Jaký druh cementu se používá pro vodní stavby?

Pro stavbu bazénů, přehrad, studní a jiných vodních staveb je vyžadován beton s vysokým koeficientem odolnosti proti vodě. Jaká značka produktu se v tomto případě používá? Je možné připravit vodostavební beton svépomocí? Jaké je složení materiálu? O tom se dočtete v článku.

Jak se vodostavební beton liší od běžného betonu?

Hydraulický beton je druh těžkého materiálu používaného pro stavbu částí nebo celých konstrukcí, které jsou ve styku s vodou nebo se v ní neustále nacházejí. Na tyto výrobky se vztahují další požadavky související s vysokou úrovní odolnosti proti vodě, mrazuvzdornosti, pevnosti v tlaku a v tahu.

Ve většině případů se pro soukromou a průmyslovou výstavbu používají třídy betonu M300-M450. Výjimkou jsou účelová zařízení související s vojenskou sférou, výstavbou jaderných elektráren a dalších nadzemních a podzemních staveb.

Existuje několik druhů vodostavebných betonů, daných konkrétním účelem a aktuálním složením směsi, zahrnutím různých přísad dle potřeby. Produkty se liší:

• Podle četnosti kontaktu s vodou. Povrch, pravidelně omýván vodou a pod vodou.
• Podle umístění. Vnitřní i venkovní.
• Podle povahy fyzického dopadu. Netlak a tlak.
• Podle struktury částic. Jemně zrnité a lité.

Specifika prvků vodostavebného betonu

Klíčovou roli při zajišťování jmenovitých vlastností betonové směsi a její získání hydroizolačních vlastností hrají složky materiálu – cement, písek, drcený kámen, přísady.

Cement

K vytvoření vodostavebního betonu se používá cement třídy M500 a vyšší. Jeho konkrétní typ závisí na účelu vodostavebního betonu:

• Podvodní strukturou je portlandský struskový cement a pucolánový cement.
• Struktura povrchu je rychle tvrdnoucí portlandský cement.
• Struktura, která je pravidelně v kontaktu s vodou, je cement odolný vůči síranům.

Песок

Výrobky používají jemnozrnné říční plnivo s frakcí 0,8-1,8 milimetrů. Přípustná koncentrace nečistot (jíl, prach) je 3-4 procenta.

Před použitím se písek promyje a prosévá. Požadovaná vlhkost při míchání s cementem a přísadami je 2,5-3,5 procenta.

Drcený kámen

Konkrétní druh hrubého kameniva se volí v závislosti na účelu a specifikách provedení. Pro nadvodní stavby a objekty, které mají nepravidelný styk s vodou, se používá drcený štěrkopískový drť frakce 10-20 milimetrů.

Pokud se beton pravidelně omyje vodou nebo se do ní ponoří, pak je efektivním řešením použití žulových krychlových drtí frakcí 20-40 milimetrů pro běžné konstrukce a 40-120 milimetrů pro základní vícemetrové konstrukce velké tloušťky.

Přísady

Pro zlepšení základních technických a provozních vlastností vodostavebního betonu v rámci ochrany proti vlhkosti se používají přísady, zaváděné ve fázi míchání roztoku. Možné možnosti:

• Plastifikátory. Zlepšují elasticitu hmoty, zvyšují přilnavost ke zpevněným plochám, zvyšují koeficient mrazuvzdornosti a voděodolnosti po zkamenění materiálu.
• Hydroizolační přísady. Navíc zvyšují voděodolnost struktury výrobku tím, že do něj vnášejí hydrofobní látky – silikonové kapaliny, alkalické soli vyšších kyselin.
• Akcelerátory a zpomalovače tuhnutí. Upravuje rychlost tvrdnutí plastové hmoty, která předurčuje optimalizovanou sestavu se směsí jmenovitých charakteristik.
• Prodlužovače. Snižují stupeň smrštění a vyplňují vzniklé trhliny a póry v materiálu. Typickými látkami jsou dusičnany a dusitany sodné, chloridové soli železité, křemičitany draselné.

