Doba tuhnutí a tvrdnutí betonových konstrukcí

Aby mohl beton plnit svoji funkci, musí nejprve řádně uzrát. Schnutí betonu, neboli zrání betonu, je závislé na několika faktorech. Nicméně, v procesu schnutí existuje mnoho proměnných, které mohou výsledek značně ovlivnit. Beton zraje celkem 28 dní, po kterých získává 100 % uváděné pevnosti. Po týdnu má beton cca 70 % deklarované pevnosti. Při betonování podlah nebo základové desky však není třeba čekat tak dlouho. Doba schnutí betonu nelze jednoznačně určit, záleží totiž na mnoha faktorech - teplota okolí, výměna vzduchu, tloušťka konstrukce atd.

Tuhnutí vs. tvrdnutí betonu

Tuhnutí a tvrdnutí jsou z hlediska vlastností čerstvé betonové směsi a betonu zcela odlišné pojmy, což může někoho mást. Jsou dokonce odlišné i z hlediska fyzikálně chemických procesů, které probíhají v různých fázích hydratace minerálů v cementových zrnech. Tuhne vždy a jen pouze čerstvá betonová směs a při tvrdnutí se jedná o pevnost již ztuhlého betonu.

Pokud se podíváme na tuhnutí betonu, tak se jedná o chemický proces, při kterém směs vody a cementu tvoří cementovou kaši, která ve finále tuhne na pevnou hmotu. Doba tuhnutí se reguluje již při samotné výrobě a mletí cementu, a to přidáním sádrovce, maximálně 5 % hmotnosti cementu. Je to z toho důvodu, že je nutné počátek tuhnutí oddálit kvůli zajištění potřebné doby na výrobu betonové směsi, ale také se musí počítat s dopravou, uložením a nakonec i zpracováním. Tuhnout beton začíná hodinu od namíchání směsi. Počáteční nastavení se týká „kritického bodu“, ve kterém se beton začíná přeměňovat z plastického stavu do pevného.

Faktory ovlivňující dobu zrání betonu

Dobu tvrdnutí betonu významně ovlivňuje teplota, vodní součinitel betonu a přísady a příměsi. Celkově je schnutí, neboli zrání betonu, závislé na několika faktorech, včetně faktorů prostředí jako je teplota a rychlost větru, vlhkost a poměr betonové směsi.

Vliv teploty na tuhnutí a tvrdnutí betonu

Ideální teplota pro schnutí betonu se pohybuje v rozmezí 15-25 °C. Vyšší teploty schnutí urychlují, stoupá ale i riziko popraskání. Celkovou tvrdost betonu dosáhnete při teplotě +15 až +25 °C okolo 28 dnů; pokud je teplota nižší, doba tvrdnutí se prodlouží.

Čtěte také: Jaké dřevo vybrat pro noční topení?

Nízké teploty pod 5 °C naopak způsobí zamrzání vody, zastavení procesu hydratace, a tím i kompletní znehodnocení betonované plochy. Dobu tvrdnutí betonu ovlivňuje teplota okolního prostředí, ale také jiné povětrnostní podmínky, jako je intenzita větru a slunečního záření, které se podílí na rychlosti odpařování vody z konstrukce. To je však v mnohých případech nežádoucí a betonovou konstrukci je třeba před slunečním zářením chránit přikrytím plachtou či kartonem.

Když je teplota vysoká a vítr je silný, odpařování vody je rychlé a počáteční doba tuhnutí se zkrátí. Naopak, když je vlhkost vysoká, odpařování vody je pomalé a počáteční doba tuhnutí se prodlouží.

Vodní součinitel betonu

Vodní součinitel betonu jednoduše říká, kolik vody směs obsahuje v poměru ke své hmotnosti. Dobu tvrdnutí významně ovlivňuje vodní součinitel betonu. Čím vyšší vodní součinitel je, tím více vody směs obsahuje a tím déle bude beton tuhnout a schnout. Čím více je v betonu vody, tím déle tvrdne. Mimo to je betonová konstrukce náchylná na tvorbu trhlin vlivem nadměrného smršťování betonu.

Přísady a příměsi v betonu

Příměsi a přísady v betonu zaujímají maximálně 5 % z celkové směsi. Některé z nich, především chloridy a dusičnany, mohou proces zrání značně urychlit. Především se jedná o chlorid vápenatý, který zkracuje čas tuhnutí, což má výsledný vliv na celkové tvrdnutí betonu.

