Jaké jsou různé síly betonu?

Již více než 6000 let je beton používán lidmi pro stavbu monolitických konstrukcí a stavbu silnic.

Hlavní kvalitou betonu, který je široce používán ve stavebnictví, je jeho pevnost. Beton je pevností srovnatelný s kamenem, ale je mnohem pohodlnější pracovat s ním: může mít jakýkoli tvar. Je to kombinace síly a snadného zpracování, díky čemuž je tak populární.

Pokud je však pevnost kamene zpočátku zřejmá, závisí pevnost betonu na mnoha faktorech.

Technologické faktory ovlivňující pevnost betonu

Beton začíná cementem, vodou tuhnoucím práškem, který se smíchá s vodou a kamenivem. Výsledná směs se poté umístí do bednění, po kterém začíná dlouhý proces vytvrzování. Každá z těchto fází ovlivňuje pevnost materiálu.

cementárenská činnost

Aktivita cementu určuje, jak pevný bude beton.

Osvědčení

Aktivita cementu je pevnost v tlaku vzorků cementu ve stáří 28 dní. Tento parametr je základem klasifikace cementů do jakostí.

Aktivita cementu je spojena s následujícími faktory:

1. Jemnost mletí a granulometrie, které ovlivňují hustotu cementového kamene. Vysoký obsah jemných frakcí zajišťuje rychlý nárůst pevnosti a zvýšený obsah částic středních frakcí přispívá k vysoké pevnosti 28. den. Portlandský cement má typicky jemnost mletí, která poskytuje specifickou plochu povrchu 300-350 m2/kg; s rostoucí jemností mletí se toto číslo zvyšuje na 400-450 m2/kg, což vede k rychlejšímu nabírání síly. Hrubě mletý cement není zcela zapojen do hydratačních reakcí; I po několika letech se v betonu z hrubého cementu nacházejí zrnka nezreagovaného cementu, což samozřejmě negativně ovlivňuje pevnost betonu.
2. Chemické složení slínku (např. pokud slínek obsahuje nehašené vápno, cement zůstává aktivní déle).
3. Nečistoty. Například oxid hořečnatý v hlinitanovém cementu v množství do 2 % urychluje nárůst pevnosti a ve vyšších koncentracích snižuje aktivitu cementu.
4. Čerstvost cementu. Například po 3 měsících skladování v podmínkách vysoké vlhkosti vzduchu klesá pevnost o 62 % u jednodenních vzorků a o 23 % u vzorků starých 28 dní. K tomu dochází v důsledku skutečnosti, že pod vlivem atmosférické vlhkosti a oxidu uhličitého se na povrchu cementových částic objevuje vrstva nových útvarů, které snižují jeho aktivitu. Rychle tuhnoucí druhy cementu se stávají běžnými po měsíci skladování.

Základem odolného betonu je tedy čerstvý, kvalitní, správně namletý cement.

Poměr vody a cementu

Jedním z nejdůležitějších parametrů betonové směsi je poměr vody a cementu v ní.

Podle množství vody a výsledné konzistence se směsi dělí na tvrdé a mobilní. Mobilní směsi jsou rozděleny do 5 typů:

1. P1 – sedavý;
2. P2—P3 — univerzální;
3. P4 – mobilní směsi, které nevyžadují hutnění;
4. P5 – vstřikovaný.

Pohyblivost směsi se měří Abramsovým kuželem; V závislosti na sedání betonového kužele oproti původní velikosti je přiřazena třída mobility.

Čím méně vody ve směsi, tím teoreticky vyšší pevnost lze od betonu očekávat.

Hydratační reakce jsou plně zajištěny při w/c = 0,3. Ale s takovým množstvím vody se získá velmi tvrdá směs, která vyžaduje seriózní zpracování. Jinak se nezhutní, v betonu zůstanou dutiny a velké póry, což sníží jeho pevnost.

Přidání vody do betonové směsi zvyšuje její zpracovatelnost; betonová směs se stává plastičtější, samozhutnitelná a pokládá se bez dutin, ale přebytečná voda negativně ovlivňuje pevnost, jak je vidět v tabulce.

