLOŽKY BETONU 2.1 Kamenivo • • • • • • •
• •
vytváří v betonu nosnou kostru, na jeho kvalitě je závislá kvalita betonu složení kameniva má vliv na spotřebu cementu (mezerovitost) kamenivo musí tvořit nejméně 2 frakce: • kamenivo drobné (písek frakce 0/4) • kamenivo hrubé (šterk, drtě, štěrkodrtě frakce 4/32) u běžných betonů je poměr drobného ku hrubému kamenivu 40 / 60 % zrna kameniva mají být co nejvíce kulová či krychelná (tvarový index < 3) důležitý je obsah jemných částic (do 0,1mm) - v malém množství přispívají k hutnosti, ve větším množství už ale snižují pevnost a přispívají k nadměrnému smršťování důležitá je i maximální velikost zrn • 1/2 tloušťky vodorovných desek • 1/3 tloušťky tenkostěnných prvků • 1/4 rozměru prvku kruhového nebo čtvercového průřezu • 2/3 vzdálenosti mezi výztužnými pruty běžné míchačky jsou schopné míchat kamenivo do velikosti 80mm v masivních konstrukcích (více jak 1m tloušťky) lze ukládat větší kameny, max. 1/3 nejmenšího rozměru konstrukce, zároveň max. velikosti 0,4m. Kameny musí být dokonale obaleny betonem, nesmí se vzájemně dotýkat (prokládaný beton)
BETON 2.2 Cement • • • • •
•
nejdražší složka betonu vhodný typ cementu vybíráme na míru dané konstrukci (vliv agresivního prostředí, konečná pevnost, rychlost tuhnutí a tvrdnutí, …) vyšší pevnost betonu se dá dosáhnout buď vyšší dávkou cementu stejné třídy, nebo přidáním stejného množství cementu vyšší třídy vysoké dávky cementu ale mohou způsobovat velká smršťování a tím vznik trhlin doporučené dávky cementu: • prostý beton - min. 200kg cementu na m3 betonu • železobeton - min. 240kg cementu na m3 betonu • vodostavební beton - min. 265kg cementu na m3 betonu, max. 320-400kg • maximální dávka cementu obecně - 500kg na m3 betonu optimální dávka cementu je taková, že cementové pojivo dokonale obalí všechna zrna kameniva a vyplní všechny póry
BETON 2.2.1. Voda • •
voda záměsová - vlastní složka betonu voda ošetřovací - nezbytná pro úplné uskutečnění procesu hydratace
Voda záměsová • po smíchání cementu s vodou dochází k vytvoření nové prostorové struktury, která stmeluje zrna kameniva (hydratace - zrna cementu na sebe vážou vodu a rostou v krystaly) • minimální množství vody pro hydratační proces je asi 19-23% hmotnosti cementu • vody musí být ve směsi ale o něco více z hlediska zpracovatelnosti • množství vody přidávané k cementu vyjadřuje tzv. „vodní součinitel w“ (hmotnostní poměr vody a cementu), obvykle w = 0,25-0,9 w=v/c • •
hodnota vodního součinitele významně ovlivňuje pevnost betonu (zvyšující se w pevnost snižuje) v průběhu hydratace se záměsová voda rozdělí do tří forem • voda chemicky vázaná (přeměna látek, růst krystalů) • voda fyzikálně vázaná (kapilární síly, povrchové napětí) • voda volná (v pórech a dutinách)
BETON Voda ošetřovací • pro udržování betonu ve vlhkém stavu hlavně v prvních 14ti dnech po zhutnění • záměsová voda se během procesu tvrdnutí vypařuje, pokud není nahrazena jinou, nedojde k dokonalé hydrataci, část zrn cementu zůstanou nepřeměněna, pevnost betonu se snižujě, hrozí vznik smršťovacích trhlin • při teplotách pod +5°C se beton nekropí Kvalita vody • záměsová voda musí vyhovovat stanoveným požadavkům • musí být neutrální, nesmí obsahovat větší množství síranů, chloridů a hořečnatých sloučenin • pro vodu ošetřovací přesná kriteria stanovena nejsou
BETON 2.2.1. Přísady a příměsi Přísady • tekuté či práškovité látky ovlivňující vlastnosti betonové směsi i zatvrdlého betonu • dávkování ve velmi malých množstvích (od 0,1 do 2% hmotnosti cementu) • nejpoužívanější přísady: • plastifikační - lepší zpracovatelnost • provzdušňující - vytvářejí velký počet mikroskopických vzduchových bublinek (vytváří větší prostor pro mrznoucí ledové krystaly) - předpoklad zvýšené mrazuvzdornosti • těsnící - zvyšují vodonepropustnost, beton musí být hutný • zpomalující tuhnutí a tvrdnutí - vytvoření ochranného filmu na cement. zrnech, oddálení tuhnutí až o několik hodin • urychlující tuhnutí a tvrdnutí - pro dosažení vysoké počáteční pevnosti • protizmrazovací - pro betonáž v zimě • zlepšující - např. pro lepší spojení se starším betonem Příměsi • práškovité minerální látky, někdy i organické ovlivňující vlastnosti čerstvého i zatvrdlého betonu • dávkování ve větších dávkách (10-40% hmotnosti cementu) • likvidace nežádoucích průmyslových odpadů (elektrárenský popílek) • použití příměsí k výrobě vysokopevnostních betonů (80 - 125 MPa)