Urychlení tuhnutí a tvrdnutí betonu je ve stavební praxi velmi důležitým a žádaným zásahem při zhotovování betonových prvků a konstrukcí. Základní funkcí přísad tohoto typu je urychlení nárůstu počátečních a krátkodobých pevností, spojené s urychlením vývinu hydratačního tepla a u mnoha přísad i zkrácení počátku a doby tuhnutí čerstvé betonové směsi. Použité přísady urychlující tuhnutí a tvrdnutí nesmějí mít nepřípustně velký vliv na dlouhodobé pevnosti a další fyzikálně mechanické vlastnosti betonu. Dosti často však ovlivňují reologii a stupeň provzdušnění čerstvé betonové směsi.

Čtěte také: Jak správně sušit kaštanové dřevo?

Některé přísady také snižují teplotu bodu tání ledu, čímž zabraňují zmrznutí záměsové vody v tuhnoucím betonu. Usnadňují tak betonáže za mrazu - u některých je uváděna použitelnost až do teploty -15 °C. Před aplikací urychlujících přísad je vždy třeba ověřit jejich účinky v závislosti na:

• Dávce přísady: Obecně platí přímá úměrnost mezi dávkou přísady a výší jejího účinku, neznamená to však, že dávku lze zvyšovat neomezeně. Vyšší dávky mohou tuhnutí příliš urychlit nebo je naopak zabrzdit.
• Druhu cementu: Urychlovače ovlivňují hydrataci v počátečních fázích, kdy do reakcí vstupuje ze slínkových minerálů především trikalciumaluminát. Cementy s vyšším obsahem strusky a jiných hydraulických příměsí mají nižší podíl tohoto minerálu.
• Druhu a dávce dalších použitých přísad: Například plastifikační přísady ovlivňují zpracovatelnost čerstvého betonu a nepřímo tedy jeho vodní součinitel, který má významný vliv na dosahované pevnosti.
• Teplotě čerstvé betonové směsi a teplotě okolí: Tyto faktory ovlivňují rychlost hydratačních reakcí, což platí obecně i při použití urychlujících přísad.

Urychlení tvrdnutí je požadováno v prefabrikaci, kde se tak dá urychlit oběh forem při betonážích monolitických železobetonových konstrukcí a obecně při betonážích za nízkých venkovních teplot, kdy se zkracuje doba pro odbedňování. Urychlení tuhnutí je potřebné při speciálních činnostech, jako je například torkretace, odstraňování následků různých havárií, kotvení velkých konstrukčních prvků a opravách betonových konstrukcí za provozu. Přitom je vždy požadováno i urychlení tvrdnutí betonu. Pro betonáže za mrazu je výhodou urychlený vývin hydratačního tepla a snížení teploty bodu tání ledu.

Přísady se dělí podle chemického složení:

Přísady na bázi CaCl₂, NaSCN, Ca(SCN)₂ a Ca(NO₃)₂ obecně vytvářejí při reakci s trikalciumaluminátem a vodou komplexní sloučeniny, které krystalují s velkým množstvím vody podobně jako ettringit, vznikající v počátečních fázích hydratace trikalciumaluminátu v přítomnosti sádrovce. Na rozdíl od něho ale nebrzdí další hydratační reakce, pouze odeberou přebytečnou vodu z hydratující směsi. Tuhnoucí směs je hutnější a počáteční pevnosti jsou tak vyšší.

Betonování v zimě a při nízkých teplotách

Na konci podzimu se stroje na mnoha stavbách zastaví a vyčkává se, až zase přijde teplejší období. Někdy ale není času nazbyt, a tak je potřeba v pracích pokračovat i během zimy. Zejména práce s betonem je v chladných dnech problematická, protože teplota zásadním způsobem ovlivňuje vlastnosti materiálu.

Čtěte také: doba schnutí stěrky při zateplování

Největším nepřítelem betonování v zimním období jsou samozřejmě nízké teploty. Při nich dochází ke zpomalení hydratace betonu, a tak přestává schnout. Technologický proces betonování je pevně zakotven v normách, konkrétně například v ČSN 73 2400. Podle ní nesmí teplota povrchu betonu klesnout pod 5 °C po dobu nejméně 72 hodin.

Pokud se chystáte betonovat a teploměr ukazuje každým dnem nižší teplotu, sledujte dlouhodobou předpověď - důležitá je již zmiňovaná hranice 5 °C. Pokud bude venkovní teplota několik dní po sobě (během dne i noci) tuto hranici přesahovat, máte jistotu, že požadavky na minimální teplotu betonové směsi splníte. To ale nutně neznamená, že se při nižších teplotách nedá pracovat s betonem.