Optimálním řešením tohoto rozporu je přidání změkčovadla do betonové směsi:

1. Plastifikátor zvyšuje pohyblivost směsi o 1-2 body bez přidání přebytečné vody, a tedy bez snížení pevnosti.
2. Přidáním plastifikátoru se zvyšuje pevnost betonu, proto při použití daného druhu cementu, abyste získali beton projektované pevnosti, můžete snížit množství cementu nejméně o 10 % (až o 20 %), což při zohlednění ceny cementu, zajistí výrazné úspory.
3. Směsi s přídavkem změkčovadel se díky své pohyblivosti snadno pokládají a zhutňují, v některých případech bez potřeby vibrační úpravy (lité směsi).
4. Plastifikátor zabraňuje delaminaci a zvyšuje životnost betonové směsi, což je důležité, pokud je potřeba ji dopravit na stavbu.
5. Pokud je v konstrukci použita výztuž, přidání plastifikátoru zlepšuje přilnavost betonu k výztuži.

Superplastifikátory kombinují plastifikační účinek s dalšími vlastnostmi: redukující vodu, mrazuvzdornost a další.

Zástupné symboly

Betonová směs kromě cementu a vody obsahuje kamenivo:

1. velký (drcený kámen, štěrk);
2. jemný písek).

Zrno hrubého kameniva může mít různé velikosti (od 20 mm nebo méně do 100 mm). Podle použitého kameniva se betony dělí na:

1. těžký (na hustém hrubém a jemném kamenivu);
2. jemnozrnný (na hustém jemném kamenivu).

Jejich složení upravuje GOST 26633-2015 „Těžký a jemnozrnný beton. Technické podmínky“.

Metody hnětení

Zvýšenou pevnost zajišťují metody zpracování cementu, jako jsou:

1. mokrá aktivace cementu;
2. vibrační aktivace cementu.

Podstata mokré aktivace cementu spočívá v tom, že všechny složky směsi, kromě písku, se naloží do míchačky betonu a částečně se nalije voda. Zatímco je míchačka v provozu, hrubé částice kameniva drtí cement po dobu 5 minut, poté se naloží zbývající komponenty. Výsledkem tohoto postupu je aktivace cementu, zejména starého cementu.

Vibrační aktivace spočívá v míchání a současné vibraci cementu s pískem, v důsledku čehož se zvyšuje stupeň hydratace cementu a jeho aktivita se zvyšuje o 30–40 %.

Důležité!

Přidání změkčovadla do betonové směsi může zvýšit aktivitu i starého cementu.

Výztuž

Betonové konstrukce vyztužené výztuží vykazují vyšší pevnost než nevyztužené výrobky. Náhradou nebo doplněním výztuže je objemová výztuž pomocí různých druhů vláken. Beton s přídavkem vlákna je pevnější a odolnější proti praskání a také se méně smršťuje.

Ošetření instalace

Pevnost betonu přímo závisí na jeho hustotě, to znamená nepřítomnosti dutin a velkých pórů.

Pro zajištění vysoké hustoty se používá vibrační úprava čerstvě položeného betonu. Jedná se o nákladný podnik, který vyžaduje hodně práce a elektřiny. Se směsmi obsahujícími změkčovadlo se snadno pracuje a lze je obejít bez zpracování, což ušetří spoustu peněz a času.

Péče o beton a optimální podmínky tuhnutí

Jak již bylo zmíněno, cement je vodou tvrdnoucí pojivo, což znamená, že aby hutný betonový kámen vytvořil krystalickou strukturu, musí být udržována vysoká vlhkost alespoň do dosažení kritické pevnosti betonu.

Pomozte!

Pevnost betonu se nazývá kritická, při jejím dosažení již na ni nepříznivé podmínky prostředí nemají významný negativní vliv. Uvádí se v projektové dokumentaci, obvykle 30–50 %, někdy až 70 % návrhové pevnosti betonu. Kritická pevnost betonu je zpravidla dosažena 7. den.

Dokud betonová směs zadržuje vlhkost, hydratační reakce pokračují a tvoří pevný materiál.

Pevnost betonu roste nerovnoměrně: v první den procesy probíhají nejrychleji, pak jejich rychlost postupně klesá, což je vidět na grafu.

Beton dosáhne své projektované pevnosti po 28 dnech. Pomalé nabírání síly pokračuje ještě mnoho měsíců poté.

