Beton

Z Multimediaexpo.cz

Řez blokem betonu
Ukládání betonu

Beton je kompozitní stavební materiál sestávající z pojiva a plniva. Po zatuhnutí pojiva vznikne pevný umělý slepenec. Nejčastějším druhem betonu je tzv. cementový beton (CB), kde je pojivem cement a plnivem kamenivo; dalším materiálem pro výrobu je voda. Druhým často používaným druhem betonu je tzv. asfaltový beton (AB), který se využívá k výstavbě asfaltových vozovek.

Obsah

Historie

Počátky využití kompozitních stavebních materiálů (tedy betonu v obecném smyslu) můžeme hledat v Asýrii, kdy se jako pojivo používal jíl. V Egyptě se pak jako pojivo užívala sádra.

Antika

První použití hydraulického betonu, podobného tomu, který používáme dnes, tedy s pojivy na bázi hydraulických vápen, přírodního nebo portlandského cementu, se datuje do republikánského období starověkého Říma (okolo roku 200 př. n. l.)[1], kdy se jako materiál na výrobu pojiva začal používat sopečný produkt pucolan - přírodní hydraulický cement s vynikajícími vlastnostmi. Tento druh pojiv umožnil vybudování významných inženýrských staveb, přístavních hrází, akvaduktů a mostů v celé oblasti Středomoří.[2]

Z cementového betonu byly vyrobeny některé prvky z nejmonumentálnějších staveb antiky. Mnoho vynikajících příkladů těchto staveb ještě stojí. Technologickým zázrakem je například obrovská monolitická kopule na Pantheonu v Římě. Má průměr 43,3 m a váží 5000 tun.[3] Byla vytvořena technologií litého betonu za sedm let (118-125 n.l.). Kopule srovnatelné velikosti byly ještě o jeden a půl tisíce let později stavěny technologií kamenné klenby po desítky let.[4]

Podle všeobecně přijímaného názoru byla znalost používání hydraulických pojiv ztracena se zánikem římské říše a znovuobjevena až v souvislosti s novověkými pokusy Smeatona.[5]

Středověk

Velmi překvapivé jsou proto analýzy původního zdiva Karlova mostu v Praze uskutečněné na VŠCHT v 2008, které prokázaly unikátní příklad pokračování antické tradice použití vysoce kvalitních malt/betonů s hydraulickým pojivem na této středověké stavbě.[6] Citace: Kvalita a homogenita výplňového zdiva svědčí o tom, že suroviny pro něj nebyly získávány ad hoc, ale naopak pečlivě vybírány a zpracovávány osvědčenými technologiemi, které tvořily dobře tajené znalostní zázemí středověkých stavebních hutí. Je možné, že součástí strategie utajování skutečných postupů bylo vytvářeni "falešných" veřejně přístupných receptur (např. tvrzení o organických přísadách, které měly odvést pozornost případných napodobitelů. Fyzikální vlastnosti výplňového zdiva Karlova mostu (zejména nízká objemová hmotnost) odpovídají moderním tzv. lehkým konstrukčním betonům. Zdivo s těmito parametry tak celkovou stavbu nejen stabilizuje, ale rovněž nevystavuje její vnější konstrukci (lícní kvádrové zdivo) nadbytečnému zatížení.

Novověk

Moderní portlandský cement poprvé použil v roce 1756 britský inženýr John Smeaton. Míchačky byly na stavbách zaváděny ve dvacátých letech minulého století hlavně kvůli míchání betonu. Ruční míchání vápenné malty nebyl problém, na stavbách pomocné práce prováděly ženy, což byla levná pracovní síla. Beton však musel být namíchán v přesném poměru a ve stále stejné kvalitě, což bylo nutné např. u železobetonových nosníků. Byly tu i důvody ekonomické: do ručně míchaného betonu se musí dávat více cementu, protože se musí počítat s nedokonalou ruční prací. Už v té době vznikl výrok polírů: "S betonem jdou dělat největší kouzla".