Betonování je možné i při venkovních teplotách pod 5 °C. Je však nutné přijmout speciální opatření, která přinesou zajištění požadované teploty při jeho výrobě i tuhnutí a tvrdnutí. I betonárny jsou na betonování v zimě technologicky vybavené. Při výrobě a dopravě betonu používají nejen teplou vodu, ale často i ohřáté kamenivo. Když je potřeba spustit hydratační procesy betonu při nižších teplotách, používají se betony s větším vývinem hydratačního tepla.

Řešením je využití cementů s vyšším obsahem slínku. Vhodný je portlandský cement typu CEM I nebo směsný portlandský cement typu CEM II. Doporučuje se také používat cementy, které mají rychlý náběh počátečních pevností. Pro zlepšení hydratačních procesů lze do betonové směsi přidat přísady, které snižují množství záměsové vody a díky tomu urychlují tuhnutí a tvrdnutí betonu. Pro betonování v zimě se pak používají i speciální zimní přísady do betonáže.

Při betonování v zimě vás čeká obtížný úkol - musíte zajistit, aby po dobu 2 až 3 dnů neklesla teplota tuhnoucího betonu pod 5 °C. Po této době (respektive ve chvíli, kdy bude pevnost betonu nad 4 MPa) se beton stane mrazuvzdorným. Jak toho dosáhnout? V některých případech se přistupuje i k aktivní ochraně foukáním horkého vzduchu pod zaplachtovanou konstrukci či zapnutím elektrického ohřevu umístěného v bednění.

Rozhodnete-li se pro realizaci základové desky v zimním období, musíte počítat s vyššími náklady. Mnohé betonárny navyšují v období od listopadu do března cenu betonu o 5 až 10 % kvůli potřebným zimním opatřením. Betonování při teplotě pod 5 °C se prodraží kvůli nutnému použití betonu vyšší pevnostní třídy nebo přidávání zimních přísad. A budete-li chtít betonovat při teplotách -5 až -10 °C, prodraží se realizace až o desítky procent. V takovém případě musí totiž betonárna výrazně upravit recepturu betonu a přidat do něj superplastifikátory, které výrazně urychlí tuhnutí.

Vývoj stavebních materiálů jde stále kupředu. Díky tomu je možné betonovat až do venkovních teplot -10 °C. Realizace je však podstatně náročnější a dražší. Pokud nespěcháte, s betonováním raději počkejte na teplejší dny. Pokud ale nemáte na výběr, existují technologická řešení.

Ošetřování betonu po uložení

Pod pojmem ošetřování betonu se skrývá soubor opatření, která minimalizují negativní vlivy prostředí na čerstvý beton - například sluneční svit, vítr, déšť, a často i mráz. Na čerstvý beton uložený do konstrukce působí negativně vlivy prostředí, jakými jsou sluneční svit, vítr, déšť, často i mráz. Především je třeba zabránit vysoušení povrchu betonu, například vlivem vysokých teplot nebo větru, dále vyplavování cementu z povrchu betonu při silném dešti a promrznutí konstrukce při teplotách nižších než 0 °C.

Beton je třeba začít ošetřovat ihned po konečném urovnání jeho povrchu, tedy často už v průběhu betonáže. Avšak jakou metodou a jak dlouho budeme beton ošetřovat, je důležité rozhodnout již před samotnou betonáží. Vysoušení betonu je nežádoucím jevem zejména z důvodu nepředpokládaného dotvarování v konstrukci, což má negativní vliv na vlastnosti výsledného prvku. Čerstvé betonové směsi, obsahující urychlovače tuhnutí a tvrdnutí, je nutno zejména v letním období chránit během transportu před přehříváním a ztrátou vody. To platí pro jakoukoliv betonovou směs, ale směsi s obsahem urychlovačů jsou na zvýšení teploty a ztrátu vody citlivější.