Aby beton získal svou návrhovou pevnost, je nutné zajistit optimální podmínky tuhnutí:

1. vlhkost vzduchu blízká 100 %;
2. teplota vzduchu 18–20 °C.

Důležité!

Při vlhkosti vzduchu 40 % se tvrdnutí betonu prakticky zastaví.

Pokud je okolní vzduch příliš suchý, aplikuje se péče o beton: je zaléván a pokryt filmem, aby se udržela vlhkost.

Důležitým faktorem ovlivňujícím pevnost je také teplota.

S poklesem okolní teploty se procesy tvrdnutí betonu zpomalují a při teplotách pod 0°C se prakticky zastaví, jak je patrné z tabulky.

Proto je hlavním opatřením péče o beton při zimní betonáži zachování tepla a ohřev položeného betonu.

U poměrně masivních silnostěnných konstrukcí postačí „termo metoda“: směs se namíchá z nahřátých materiálů (kromě cementu, ten nelze zahřát), bednění se zahřeje teplým vzduchem a čerstvě položený beton se zakryje s tepelně izolačními materiály. Vzhledem k tomu, že hydratační reakce jsou exogenní, to znamená, že k nim dochází s uvolňováním tepla, může to stačit k tomu, aby beton úspěšně dosáhl kritické pevnosti. Technologové sledují teplotní gradient a zabraňují příliš velkému rozdílu teplot na povrchu betonu a v hloubce.

Pokud konstrukce není dostatečně velká nebo má tenké stěny, není tato metoda vhodná; v tomto případě se používají topná opatření: stavba topných stanů, vytápění elektrodami, topné rohože a jiné.

Jak zmrazení ovlivňuje nárůst pevnosti betonu?

Pokud byla struktura nalita a zmražena, aniž by získala kritickou pevnost, a na jaře rozmrazena, bude nárůst pevnosti pokračovat, ale nakonec bude pevnost betonu nižší.

Důležité!

Bez ohledu na použití tepelně-konzervačních nebo zateplovacích opatření při betonáži v zimním období je vhodné používat protimrazové přísady, které snižují bod tuhnutí vody ve směsi a urychlují procesy hydratace cementu, což umožňuje betonu získat pevnost i při velmi nízké teploty.

Opačná situace nastává při vysokých teplotách. V tomto případě beton tuhne příliš rychle, ale může vyschnout, což negativně ovlivňuje pevnost hotového výrobku. Proto se v horkém počasí beton zalévá a zakrývá.

Vztah mezi pevností betonu a jeho mrazuvzdorností a odolností proti vodě

Jak již bylo zmíněno, pevnost betonu přímo závisí na jeho hustotě. Vysoká hustota zase ovlivňuje další vlastnosti materiálu.

Beton je porézní materiál. Navzdory své hustotě a tvrdosti má velké množství pórů a kapilár, které dokážou absorbovat vodu. Proto se při provozu v podmínkách vysoké vlhkosti mohou v pórech betonových konstrukcí vyvíjet bakterie, houby a plísně. Odpadní produkty těchto mikroorganismů vedou k destrukci betonu.

Pokud je konstrukce provozována v podmínkách nízké teploty, vlhkost v pórech betonu se při zmrznutí rozšiřuje a vede ke vzniku trhlin. S každým cyklem zmrazování a rozmrazování se zvětšuje velikost a počet mikrotrhlin, které ničí beton.

To je důvod, proč beton s vysokou hustotou vykazuje vyšší odolnost vůči vodě a nízkým teplotám: má méně pórů a ty jsou malé.

Pro dodatečnou ochranu proti vlhkosti se používají speciální přísady pro objemovou hydrofobizaci, stejně jako tmely a impregnace do betonu.

Klasifikace betonu podle pevnosti

Třídy jsou betonu přiřazeny na základě výsledků zkoušek, během kterých je odlitek ve tvaru krychle vystaven tlaku až do porušení.

Osvědčení

V SSSR byl beton klasifikován do tříd, nyní jsou rozděleny do tříd.

Třída betonu byla označena písmenem „M“ a číselným označením, které odpovídalo průměrnému únosnému tlaku, měřenému v kg/cm2.

Třída betonu je označena písmenem „B“ a číselným označením, které udává mezní pevnost betonu v tlaku v MPa (tj. maximální tlak, kterému vzorek vydrží bez destrukce).