V případě potřeby se používají další typy přísad:

• Nemrznoucí přísady. Zabraňují zamrzání vody v roztoku při záporných okolních teplotách.
• Zadržovače vlhkosti. Nenechte betonovou směs po pokládce rychle vyschnout.
• Barvící pigmenty. Mění odstín materiálu.
• Jiný. Antikorozní přísady, polarizátory, biocidní extraktory.

Charakteristika a složení vodostavebného betonu

V rámci soukromé a jednoduché průmyslové výstavby jsou základem hydrobetonových konstrukcí výrobky značky M400. Jeho průměrné vlastnosti:

• Pevnost – třída B30;
• Hustota – 2500 kilogramů na metr krychlový;
• Ochrana proti vlhkosti – třída W8;
• Plasticita – P3;
• Tvrdost – Zh3;
• Smrštění – 5-6 centimetrů;
• Mrazuvzdornost – 250-300 cyklů zmrazování/rozmrazování.

Proporcionální složení (při použití cementu M500):

• Cementová část 1;
• 1,6 dílů jemnozrnného plniva;
• 3,2 dílů hrubého plniva.

Hmotnostní hodnoty složek betonové směsi na 1 metr krychlový výrobku:

• 390-410 kilogramů cementu;
• 150-170 litrů vody;
• 640-660 kilogramů písku;
• 690-710 kilogramů drceného kamene o zlomku 20 milimetrů;
• 450-460 kilogramů drceného kamene o zlomku 10 milimetrů;
• 3-10 kilogramů přísad.

Nezávislá výroba

Pro průmyslovou výstavbu, která vyžaduje velké objemy materiálu, se beton nakupuje z výrobních závodů. Jeho cena za 1 krychlový metr s dodávkou se pohybuje od 4 do 5 tisíc rublů a závisí na ročním období, regionu umístění, vzdálenosti staveniště (konečného místa dodání) od místa výroby, použitých přísadách, parametrech jednotlivých komponentů směs.

Pro soukromou výstavbu je možné samostatně připravit beton v malých množstvích.

• Nakupte potřebné množství přísad do betonové směsi.
• Připravte si míchací nádobu, lopaty, kbelíky, motyku a osobní ochranné prostředky.
• Do nádoby nalijte cement, jemnozrnné plnivo a přísady a ingredience promíchejte, dokud nebudou hladké.
• Ke směsi přidejte vodu, postupně ji přilévejte po částech 5-10 litrů a roztok míchejte. Vyhněte se tvorbě separací, hrudek a nehomogenit.
• Do plastové hmoty nasypte hrubé kamenivo a drcený kámen rovnoměrně rozprostřete po celé jeho struktuře.
• Betonovou směs intenzivně míchejte po dobu 15 minut.

Instalace a údržba

1. Hydraulický beton se pokládá ve vrstvách o tloušťce 10-20 centimetrů.
2. Materiál je opatřen bajonetem, který z něj odstraňuje přebytečný vzduch a vlhkost.
3. Výrobky se zhutňují pomocí vibračního nástroje.

V rámci následného zpracování jsou možné následující akce:

• Žehlení;
• Ošetření hydrofobními impregnacemi.

Optimální podmínky pro „stárnutí“ vodostavebního betonu jsou teplota 15-27 stupňů Celsia a vlhkost 60-70 procent. S takovými indikátory materiál získá kritickou pevnost za 10 dní a nakonec ztvrdne 28-30 den po nalití. Intenzivní teplo, negativní teploty, nízká nebo ultravysoká vlhkost tomuto procesu brání a zhoršují technické a provozní vlastnosti materiálu.

Ochrana vodostavebního betonu před nepříznivými vlivy prostředí až do dosažení kritické pevnosti:

• Při vysokých teplotách a nízké vlhkosti. Práce se provádí večer, v noci nebo ráno. Povrch betonu je pravidelně navlhčen, navíc je pokryt polymerovým filmem potaženým fólií, aby byl chráněn před přímým slunečním zářením.
• Při nízkých teplotách. Před naléváním se do směsi přidávají urychlovače tuhnutí a nemrznoucí přísady. Provádí se pasivní a/nebo aktivní ohřev produktu.
• Když prší. Konstrukce je pokryta materiály odolnými proti vlhkosti.