BETON 3. VÝROBA BETONU • provádí se dle technologického předpisu se zajištěním požadovaných vlastností betonu • předpis stanovuje postup dávkování složek, dobu míchání, způsob dopravy, hutnění, ošetřování Složení čerstvého betonu: • poměr jednotlivých složek je závislý na: • požadované kvalitě betonu (pevnost v tlaku, vodotěsnost, mrazuvzdornost) • požadované zpracovatelnosti • finančních nákladech Výroba betonové směsi • strojně v míchačkách (důkladné promísení jednotlivých složek) • výjimečně v malém množství ručně • výroba buď přímo na staveništi, nebo v centrálních betonárnách • při výrobě nutno respektovat: • dávkování • vodní součinitel • čas míchání - 30s až 2min. • teplota složek - má být zhruba stejná • školená obsluha
BETON Doprava • primární (vnější) - beton se dopravuje na staveniště • sekundární - doprava uvnitř staveniště (dopravní pásy, kolečka, čerpadla, koše)
BETON Zpracování • čerstvý beton obsahuje velké množství vzduchových pórů, ty je třeba odstranit hutněním • hutnění různými způsoby: • propichování - u tekutých betonových směsí • pěchování - u hustých betonových směsí • vibrování - ponorné a příložné vibrátory, vibrační latě • válcování a vibroválcování - pomocí silničních válců • lisování a vibrolisování - při výrobě prefabrikátů • odsávání, vakuování - pro speciální výrobu
ponorný vibrátor
příložný vibrátor
BETON Betonování v zimě • • •
nízké teploty (pod +5°C) prodlužují tvrdnutí pokud mráz zasáhne tuhnoucí beton, ve kterém právě probíhá hydratace, dojde ke vzniku krystalků ledu, které proces přeruší a poškodí cementový tmel. Hydratace se znovu obnoví až při oteplení, beton už ale nedosáhne plné pevnosti pro tyto účely se používají cementy s větším vývinem hydratačního tepla, protizmrazující přísady nebo ohřev záměsové vody na 60°C
Bednění a odbědňování • • • •
bednění může být zhotoveno z kusového řeziva nebo ze systémových bloků pro vícenásobné použití (dřevo, ocel, plast) použitím různého typu bednění lze dosáhnout zajímavé pohledové struktury odbedňování se provádí až po dosažení dostatečné pevnosti betonu (pro vodorovné konstrukce až při 70% dosažené pevnosti) pro snadnější odbedňování je možné bednění opatřit nepřilnavým nátěrem
BETON 4. DRUHY A TŘÍDY BETONU Třídy betonu • třída betonu vyjadřuje jeho krychelnou (případně válcovou) pevnost v tlaku [MPa] • pevnost betonu v tahu je velmi nízká (1/7 - 1/20 pevnosti v tlaku)
Rozdělení betonu podle objemové hmotnosti • lehké betony - objemová hmotnost < 2000 kg/m3 (vyrobeny z pórovitého kameniva) • obyčejné betony - objemová hmotnost 2000 - 2800 kg/m3 • těžké betony - objemová hmotnost > 2800 kg/m3
BETON 5. ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI BETONU Zpracovatelnost (konzistence) čerstvého betonu • •
konzistence závisí na dávce záměsové vody a cementu, na druhu cementu, na zrnitosti, na množství nejjemnějších zrn ve směsi, případně na přísadách metody měření konzistence betonu: •
sednutí - je dáno hodnotou velikosti sednutí [mm] komolého kužele z čerstvého betonu ihned po jeho odformování
•
přeformování VeBe - vyjádřeno časem [s] potřebným pro přetvoření komolého kužele z čerstvého betonu do tvaru válce v určené nádobě
•
rozlití - vyjádřeno průměrem rozlití [mm] komolého kužele z čerstvého betonu za pomocí setřásacího stolku
•
index zhutnitelnosti - dáno mírou zhutnění čerstvé betonové směsi naplněné v ocelové formě
BETON Pevnost betonu • pevnost betonu je výsledkem pevností cementového tmele, jeho soudržností s kamenivem a samotného kameniva, které je většinou rozhodující (má větší pevnost než cement) • pevnost betonu narůstá s časem. Nejstrmější nárůst je v prvních 28 dnech, ale potom i dále pokračuje a může trvat i několik let
Nárůst pevnosti betonu v čase v závislosti na vlhkosti prostředí 1) trvale ve vlhku 2) měsíc ve vlhku pak na vzduchu 3) trvale na vzduchu
•
pevnostní charakteristiky: pevnost v tlaku, v prostém tahu, v tahu za ohybu, v příčném tahu
BETON Vodotěsnost betonu • schopnost odolávat prostupu vody a to i pod určitým tlakem (vodohospodářské stavby) • nejlépe vzdoruje beton, který je hutný (bez mezer, bez pórů) • vodotěsnost se dá zlepšit přidáním provzdušňující přísady a jemně mletých příměsí nebo použitím aktivních látek, které vyplní póry • další možnost je dodatečná aplikace látek odpuzujících vodu Trvanlivost betonu • schopnost odolávat účinkům prostředí, kterým je beton vystaven (teplo, voda, mráz, chemická agresivita prostředí) • důležitou vlastností je mrazuvzdornost: • lépe vzdorují hutné betony • dá se zlepšit přidáním provzdušňujících přísad (přerušení kapilár) Tepelné vlastnosti • Tepelná roztažnost - téměř shodná s tepelnou roztažností oceli (vzájemné dokonalé spolupůsobení) • Teplotní odolnost - je závislá na druhu cementu a kameniva • beton odolává dlouhotrvajícím teplotám 100-300°C • krátkodobě odolá teplotám do 500°C • hranice odolnosti betonu je přibližně 850°C s následným prudkým poklesem pevnosti
