Vodní součinitel betonu: Klíč k pevnosti a trvanlivosti

Vodní součinitel (v/c = množství vody/množství cementu) je důležitým parametrem pro složení betonu. Beton je v současné době jeden z nejpoužívanějších stavebních materiálů. Betonové konstrukce jsou běžně navrhovány s životností 50 i 100 let. Pro udržení dobré kondice betonové konstrukce je důležitá trvanlivost tohoto materiálu. Z tohoto úhlu pohledu jsou významné vlastnosti krycí vrstvy betonu, což je vrstva, která chrání výztuž před agresivními látkami pronikajícími do betonové konstrukce z vnějšího prostředí. Bohužel právě tato vrstva je nejvíce vystavena vzniku trhlinek od autogenního a plastického smršťování a sedání.

Role vody v betonu

Voda je klíčovou složkou betonové směsi, která plní dvě zásadní funkce: umožňuje chemickou reakci zvanou hydratace cementu a ovlivňuje zpracovatelnost čerstvého betonu. Pro zahájení hydratace je nezbytné minimálně 25-35 % vody z hmotnosti cementu. Pro správnou hydrataci cementu je potřeba přibližně 23 - 26 % vody z jeho hmotnosti. To je ale tak málo, že by směs byla téměř nezpracovatelná.

Voda se používá při přípravě betonové směsi, kde je důležité dodržet správný poměr vody k cementu (vodní součinitel), obvykle v rozmezí 0,3 až 0,6. Nižší vodní součinitel zajišťuje vyšší pevnost a trvanlivost betonu. Důležité je také použití kvalitní záměsové vody, která splňuje normu ČSN EN 1008.

Přebytečná voda v betonu může způsobit zvýšenou pórovitost, což vede k nižší pevnosti a trvanlivosti konstrukce. Směs má držet pohromadě, ale nesmí téct jako polévka. Nesmí se z něj oddělovat voda (tzv. segregace).

Praktické aspekty vodního součinitele

  • 0,40-0,50: ideální pro pevný a trvanlivý beton, naprosto dostačující pro většinu domácích aplikací.

Pozor však na vlhkost kameniva! Pokud je písek mokrý, tato voda se započítává do vodního součinitele a je třeba ji i odečíst. Po dešti může mít písek třeba i 5 % vlhkosti a vzhledem k tomu, že beton jej obsahuje velké množství, tak může razantně zvýšit vodní součinitel.

Čtěte také: vše o vrtání do betonu s korunkou 150 mm

Když beton mícháte doma, nemáte laboratorní váhy. Směs má držet pohromadě, ale nesmí téct jako polévka. Nesmí se z něj oddělovat voda.

Vliv vodního součinitele na vlastnosti betonu

Pevnost

Krychelné pevnosti byly logicky nejvyšší u receptury s nejnižším vodním součinitelem, se zvyšujícím se vodním součinitelem pevnosti klesaly. Při dané konzistenci má beton s nižším vodním součinitolem vyšší pevnost a vyšší trvanlivost.

Ve všech zkoušených stářích můžeme vidět, že se zvyšující se náhradou elektrárenským popílkem se pevnost v tlaku snižuje. K nejvyššímu poklesu dochází ve stáří 7 dní. Cementová malta se 40% náhradou cementu elektrárenským popílkem dosahuje pouze 50 % pevnosti v tlaku referenční cementové malty. Pro následující stáří byl pokles pevností v tlaku menší.

Konzistence

Konzistence čerstvých malt se s vyšším množstvím popílku snižovaly.

Příměsi do betonu

Příměsi do betonu jsou chemické látky, které se přidávají do betonu během míchání. Obecným účelem dávkování přísad je zlepšení vlastností čerstvého nebo ztvrdlého betonu nebo získání zcela nových vlastností (např. provzdušněné nebo samozhutnitelné betony). Nejrozšířenější oblastí je používání plastifikačních, případně superplastifikačních přísad, umožňující snížení obsahu záměsové vody a tím úsporu cementu.

Čtěte také: Inovace brankářských betonů CCM

Chcete lépe zpracovatelný beton? Plastifikátory umožňují snížit množství přidané vody až o desítky procent.

Aktivní příměsi se používají do betonu jako náhrada cementu z několika důvodů. Příměsi do betonu mohou přispět ke zlepšení různých vlastností čerstvého i zatvrdlého betonu.

Dávkování přísad se liší podle požadavků, typu, účinnosti, atd., mělo by být ověřeno průkazní zkouškou. Pro přísady do betonu platí v současné době řada evropských norem ČSN EN 934 (72 2326): Přísady do betonu, malty a injektážní malty.