Závěr

Hydraulický beton se častěji používá v průmyslové výstavbě pro stavbu nejrůznějších objektů, které jsou v přímém či nepřímém kontaktu s vodním prostředím. Používá se také pro soukromé účely, například při stavbě studní, vytváření vyztužených slepých ploch pro budovy v oblastech s vysokými srážkami.

Při navrhování hydraulických konstrukcí pro železobetonové konstrukce se používají různé druhy cementů. Je to dáno tím, že vodní stavby jsou provozovány v různých podmínkách (často velmi obtížných). Tato okolnost vede k různým požadavkům na cement v projektové dokumentaci, například:
– síla;
– voděodolný;
– mrazuvzdornost;
– odolnost vůči síranům;
– uvolňování tepla;
– rychlost kalení;
– otěr.
Níže uvedený obrázek ukazuje přibližné požadavky na betonovou směs na příkladu projektu průtočné vodní elektrárny.

2 TYPY CEMENTŮ

Podívejme se na typy cementů, které se nejčastěji vyskytují při navrhování hydraulických konstrukcí:

Portlandský cement (silikátový cement) – nejoblíbenější cement. Cementový kámen z portlandského cementového betonu je pevnější než pucolánový cement nebo portlandský struskový cement a má menší smršťování. Portlandský cement však není vhodný pro cementování za přítomnosti síranové agrese.

Struskový portlandský cement — je hydraulické pojivo získané mletím směsi portlandského cementového slínku, granulované vysokopecní strusky a sádry. Struskový portlandský cement se používá v konstrukcích vystavených vlhkému prostředí, podvodních konstrukcích nebo ve vnitřních prostorách masivních vodních staveb. Portlandský struskový cement zároveň nelze použít v oblastech s proměnlivou hladinou vody. Hlavní charakteristické vlastnosti struskového portlandského cementu jsou: vysoká odolnost proti síranům, mírně zvýšená odolnost proti kyselinám, dobrá odolnost proti praskání (v důsledku sníženého vývinu tepla), nízká odolnost proti alkáliím, mírně snížená mrazuvzdornost, nízká schopnost chránit výztuž, opožděné tuhnutí a zisk pevnosti (zejména při nízkých teplotách), odolnost proti korozi zaujímá mezipolohu mezi obyčejným a pucolánovým cementem.

Pucolánový cement – je hydraulické pojivo získané mletím slínku portlandského cementu, sádry a aktivní minerální přísady. Pucolánový cement má tyto vlastnosti: vysoká odolnost proti vodě (zejména v měkké vodě), odolnost proti vodě, odolnost proti síranům (vyšší než u běžného portlandského cementu, ale horší než u portlandského cementu odolného síranům), mírně zvýšená odolnost proti kyselinám, menší teplo generace při tuhnutí (což je užitečné zejména u masivních hydraulických konstrukcí), snížená odolnost vůči alkáliím, mírně snížená mrazuvzdornost, větší smršťování na vzduchu. Pucolánový cement je nevhodný pro střídavé smáčení (tj. v zónách s proměnlivou hladinou), stejně jako pro cementování (i přes dobrou odolnost vůči vodám kyseliny sírové). Proto v projektech přehrad našel tento typ cementu největší uplatnění v konstrukcích umístěných ve vlhkém prostředí – v podvodních částech přehrad, v podzemních stavbách, ve vnitřních zónách masivních vodních staveb, pro cementování základů v přítomnosti agresivních vod.

síran odolný cement – vyznačuje se velmi vysokou odolností vůči síranům, mírně sníženou odolností vůči alkáliím. Stejně jako v jiných oblastech stavebnictví se i ve vodním stavitelství síran odolný cement používá pro konstrukce provozované v agresivním prostředí, včetně oblastí s proměnlivou hladinou vody. Takový cement se nepoužívá pro stříkaný beton, což je spojeno s dlouhou dobou tuhnutí.