Proto třída betonu ukazuje svou pevnost přesněji než třída. Zda konkrétní třída odpovídá třídě můžete určit pomocí speciální tabulky, ale je třeba vzít v úvahu, že tato korespondence není úplná.

Proč potřebujete znát pevnost betonu?

Při plánování stavby je nutné zvolit správný beton požadované pevnostní třídy.

Různé designy mají různé požadavky.

Například dřevěný dům nezatěžuje základ tolik jako cihla, zejména vícepodlažní budova. Lázeňský dům nebo garáž jsou méně důležité budovy než obytná budova.

Zároveň je nežádoucí i nadměrná pevnost betonu, protože vysoce kvalitní beton je dražší.

Proto je pro každý typ konstrukce vybrán beton vhodné třídy:

1. pro přípravné práce se používá lehký beton třídy B7,5;
2. beton třídy B12,5 – pro betonování cest, potěrů, zalévání základů lehkých konstrukcí;
3. B15 – pro výstavbu budov do dvou podlaží;
4. B20 – pro pásové základy, schodiště a nezatížené podlahy;
5. B22,5 – pro základy, cesty, plošiny, monolitické stěny;
6. B25 – pro monolitické stěny, bazény, základy;
7. B30 – pro vodní stavby a mosty;
8. B35 – pro přehrady, vodní stavby;
9. B40 – pro mosty, podchody, přehrady a další typy konstrukcí se speciálními požadavky.

Metody stanovení pevnosti betonu

Pro přiřazení pevnostní třídy betonu se testují kubické vzorky o velikosti hrany 150 mm. Během testu jsou vzorky zničeny.

Existují další metody pro stanovení pevnosti betonu mechanickým působením:

1. Metoda trhání a štípání. Při zkoušce se z betonu vytáhne předem zapuštěná tyč.
2. Metoda odsazení. Používá se speciální razítko nebo kuličkové kladivo (například kladivo systému Fizdel, kladivo Kaškarov).
3. Metoda elastického odskoku.

Ten se týká nedestruktivních metod, což je velmi výhodné, pokud potřebujete zjistit sílu hotové konstrukce: metoda je jednoduchá, přesná a rychlá. K jeho provedení se používá Schmidtovo kladivo (sklerometr), které se používá i pro stanovení pevnosti jiných materiálů (například cihel). Proto jsou k dispozici kladiva s různými možnostmi energie úderu.

Pro testování je vyžadována část konstrukce o ploše nejméně 100 cm2. Drobné předměty musí být zajištěny. Kladivo se instaluje kolmo k měřicí oblasti. Jeho dopad by neměl dopadat na armatury nebo velká umyvadla.

Na každém místě se provede nejméně 10 měření.

Při úderu kladivo změří hodnotu odrazu; na konci zkoušek se vypočítá průměrná hodnota upravená pro úhel, pod kterým kladivo přišlo do kontaktu s povrchem, a poté se pomocí převodních křivek vypočte pevnost materiálu v tlaku.

Odrůdy betonu

Kromě klasifikace podle pevnosti je beton rozdělen do skupin podle dalších charakteristik:

1. podle mobility;
2. mrazuvzdornost;
3. pro odolnost proti vodě;
4. podle hustoty (lehký, extra lehký, těžký, extra těžký);
5. podle jmenování;
6. podle druhu pojiva (polymercement, sádra, strusko-alkalické, silikátové, cementové, speciální).

Oblíbené druhy betonu

V moderním stavebnictví jsou zvláště žádané některé druhy betonu:

1. pěnový beton;
2. pórobeton;
3. vláknobeton (s přídavkem vlákna);
4. dřevěný beton (druh betonu z pilin);
5. polystyren beton;
6. Kevlarový beton (také nazývaný ultrabeton);

Zajímavé!

Existuje druh moderního betonu zvaný kevlarový beton, který má lesklý povrch, je lakován v široké škále odstínů a dokáže imitovat přírodní materiály, například kámen. Tento neobvyklý materiál je mezi designéry velmi oblíbený.

Moderní beton je nemyslitelný bez high-tech chemických přísad, které pomáhají výrazně šetřit spotřební materiál a náklady na práci a energii a zároveň získat vysoce kvalitní materiál s požadovanými vlastnostmi.