Metody ošetřování betonu:

• Vysoušení betonu lze snadno bránit zakrytím fólií, obdobnou jakou přikrýváme nábytek před malováním. Na okrajích ji doporučujeme zatížit, aby pod ni nefoukalo.
• Další, často doporučovanou možností je vodní mlžení nebo vlhčení přes geotextilii (pro menší stavebníky postačí i starý koberec), které je vhodné zejména při betonážích větších ploch. Při vodním mlžení nebo vlhčení musí teplota vody odpovídat teplotě povrchu betonu, jelikož příliš studená voda vyvolá teplotní šok a v betonu mohou vzniknout trhliny.
• Dále je možné použít ošetřovací nástřik nepropouštějící vodu, který je potřeba aplikovat na povrch betonu ihned, jak je to možné.
• Po dostatečném zatuhnutí povrchu betonu jej rovněž lze zkrápět vodou (je ovšem lepší dát přednost mlžení).
• Bránit promrznutí betonu lze několika způsoby: na straně výrobce například ohřevem záměsové vody, kameniva a použitím betonů s vyšším vývinem hydratačního tepla; na stavbě pak zakrytím konstrukce nebo zaplachtováním části konstrukce a foukáním horkého vzduchu pod plachty.
• Využít lze i elektroohřev (infračervené ohřívače) betonu uloženého v bednění.

Volba konkrétního způsobu ošetřování závisí na konkrétní teplotě (mrazu), intenzitě větru, deště nebo sněžení a na tvaru a objemu betonované konstrukce.

Délka ošetřování betonu:

• Pro betony konstrukční (základy, opěry, překlady, nosníky, sloupy apod.) je dle náročnosti konstrukce počítat s ošetřováním po dobu několika dní i týdnů.
• Běžná doba ošetřování je přibližně jeden týden, což platí zejména pro jarní a podzimní měsíce.
• V zimním období, především u stropních desek, se beton ošetřuje až několikanásobně déle.
• Délku nutného ošetřování udává „specifikace provádění“ dle ČSN EN 13670, ve které lze z tabulek F.1, F.2 a F.3 odečíst minimální dobu nutnou pro ošetřování betonu.
• Pro podkladní betony a nekonstrukční betony postačí délka ošetřování 12 hodin.
• V parných letních dnech se doba ošetřování neprodlužuje, ale je nutné ji včas zahájit a náležitě zintenzivnit.

Konstrukce betonované v zemi, jako třeba základové či opěrné stěny, není třeba ošetřovat tak dlouho, jako betonové konstrukce na fasádách nebo sloupy. Tyto, často pohledové, konstrukce se ponechávají déle v bednění, a po odbednění se obalí například smršťovací fólií. Tím je zajištěna nejen ochrana před vysoušením povrchu, ale také před mechanickým poškozením.

Stanovení počáteční doby tuhnutí betonu

U důležitých konstrukcí podlah je bezpečnější zásada „lépe pozdě než brzy“. O něco později to maximálně bude chtít více úsilí. Příliš brzký vstup na místo však způsobí nevratné poškození betonové konstrukce.

Podle národní normy "Standardní zkušební metody pro chování běžných betonových směsí" je počáteční doba tuhnutí vědecky stanovena měřičem penetračního odporu.

Postup pro určení doby tuhnutí:

1. Maltu prosejte z betonové směsi a naložte do určené nádoby.
2. Od začátku lití v pravidelných intervalech (např. každých 15 nebo 30 minut) proveďte zkoušku penetračního odporu, dokud měření neodpovídá kritériu počáteční doby tuhnutí.

Příklady posouzení podle stop:

• Příliš brzy: Hluboké stopy, zjevné klesání a cementová kaše vytlačovaná kolem.
• Blízko počátečnímu nastavení: Hloubka stop je relativně mělká (asi 5 mm) a okraje stop jsou čisté, bez zjevného vysrážení kalové vody.

Příklady posouzení podle vrypu:

1. Postup: Pomocí hřebíku, šroubováku nebo mechanického hladítka vytvořte značku na betonovém povrchu.
2. Příliš brzy: Vryp se rychle uzavře a zaplní se cementovou kaší.
3. Blízko počátečního nastavení: Vryp si může zachovat svůj tvar, přičemž okraj je mírně zvednutý a již není uzavřen.

Vstup a provoz strojního hladítka nejsou dokončeny najednou, ale jsou prováděny po etapách. Operace se provádí pomocí kotouče (třecího kotouče). Stroj by neměl běžet příliš rychle.

tags: #doba #tuhnutí #betonové #střešní #konstrukce

Oblíbené příspěvky:

• inovace v betonových konstrukcích
• Výběr betonu a inovace v monolitických konstrukcích
• Více o komfortu a účinnosti střešních oken VELUX
• Komplexní služby Moniky Šindelařové pro vaše mazlíčky
• Jak vybrat a aplikovat zředěné fasádní nátěry