Vodotěsný expandující cement (WEC) — je hydraulické pojivo získané mletím slínku portlandského cementu, aluminové strusky, sádry a granulované vysokopecní strusky. Nejdůležitější vlastností VRC, která je velmi důležitá v designu, je velmi rychlé tuhnutí: začátek tuhnutí nastane po 5 minutách, konec – po 10 minutách.

Hlinitanový cement – rychle tvrdnoucí hydraulické pojivo získané mletím směsi bauxitu a vápna vypálené před slinováním. Hlinitanový cement se používá pro urgentní sanační práce, ucpávání ropných vrtů a pro přípravu žáruvzdorného betonu. Tento cement se také používá v projektech pro vyzdívky tunelů a cementování základů v agresivních vodních podmínkách a při výstavbě betonových konstrukcí v oblastech s proměnlivou hladinou vody. Hlavní vlastnosti hlinitanového cementu jsou: voděodolnost (ve sladkých i síranových vodách), mrazuvzdornost, odolnost při vysokých teplotách, výrazná sulfátová a kyselinová odolnost, nízká odolnost vůči alkáliím. Je třeba poznamenat, že hlinitanový cement je přibližně čtyřikrát až čtyřikrát dražší než portlandský cement.

Tahový cement (TS) – je v podstatě směs portlandského cementu, hlinitanového cementu a sádry. Tahový cement se používá k výrobě tlakových potrubí a nádrží.

Hydrofobní cement – cement podobnou pevností jako portlandský cement, ale zachovává si aktivitu při dlouhodobém skladování – nespéká se ani nehrudkuje. Hydrofobní cement dodává betonové směsi zvýšenou plasticitu, zpracovatelnost a hotovému betonu mrazuvzdornost.

Vodotěsné nesmrštitelné (WBC) – speciální druh cementu používaný k výrobě stříkaného betonu.

3 SPOTŘEBA CEMENTU

Typický obsah cementu v betonové směsi používané v projektech vodních staveb je 250-320 kg/m 3 . Minimální obsah je cca 200-220 kg/m3, maximální 400-500 kg/m3. S rostoucím obsahem cementu pevnost betonu roste, ale při překročení hodnoty 500 kg/m 3 začíná pevnost betonu klesat.

Zde je několik příkladů množství cementu v betonové směsi:
– betonáž pod vodou metodou VPT (metoda vertikálně pohyblivého potrubí): 300–350 kg/m 3 ;
– betonáž pod vodou metodou VR (metoda vzestupného roztoku): 300–370 kg/m 3 ;
– základ betonových hrází: do 230 kg/m2;
– podvodní zóna betonových přehrad: ne méně než 240 kg/m 3 ;
– pásmo proměnlivé hladiny vody: 300-450 kg/m3, ne méně než 275 kg/m3;
– vnitřní zóna betonových přehrad: ne méně než 160 kg/m 3 ;
– vnější plochy nevystavené vodě: do 240 kg/m 3 ;
– vnější plochy vystavené vodě: až 260 kg/m 3 ;
– zástěry betonových hrází: od 210 kg/m 3 ;
– dno zámků: 250 kg/m 3 ;
– ostění hydraulických tunelů: 240–330 kg/m 3 ; při dodávce betonu pomocí betonových čerpadel – od 280-300 kg/m 3 ;
– opravný beton: od 300 kg/m 3 .

Na moderním trhu je k dispozici mnoho speciálních cementů od významných světových výrobců. Hydraulické stavby se často vyznačují velkými objemy betonářské práce. Proto se vzhledem k vysoké ceně speciálních cementů používají především v projektové dokumentaci pro opravy a rekonstrukce vodních staveb. Mezi velmi oblíbené značky často používané v projektech patří následující produkty: plastifikovaný expandovaný portlandský cement Macflow (výrobce BASF), expandovaný vysokotekový cement Stabilcem (výrobce MAPEI), cementy řady Sikacrete (výrobce Sika). Všechny uvedené cementy, které jsou zahraničními značkami, jsou nyní vyráběny v továrnách působících v Rusku. Existuje však mnoho méně známých ruských výrobců speciálních cementů, jejichž kvalita často není horší než zahraniční značky. Jejich použití nám umožňuje poněkud snížit odhadovanou cenu práce získanou v projektové dokumentaci.