K-hodnota a její význam

Vodní součinitel se používá pro stanovení maximálního vodního součinitele a minimálního množství pojiva v betonu s aktivní příměsí s ohledem na jednotlivé stupně prostředí podle přílohy F.1. Abychom při návrhu betonu mohli vzít v úvahu vliv vlastností aktivní příměsi, resp. její vliv na vlastnosti betonu, k-hodnota používá vztah efektivního vodního součinitele a pevnosti betonu. Tento princip byl rozvinut v roce 1967. Koncepce k-hodnoty je preskriptivní metoda založená na porovnání trvanlivosti (nebo pevnosti) referenčního betonu s cementem A a betonu, v němž je část cementu A nahrazena příměsí. Tato příměs je započítána jako funkce vodního součinitele a množství příměsi ve tvaru v/(c + k∙p).

Index účinnosti Iu [%] je jednou z možností popisu vlivu aktivních příměsí (v tomto případě elektrárenského popílku) na pevnost v tlaku cementových malt. Index účinnosti je poměr pevnosti v tlaku malty s částečnou náhradou cementu elektrárenským popílkem a pevnosti v tlaku referenční malty. Z tohoto důvodu průběh indexů účinnosti odpovídá průběhům pevností v tlaku.

Čtěte také: Dětské brankářské betony: správná velikost a ochrana

Uvedené k-hodoty dosahují vyšších hodnot než doporučená k-hodnota uvedená v ČSN EN 206+A2, která je rovna 0,4 pro elektrárenský popílek v kombinaci s cementem CEM II v maximální náhradě 25 %. Podle dosažených k-hodnot lze odvodit, že stanovené k-hodnoty jsou vyšší než tato doporučená hodnota již ve stáří 7 dní a se zvyšujícím se stářím vzorků nadále rostou. Uvedené příklady k-hodnot pro aktivní příměsi jsou obecně stanovené s příliš vysokou bezpečností a lze je brát jako doporučení, které ovšem zdaleka není řešení ekonomické a nevyčerpává vazný potenciál dané aktivní příměsi.

Tato rovnice je odvozena z Nevillova vztahu vodního součinitele a pevnosti v tlaku. Díky tomu, že vychází z pevnosti betonu v tlaku, lze k-hodnoty stanovené pomocí této rovnice použít pouze pro návrh betonů, které nejsou zatěžovány agresivním prostředím, mrazem, chemickými rozmrazovacími látkami atd.

Samozhutnitelné betony (SCC)

V současné době jsou intenzivně rozvíjeny a stále širší uplatnění nacházejí tzv. Samozhutnitelné betony. Samozhutnitelné betony jsou vysoce tekuté betony určené zejména pro složité, tenkostěnné konstrukce s hustou výztuží, kde není možné beton zpracovat klasickou vibrací. SCC beton obsahuje výrazně vyšší podíl jemných částic (cement, popílek, drobné kamenivo), nejčastěji se používá s maximální frakcí do 8 a 16 mm. Z těchto důvodů je také vhodný pro konstrukce s požadavky na pohledovost. Výroba SCC vyžaduje zvýšené požadavky na rovnoměrnou kvalitu vstupních složek a kontrolu čerstvého betonu. Požadavky na specifikace, výrobu a použití jsou zpracovány v evropské směrnici pro samozhutnitelný beton z roku 2005.

Experimentální práce a výzkum

Experimentální práce byly zaměřeny na stanovení vzniku a rozvoje trhlin u jednotlivých receptur s různým vodním součinitelem a různým typem použitých vláken. Na dalších tělesech byla sledována propustnost povrchové krycí vrstvy pro vzduch jako odhad aktuální trvanlivosti betonu. Recenzovaný článek informuje o výsledcích výzkumu, který je zaměřen na stanovení vzniku a rozvoje trhlin od reologických procesů v raném věku u různých betonů. Jednotlivé receptury se liší jednak hodnotou vodního součinitele a jednak druhem použitých vláken.

Předmětem experimentu bylo stanovení vlastností cementových malt s náhradou portlandského směsného cementu CEM II/A‑S 42,5 R popílkem MVM Mátrai Energia v množství 10, 20, 30 a 40 % hmotnosti cementu. Byly vyrobeny cementové malty se stejným vodním součinitelem, přičemž vodní součinitel byl brán jako poměr hmotnosti vody ku součtu hmotnosti cementu a elektrárenského popílku. Jako referenční malty byly použity malty vyrobené pouze s cementem CEM II/A‑S 42,5 R.

Metodika

Pro míchání čerstvého betonu byla použita míchačka s nuceným oběhem. Nejprve bylo do míchačky nadávkováno hrubé kamenivo obou frakcí, dále drobné těžené kamenivo a polovina dávky vody. Po krátkém promíchání kameniva s vodou byl přidán cement a dále druhá polovina dávky vody. Pro každý vodní součinitel byla vybetonována tzv. referenční směs bez vláken a dále dvě směsi s vlákny, a to Stavon (polymerní monofilamentní mikrovlákna, délka vláken 12 mm) a Econo-Net (polypropylenová vlákna vyráběná ve fibrilované formě, délka vláken 38 mm). Vlákna byla dávkována v množství doporučeném výrobcem.