U nás byl do základů stavby poprvé použit beton v roce 1912. A to v Praze, při stavbě budovy akademie věd.

Charakteristika

Konstrukce pro železobeton

Během hydratace a tvrdnutí probíhají v betonu fyzikální a chemické procesy (provázené uvolňováním tepla), při kterých beton získává mechanickou pevnost a odolnost a vytváří se chemická stabilita v materiálu. Beton neztvrdne tím, že vyschne, ale že postupně během týdnů vykrystalizuje. Tento proces začne asi hodinu po namíchání a čím je tepleji, tím je krystalizace rychlejší (např, v panelárnách se beton ohříval až na 80 °C). Tento proces nejde nějak zastavit a pokud například beton v automixu zbude, musí se vyhodit i třeba do odpadu. Voda v krystalech betonu nesmí zmrznout, tím je beton zcela znehodnocen. Beton při tuhnutí není závislý na atmosféře a proto tuhne i pod vodou. Prostý beton je odolný vůči namáhání tlakem, naproti tomu snese pouze malé tahové zatížení. Proto se beton kombinuje s železnou výztuží – vzniká železobeton. Jako výztuž se používají i kabely, které se napnou a vnáší do betonu tlak – předpjatý beton. Další možností je přidat různá vlákna, drátky apod., vzniká vláknobeton [7] či drátkobeton. Jako příměs je možno použít i moderní materiály, jako jsou uhlíková vlákna a zvýšit tím pevnost betonu ještě o několik desítek procent. Beton s malými vzduchovými bublinkami se nazývá pórobeton. Beton v kombinaci se skleněnými tvarovkami, tzv. luxferami, tvoří sklobeton. Sklobetonem je též nazýván kompozitní materiál složený z portlandského cementu, skleněných vláken, anorganického plniva a dalších přísad dle požadovaných vlastností konečného materiálu.

Pevnost betonu závisí především na vlastnostech cementu, dalšími ovlivňujícími faktory jsou vlastnosti vody a kameniva. Beton s větším obsahem cementu (1:2) má za teplého počasí už druhý den téměř poloviční tvrdost. V praxi se po 28 dnech považuje beton za hotový (vyzrálý).

Při krystalizaci se v betonu vytváří tzv. vnitřní teplo. Při betonáži přehrady v šíři několika metrů by vysoká teplota beton znehodnotila a tak se do betonu vkládají ocelové roury třeba půlmetrového průměru a těmi při krystalizaci proudí nepřetržitě studená voda a beton chladí. Tyto roury tam pak zůstanou. Betonáž takovýchto masívů probíhá nepřetržitě dnem i nocí, nelze například pokračovat až další den - beton by se už nikdy kvalitně nespojil.

Při teplotě +5°C a méně se krystalizace betonu velmi zpomaluje, ale když teplota stoupne, opět pokračuje.

Betony se označují značkou C následovanou dvěma čísly - válcovou pevností a krychelnou (různé metodiky měření pevnosti), např. C16/20.

Přísady a příměsi

Přísady jsou obvykle různé chemikálie, které se přidávají do vody; příměsi se naopak přidávají do kameniva. Jsou to organické nebo anorganické materiály, tekutiny i sypké, které se přidávají do záměsi, aby určitým způsobem pozměnily vlastnosti betonu. Běžně tvoří maximálně 5% hmotnosti. Nejčastěji se používají tyto typy:

  • Zrychlovače tuhnutí – urychlují hydrataci, beton rychleji dosáhne počáteční pevnosti (nejjednodušší je přimíchání vodního skla. Beton pak tuhne velmi rychle a je nutno to napřed vyzkoušet. Pozor - tuhost nebo tvrdost betonu s vodním sklem je zpočátku pouze technologická - to znamená, že nám umožní s betonem hned pracovat. U tohoto betonu ale také proběhne čtyřtýdenní krystalizace do konečné tvrdosti (aby nebylo mýlky, že beton s vodním sklem je hned hotový). Použití hlavně při havarijních opravách proti vodě. Nebo například tažení římsy z cementové malty při 5 °C. V chladu by tuhnutí vrstev malty trvalo dlouho. Přidá se vodní sklo, malta tuhne rychleji, její tuhost umožní pak i natažení jemné omítky. Římsa je hotová, pak ať si proběhne krystalizace.
  • Zpomalovače tuhnutí – zpomalují hydrataci, beton je déle zpracovatelný
  • Provzdušňovací přísady – vytvářejí mikroskopické dutiny.
  • Plastifikátory – zlepšují zpracovatelnost betonové směsi
  • Protizmrazovací přísady – urychlují v zimním období dřívější dosažení pevnosti nutnou pro odolnost betonu vůči působení mrazu na záměsovou vodu
  • Vodotěsnicí přísady – zvyšuje vodonepropustnost betonu, přísady oddělují póry od sebe a přerušují je (nejjednodušší je přimíchání mazlavého mýdla tzv. jádrového) (starý způsob, známý už za 1. republiky). Tento způsob objevila praxe - nevědělo se, jak je to teoreticky možné. Až později bylo vysvětleno, že se v betonu vytvoří vodou nerozpustná vápenatá mýdla.
    Pro výrobu tzv. "mýdlobetonu" se používá běžný poměr cementu i písku, případně štěrku, ale místo vody je použit roztok mazlavého mýdla ve váhovém poměru 1:100. Tedy 1 kg mazlavého mýdla (běžně dostupného např. v drogerii) se rozpustí nejdříve v 10 litrech vody a teprve pak se tento koncentrát vlije do sudu s 90 litry vody. Vše se řádně promíchá, aby se mazlavé mýdlo dobře rozpustilo a tento mýdlový roztok se již použije stejně jako voda při výrobě betonu, který je však nutno velmi dobře promíchat, aby se na zrníčkách písku či štěrku vytvořil mýdlový povlak. Takto vyrobený mýdlobeton lze výborně použít při rekonstrukcích starších objektů - zejména podlah nebo základů. Voda ve zdivu či podlahách tak bude mít mnohem menší příležitost vzlínat betonem, což se projeví např. suchou podlahou bez použití asfaltové izolace. (Staří praktici se shodují v tom, že tento beton je stejně kvalitní, jako beton bez přísady mýdla).
  • Hydrofobizační přísady – přísady vytváří na povrchu pórů vodoodpuzující povlak a snižují jejich propustnost pro vodu
  • Barviva – mění barvu hotového betonu

Použití

Beton je univerzálním stavebním materiálem, používá se jak na nosné konstrukce (skelety), tak na výrobu panelů; v dopravním stavitelství je beton hlavním materiálem pro výstavbu mostů, vozovek dálnic; v podzemním stavitelství se beton používá jako dočasná i trvalá výztuž. U betonu je jedno, je-li použit na suchu nebo pod vodou, jeho vlastnosti se tím nemění. Optimální vlastnosti, minimální nároky na údržbu, nízká cena a vysoká životnost předurčuje tento materiál k použití na dopravních komunikacích. Jednou z léty ověřených technologií je tzv. vymývaný beton, který vytváří estetické a funkční plochy s dlouhou životností.

Výroba betonu v domácích podmínkách

T815 - domíchávač betonu

Písek a kamenivo

Vyrobit kvalitní beton v domácím prostředí není vůbec tak jednoduché, jak se mnohdy drobní stavebníci a kutilové domnívají. Při použití praného písku frakce 0-4 mm, nebo 0-8 mm je správný poměr písku ku cementu 2:1 až 3:1. Pokud třetinu písku nahradíme kamenivem frakce 4-8mm, dosáhneme přibližně pětinové úspory cementu a beton je ještě kvalitnější.

Voda, míchání, vodotěsnost, plastifikátory, provzdušnění“

Čisté vody (ideálně pitné, jinak se musí kvalita vhodnosti použití v betonu vyzkoušet) by mělo být ve směsi tolik, aby se ve spádové míchačce beton převaloval a po vyklopení do kolečka vytvořil kužel. Takovéto konzistence se dosahuje v míchačkách velice obtížně a proto se doporučuje přidat do betonové směsi i plastifikátor. Ideální je zakoupit si nějaký ve stavebninách, ale u nenáročných staveb postačí i polévková lžíce saponátu na nádobí na cca 2 kolečka betonu. Se saponátem se totiž pracuje mnohem lépe, než s dříve používaným mazlavým mýdlem. Saponát, který musí být se směsí promíchán po dobu min. 2 minut, navíc beton provzdušní, což zvýší jeho životnost a stane se odolnějším vůči nasáknutí vodou a vůči mrazu. (Úplně vodotěsný beton však nelze vyrobit pouze z písku a cementu a vlastně v domácích podmínkách vůbec. Je totiž třeba, aby obsahoval i kamenivo min. frakce 16mm, aby písek neobsahoval velké množství prachových odplavitelných částic a aby beton obsahoval další ztekucující, případně i zpomalující přísady.) Velké množství vody přidané při míchání betonu může vést k praskání a k prašnosti vzniklého betonu, který se následně může i drolit. Z výše popsaných důvodů nelze vůbec doporučit ruční míchání betonu.

Uložení do konstrukce, hutnění, doba zrání

Uložení betonu do konstrukce má proběhnout co nejdříve od jeho výroby a následně by měl být zhutněn, aby se z něho vypudily velké vzduchové bubliny. V domácích podmínkách lze hutnit střídavým vpichováním tyčí, nebo poklepem na bednění. Pokud je armatura v bednění těsná, nutí nás to k namíchání řidšího-až tekutého betonu, aby všude dobře zatekl. Pak se musí cementu přidat, ale i tak už nebude beton tak kvalitní, jak uvedeno výše. Již vyrobený beton je třeba nadále ochránit proti vyschnutí, a to po celou dobu jeho zrání, která se při teplotě +15 až +25 °C pohybuje okolo 28 dnů. Ochranou proti vyschnutí je pravidelné máčení betonu, zejména v prvních dnech, který je dále překryt např. geotextilií a polystyrénovými deskami, nebo PE folií a podobně.

Betonování v zimě

Pokud ve výjimečných situacích potřebujeme vyrobit beton za nízkých teplot, je třeba ohlídat, aby teplota v době zrání betonu neklesala pod +5 °C. Při poklesu teploty pod +5°C přestává beton zrát (zrání se přerušuje) a při poklesu teploty betonu v době jeho zrání pod 0°C může dojít k jeho trvalému znehodnocení. Při tom je třeba pamatovat na to, že při +5°C zraje beton podstatně déle, než 28 dní. S popsanými problémy nám mohou pomoci přísady urychlující tuhnutí betonu, které zrychlují celý proces a mohou i způsobit vydávání teploty chemickým procesem, zejména v počátku krystalizace betonu. I při použití těchto opatření však beton v podmínkách kolem +5°C nabude pevnosti, kdy je odolný proti mrazu nejdříve za několik dnů! Při betonování z zimě je vhodné ohřívat betonovou směs min. na +10°C až na 60°C. Přitom cement nesmíte sypat do vody či směsi horké více než 65°C!

Krytí výztuže

Pokud vyrábíme železobeton, platí, že krycí vrstva výztuže v betonu je min. 30mm. Výjimkou jsou pouze výztuže průměru do 10mm v betonech, které budou trvale suché, kde postačí krycí vrstva betonu 10mm.

Jaké betony doma nevyrábět

Obecně nelze doporučit vyrábět v domácích podmínkách betony, které budou trvale vystaveny povětrnostním podmínkám, protože nikdy nedosáhneme životnosti betonu odpovídající pořizovací ceně a námaze. Stejnoměrně probarvené betony nelze v domácím prostředí vyrobit vůbec.

Vodotěsnost betonu

Při posuzování vodotěsnosti betonu se nezapočítávají různé hrubé poruchy (trhliny, štěrková hnízda, díry v betonu apod.), které umožňují pronikání vody a kde je nutno beton opatřit vodotěsnou izolací. Vodotěsnost betonu se posuzuje podle toho, zda voda může procházet cementovou maltou nebo stykem mezi maltou a kamennými zrny. Normální zdravý kámen je prakticky vodotěsný.

K zajištění vodotěsnosti je třeba betonovou směs řádně složit a dokonale zhutnit. Pro zlepšení vodotěsnosti se dobře osvědčily povrchově aktivní látky (plastifikovaný a provzdušněný beton).

Pokud je potřeba zhotovit v terénu se spodní tlakovou vodou betonovou šachtu se zárukou absolutní nepropustnosti,postupuje se takto: Z ocelových plechů tloušťky 5 mm se svaří nepropustná ocelová bedna, nahoře otevřená.Vybetonuje se základová deska, a na ní, ještě do čerstvého betonu, se bedna postaví.Pak se do ní, a zvenku zabuduje šalung a po přidání armatury se vybetonuje.Ocelová bedna je tak vlastné uvnitř železobetonová bedny.

Kontrola jakosti

Kontrola jakosti betonu se prování za pomocí destruktivních a nedestruktivních zkoušek.

Speciální betony

Speciálním betonem označujeme beton, který má neobvyklou vlastnost(i), nebo jinak neobvyklé použití. Mezi speciální betony patří např. lehký beton, těžký beton, vysokopevnostní beton, samozhutnitelný beton, vláknobeton, vodotěsný beton, stříkaný beton, a jiné. Správným složením lze docílit mnoho rozdílných vlastností betonu.

Související články

Reference

  1. ↑ KINDERSLEY, Dorling. 1001 otázka a odpověd. 1. vyd. Bratislava : TIMY spol. s.r.o., 1996. ISBN 80-88799-24-4. S. 32 a 60.  
  2. ↑ Oleson J. P., Brandon C., Cramer S. M., Cucitore R., Gotti E., Hohlfelder R. L. The ROMACONS Project: a Contribution to the Historical and Engineering Analysis of Hydraulic Concrete in Roman Maritime Structures. The International Journal of Nautical Archaeology 33 (2): 199-229, 2004
  3. ↑ POŠTOLKOVÁ, Lucie. Novinky.cz : Cestování [online]. 2010 [cit. 2010-06-12]. Putování s BBC: Kupole Pantheonu v Římě váží 5 000 tun. Dostupné z WWW: [1]
  4. ↑ Česká rozvojová agentura o.p.s. . CLAY Polymers [online]. 2008 [cit. 2010-05-05]. Dostupné z WWW: <http://www.claypolymers.com/cz/clay-polymer/historie.html>.
  5. ↑ Charola A. E., Henriques M. A.: Hydraulicity in lirne rnortars revisited. International RlLEM workshop on histroic mortars: characteristics and tests. Paisley, Scotland, 12-14 May, 1999, s. 95-104., 2000
  6. ↑ Přikryl R., Novotná M., Weishauptová Z., Šťastná A., Materiály původního zdiva Karlova mostu a jejich skladba, Průzkumy památek XVI, 1/2009, dostupné online
  7. ↑ Malá československá encyklopedie ČSAV, VI. svazek, písmeno Š-Ž, vydala Academia, Praha 1987

Externí odkazy


Flickr.com nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Beton
Commons nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Beton
Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Beton“