Pro měření vzniku a rozvoje trhlin byla vyrobena tělesa se třemi vruby, z nichž jeden je vysoký 78 mm a dva menší mají výšku 38 mm, přičemž forma má výšku 100 mm. Měření šířky trhlin bylo realizováno po délce formy 350 mm v úsecích po 50 mm.

Měření propustnosti betonu pro vzduch přístrojem TPT spočívá v měření proudění vzduchu do vnitřní komory přístroje. Základními prvky přístroje jsou dvoukomorová vakuová buňka a regulátor tlaku, které obstarávají proudění vzduchu do vnitřní komory orientované kolmo k povrchu zkoušené konstrukce. Přístroj pracuje ve spojení s vakuovým čerpadlem.

Na všech vzorcích byla sledována konzistence podle ČSN EN 1015 - 3, na ztvrdlých cementových maltách pak pevnosti v tlaku a tahu za ohybu podle ČSN EN 196 - 1. Index účinnosti byl stanoven podle ČSN EN 450 - 1. Zrání vzorků probíhalo ve vodním uložení. Krychelné pevnosti byly měřeny dle platné ČSN EN 12390 - Zkoušení ztvrdlého betonu, pevnost v tlaku zkušebních těles.

Výsledky výzkumu

Z hlediska vzduchové propustnosti vykazuje povrchová vrstva poměrně vyrovnané vlastnosti, co se týká její kvality. Trhliny v raném věku vznikaly nejvýrazněji u receptury s nejvyšším vodním součinitelem. Krychelné pevnosti byly logicky nejvyšší u receptury s nejnižším vodním součinitelem, se zvyšujícím se vodním součinitelem pevnosti klesaly.

Stanovené k-hodnoty mají obdobný průběh jako pevnosti v tlaku. Nejvyšší k-hodnoty jsou pro 10% náhradu cementu elektrárenským popílkem a s vyšší náhradou cementu popílkem se snižují. Ovšem v tomto případě se nejedná o tak velký pokles jako u pevností v tlaku.

Nejvyšších pevností v tlaku dosahovaly referenční cementové malty bez elektrárenského popílku. S přidáním popílku se pevnosti v tlaku snižovaly až na hodnotu 50 % ve stáří 7 dní v případě 40% náhrady popílkem a na hodnotu 65 % ve stáří 28 a 90 dní s uvedenou náhradou. Tomu odpovídají i stanovené indexy účinnosti. Pokud budeme uvažovat normové požadavky na index účinnosti podle ČSN EN 450 - 1, tak lze říci, že optimální náhrada cementu je v tomto případě 30 % a méně.

V grafu na obr. 6 jsou uvedeny lineární závislosti k-hodnoty na množství náhrady cementu elektrárenským popílkem ve stáří 7, 28 a 90 dní. Tyto závislosti umožňují dopočítání mezilehlých hodnot pro jiné než zde použité náhrady cementu daným popílkem.

Téma vlivu polypropylénových vláken na trhliny v betonu je vysoce aktuální. Předložený článek kriticky hodnotí zjištěné výsledky a správně poukazuje na okolnost, že přísada vláken je efektivní pouze u směsí s vyšším vodním součinitelem, a současně i na to, že přísada polypropylénových vláken je schopna částečně eliminovat vznik trhlin pouze „v raném věku“ betonu. Metodika provedených experimentů je standardní a prezentované závěry jsou korektně experimentálně podloženy a lze je charakterizovat jako průkazné.

Doprava a použití betonu

K dopravě betonových směsí se používají autodomíchávače značek MAN, IVECO, MERCEDES aj. o objemu 6-8m3. Dopravu pro suché/zavlhlé směsi (např. potěry/mazaniny) někteří dodavatelé nenabízí, ale mohou doporučit partnery. Pokud potřebujete uložit beton na větší vzdálenost, popř. do výšky, zvolte možnost čerpání betonu.

Příklad produktu: Proofbeton Baumit 25 kg

Vodonepropustný beton třídy C 30/37 je vhodný zejména pro oblast spodní stavby i dopravní a vodohospodářské stavby.

Vlastnosti:

  • Dobrá zpracovatelnost
  • Mrazuvzdorné
  • Vhodné pro vlhké prostory

Oblast využití:

  • Exteriér
  • Mokré prostředí

Bezpečnostní pokyny (věty H):

  • (H315) Dráždí kůži.
  • (H317) Může vyvolat alergickou kožní reakci.
  • (H318) Způsobuje vážné poškození očí.
  • (H335) Může způsobit podráždění dýchacích cest.

Složení:

  • Cement
  • Příměsi

tags: #betony #vodni #soucinitel

Oblíbené příspěvky: