PergolyKvalita vody do betonu: Klíč k trvanlivosti a odolnosti betonových konstrukcí
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. 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.
Dosáhnout kvalitního a odolného betonu není zcela samozřejmé - vyžaduje to důsledné dodržování technologických postupů počínaje pečlivou přípravou surovin přes vhodný výběr míchací techniky až po pečlivé uložení a ošetřování čerstvého betonu. Správné rozhodnutí v otázce typu betonu, míchačky a dávkování surovin může výrazně ovlivnit, zda bude dům po letech vykazovat jen minimální známky opotřebení, nebo se budou muset nákladně řešit poruchy a trhliny. Proto se vyplatí investovat čas a energii do studia problematiky nebo konzultací s odborníky.
Požadavky na záměsovou vodu
Používaná voda pro výrobu betonu musí v současné době vyhovovat požadavkům ČSN EN 1008 (73 028): Záměsová voda do betonu - Specifikace pro odběr vzorků, zkoušení a posouzení vhodnosti vody, včetně vody získané při recyklaci v betonárně, jako záměsové vody do betonu. Jakost záměsové vody při výrobě betonu může ovlivnit dobu tuhnutí, vývoj pevnosti betonu a ochranu výztuže proti korozi. Pokud je používaná voda pitná, je považována pro výrobu za vyhovující. Za stanovených podmínek je používána také voda ze zařízení pro zpracování zbytkového betonu (tzv. recykling).
Kromě pitné vody, která je použitelná bez omezení, avšak pořizovací náklady na ni jsou ze všech typů nejvyšší, je potřeba při použití ostatních typů (v ČR hlavně podzemní vody z vrtů a studní nebo povrchové vody z vodotečí či vodních nádrží) složení vody vyzkoušet a pravidelně kontrolovat. Ve vodě podzemní i povrchové se mohou vyskytnout náhlá zvýšení koncentrace látek nepříznivě působících na vlastnosti betonu. Mohou to být látky jak anorganického (chloridy, sírany, alkálie, těžké kovy), tak i organického (cukry, humusovité látky, řasy apod.) původu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat i vodě získané při recyklaci v betonárně. Tam se do jímek na recyklovanou vodu dostává voda z procesu rozplavování zbytků betonu vráceného ze stavby zpět na betonárnu, voda z oplachů autodomíchávačů a z výplachu míchaček při jejich čištění. V této vodě se vyskytují stopová množství přísad, jemné částice zhydratovaného cementu a jemné podíly z použitého kameniva.
Je důležité vodu použít k výrobě betonu na stejné betonárně (kompatibilita s používanými materiály, zejména přísadami), a pokud možno ji zpracovat v co nejkratším časovém úseku. Při výrobě betonu je potřeba voda k hydrataci cementu a voda k zajištění konzistence. Vlastní hydrataci cementu zajišťuje dávka vody v množství cca 25 % hmotnosti cementu. Pokud vezmeme v úvahu minimální množství cementu v 1 m3 betonu v rozsahu od 260 do 360 kg, je třeba zajistit hydrataci dávkou vody v rozpětí zhruba 50 až 90 kg. Další vodu je pak potřeba dodat k dosažení požadované konzistence. Její dávka závisí na povrchu zrn kameniva, které je třeba zvlhčit, čili na jejich tvaru a součtové (totální) křivce zrnitosti všech použitých frakcí. Celková potřebná dávka vody pro výrobu betonu (bez použití ztekucujících přísad) se pak může pohybovat v závislosti na obsahu cementu, maximálním zrnu kameniva a požadované konzistenci od 150 kg (minimální dávka cementu, konzistence S1, Dmax 22) do 300 kg (maximální dávka cementu, konzistence S4, Dmax 8). Pro výpočet vodního součinitele se používá tzv. účinný obsah vody, který se dělí hmotností cementu.
Čtěte také: Dřevěná podlaha a správná podložka
Přebytečná voda v betonu může způsobit zvýšenou pórovitost, což vede k nižší pevnosti a trvanlivosti konstrukce. Obecně lze říci, že čím více vody v poměru k cementu (vyšší vodní součinitel), tím je vyšší porozita, nižší hutnost a tím je i nižší odolnost a pevnost betonu.
Vliv vody na odolnost betonu
Abrazní odolnost betonu
Celá řada konstrukčních betonových prvků přehrad musí odolávat extrémnímu namáhání mrazem a abraze rychle proudící vody. V současné době probíhá nebo již proběhlo několik rekonstrukcí betonových přelivů či skluzů přehrad nebo jezů právě s požadavkem na zvýšenou odolnost proti abrazi. Z hlediska ČSN EN 206 jsou betony odolné proti abrazi stanoveny expoziční třídou XM, avšak kritéria hodnocení a metody testování jsou nedostatečné. Podle platných norem jsou betony určené pro stavbu nebo rekonstrukci betonových jezů, přelivů, vývarů nebo skluzů u přehrad většinou klasifikovány expoziční třídou XF3 a XM3. Tyto expoziční stupně jsou podle ČSN EN 206+A1 definovány pouze minimální pevnostní třídou, minimálním množstvím cementu a maximálním vodním součinitelem. Ani jeden z těchto parametrů však nepodává jasný a měřitelný obraz o dostatečné odolnosti vyrobených betonů proti abrazivnímu chování kapaliny, jejího proudění, unášení pevných látek a odolnosti proti působení mrazu.
Abraze je klasifikována jako fyzické opotřebení povrchu v důsledku cyklicky se opakujících dynamických sil a posunů. Odolnost proti abrazi lze tedy definovat jako schopnost odolávat opotřebení vlivem tření. V konkrétním případě u betonových jezů, přelivů či skluzů jsou tyto konstrukce namáhány zejména proudící kapalinou nesoucí s sebou pevné částice, popřípadě kavitací kapaliny, která vzniká při vysokých rychlostech proudící vody. V některých případech přepadových skluzů se v povodňových situacích uvažuje s rychlostí proudění vody až 20 m/s. Z pohledu samotné definice abraze je zřejmé, že pro dobrou odolnost je třeba zajistit dostatečnou tvrdost kompozitu, ale taktéž hladkost povrchu bez mikroporuch, které se stávají ložisky pro vznik kavitace a následné rychlé destrukce povrchů betonu.
Obrusnost betonu je ovlivňována celou řadou parametrů týkajících se samotné skladby směsi, ale taktéž jeho zhutněním a finálním zpracováním povrchů. Obecně lze tyto faktory rozdělit na primární a sekundární. Mezi primární lze zařadit složení betonové směsi a mezi sekundární například použití speciálních produktů umožňujících dodatečné vytvrzení povrchu. Jako nejvýznamnější parametry lze obecně jmenovat tvrdost povrchu a pevnost spojení kameniva a cementového tmele. Tyto dva faktory se vzájemně doplňují. U kameniva je třeba zajistit zejména jeho vysokou tvrdost a odolnost proti otlukovosti. Kamenivo tvoří základní kostru celého betonového kompozitu a jeho odolnost proti obrusu je znatelně vyšší než odolnost cementového tmelu. Pevná kameniva mají vynikající tvrdost, zároveň však mohou být značně křehká, proto je třeba používat kameniva dostatečně pevná a s dostatečně vysokou houževnatostí. Má-li beton vykazovat dobrou odolnost proti abrazi, musí jeho cementový tmel vykazovat dostatečnou pevnost zajišťující kvalitní propojení s kamenivem. Díky použití vhodné a dostatečně účinné superplastifikační přísady je možné silně redukovat vodní součinitel, který má přímý dopad na pevnost cementového tmelu.
Dostatečná pevnost cementového tmele je však často dosažená na úkor potřebné dávky cementu, popřípadě obecně pojivové báze, což může mít za důsledek vznik mikroporuch kompozitu vznikajících během hydratace, např. vysokými hydratačními teplotami v tvrdnoucím betonu. Jako vhodné se proto jeví používání příměsí snižujících vývoj hydratačních teplot betonu a jeho smrštění. Aktivní příměsi se navíc podílí na hydratačním procesu za dlouhodobé tvorby CSH gelů, a tím zahušťování mikrostruktury, která se tak stává pevnější a odolnější proti abrazi.
Čtěte také: Dřevěný strop: jaká rozteč?
Odolnost proti mrazu
Všechny konstrukce přicházející do styku s vodou u vodních nádrží musí v našich klimatických podmínkách odolávat prostředí mrazu. U konstrukcí vodních staveb se jedná převážně o betony XF3, pokud se nejedná o pojížděné hráze s aplikací posypových solí. V moderní technologii betonu se pro zlepšení odolnosti proti mrazu nebo proti mrazu a chemicky rozmrazujícím látkám používají tzv. provzdušňovací přísady. Vzduch v betonu však působí negativně na odolnost proti abrazi. Jako vhodné se proto na základě výsledků z praxe ukazuje výroba betonů bez dodatečného provzdušnění, ale dostatečně odolných pro prostředí XF3. Požadavek na trvanlivost vyjádřenou koeficientem mrazuvzdornosti z hodnot pevností v tahu za ohybu při průkazních zkouškách by měl být na min. 0,8.
Korozivní procesy v betonu
Betonové konstrukce, které jsou v trvalém kontaktu s tzv. měkkou vodou, je potřeba chránit. Měkká voda je běžné označení pro takovou vodu, jejímž původem je povrchový zdroj. Jedná se zejména o vody z řek, potoků, jezer nebo rybníků. Může ale také pocházet z vyčištěné vody, kde tato voda nebyla nikdy vystavena působení minerálních látek, iontů vápníku nebo hořčíku. Toto ochuzení o minerální látky je často doprovázeno také zvýšeným obsahem kyseliny uhličité v podobě uhličitanů a hydrogenuhličitanů, které mají pro stavební konstrukce destruktivní účinek kvůli rozpouštění vápna. Ze stavařského hlediska je třeba vidět souvislosti, pokud se tyto vody dostanou do trvalého kontaktu v betonových úpravnách pitné vody, připojených dopravních potrubích, čerpacích a sběrných nádržích. Při tomto procesu se z matrice pojiva rozpouštějí především vápenaté složky. Ve ztvrdlé cementové hmotě dochází k přemístění minerálních fází, rozpadu hydrosilikátů C-S-H fází a oslabení struktury, což vede k rozpouštění hlavních složek, jako jsou křemenné písky a štěrky. Aby se těmto korozním jevům zabránilo, jsou nové betonové konstrukce často chráněny speciální maltovou vrstvou nebo šlemem.
Doporučené přísady a příměsi
Moderní betonové směsi se bez speciálních přísad neobejdou. Například plastifikátory zlepšují zpracovatelnost směsi, aniž by se muselo přidávat více vody. Urychlovače napomáhají rychlejšímu tuhnutí betonu (vhodné například v zimních měsících), zatímco zpomalovače prodlužují dobu zpracovatelnosti (vhodné při vysokých letních teplotách).
Pro redukci objemových změn a následný vznik smršťovacích trhlin se dají využít tzv. protismršťovací přísady (SRA), které jsou na trhu běžně dostupné. Zřejmě nejefektivnější způsobem, jak omezit proces smršťování betonu, je vhodná volba vstupních surovin a použití těchto přísad. V rámci experimentu byl sledován vliv protismršťovacích přísad na objemové změny a tím redukce vzniku tzv. smršťovacích trhlin v betonu při současném sledování průběhu hydratace a vývinu hydratačních teplot.
Byly vybrány 3 typy protismršťovacích přísad, lišící se chemickou bází: první typ (C40) na bázi vícesytných alkoholů, druhý typ (C60) kombinací těchto alkoholů a povrchově aktivních látek, a třetí přísada (AD) ve formě syntetických glykolů. Jejich dávkování bylo 0,5 % a 2,0 % z hmotnosti cementu. Pro stanovení vlivu SRA na vývin hydratačních teplot byly připraveny pouze cementové pasty se stejným poměrem pojivové báze a chemických přísad. Z grafického průběhu hydratačních teplot cementových past jednoznačně vyplývá, že vyšší dávka SRA znatelně oddaluje průběh hydratace a celkově dosažená maximální teplota klesá. Na základě těchto výsledků lze předpokládat, že díky SRA bude silně ovlivněn samotný průběh objemových změn betonových směsí. Obecně pomalejší vývin hydratačního tepla spojený s rapidním poklesem maximální dosažené teploty směsi má velice kladný vliv na zabránění vzniku mikrotrhlin daných hydratačním procesem. Výsledky stanovení počátku a doby tuhnutí analyzovaných cementových past s SRA prokazují, že vyšší dávka SRA oddaluje počátek i konec tuhnutí cementové pasty a zároveň jsou patrné rozdíly mezi jednotlivými typy SRA.
Čtěte také: Montáž dřevěné podlahy na topení
Následné grafické průběhy objemových změn vyrobených betonových směsí ukazují na reálné možnosti redukce těchto objemových změn pomocí SRA. Z grafického průběhu je patrné, že SRA mají největší pozitivní dopad zejména na počáteční smrštění do 36 hodin stáří. Poté je u nižšího procenta dávkování obdobný průběh všech betonových směsí s SRA jako směsi referenční. Jiný trend průběhu objemových změn do 28 dnů stáří vykazují všechny SRA při jejich vyšším dávkování. Z hlediska účinnosti v porovnání s referenčním vzorkem lze jako nejúčinnější posoudit přísadu AD v dávce 0,5 % a C40 v dávce 2,0 %. Nejvyšší kladná hodnota ovlivnění smrštění v porovnání s referenční směsí byla 37 %.
Ve velké míře všechny dosažené výsledky korespondují s výsledky prováděných analýz na cementových pastách. Dle předpokladu byly u referenční směsi výsledné hodnoty smrštění po 28 dnech dosti výrazné, překračující hodnotu 0,750 ‰. U takto výrazného smrštění vzniknou mikrotrhliny, které mohou mít za důsledek snížení odolnosti kompozitu proti abrazi. Vzhledem k velikosti dilatačních celků u skluzů, které jsou minimálně 8 m při tloušťkách dna až 1 m, se trhliny mohou rozevřít řádově v mm.
Mezi portfolio některých firem zabývajících se výrobou přísad do betonu patří chemické látky způsobující dodatečné vytvrzení povrchu betonu. Aplikace těchto přísad je možná na již vytvrzený povrch nebo tzv. do živého betonu. Z hlediska chemismu se jedná o přísady obsahující látky reagující například s volným vápnem za tvorby novotvarů zahušťujících pórovou mikrostrukturu kompozitu. V rámci experimentu byly testovány 3 vytvrzovací přísady od různých producentů s aplikací dle technických listů. Následně byly všechny vyrobené betony testovány na odolnost proti obrusu dle ČSN 73 1324 metodou podle Böhma. Z testovaných betonů byly navíc vyrobeny zkušební desky, které byly podrobeny zkoušce odolnosti proti abrazi pomocí působení vysokotlakého vodního paprsku.
Zařízení slouží k produkování kontinuálního vodního paprsku s tlakem až 400 MPa a rychlostí působícího paprsku až 900 m/s. Směšovací komora v trysce paprsku slouží k případnému přidání abraziva do proudu kapaliny. V této práci byl použit pouze klasický (čistý) vodní paprsek. V rámci zkoušky byly vzorky podrobeny působení vodního paprsku pod úhlem 90 a 45 °. Vyhodnocením působení vysokotlakého vodního paprsku je stanovení průměrné hodnoty maximální hloubky rýhy vzniklé působením vodního paprsku.
Následující tabulka obsahuje výsledky stanovení obrusnosti vyrobených betonů bez a po aplikaci nátěru vytvrzující přísadou.
| Vzorek | Obrusnost (mm) | Zlepšení (%) |
|---|---|---|
| Beton bez přísady | 0,4 | - |
| Beton s přísadou A | 0,38 | 5,0 |
| Beton s přísadou B | 0,37 | 7,5 |
| Beton s přísadou C | 0,36 | 10,0 |
Ačkoliv výsledky zkoušky obrusnosti dle ČSN 73 1324 poukazují na částečné zlepšení odolnosti proti abrazi pomocí vytvrzovacích přísad, výsledné hodnoty nejsou nijak výrazně rozdílné. Jako alternativní zkouška bylo provedeno testování chování betonových povrchů opatřených vytvrzovací přísadou při působení vysokotlakého vodního paprsku. Během zkoušky byl na vzorek aplikován vodní paprsek o tlaku 80 MPa bez abraziva pod úhlem 45 nebo 90 °. V rámci několika provedených zkoušek bylo prokázáno, že ačkoliv při normové zkoušce ČSN 73 1324 není vliv těchto přísad příliš znatelný, jsou-li stejné betony podrobeny působení vysokotlakého vodního paprsku, dopad použití vytvrzovacích přísad se znatelně projevuje. Díky těmto experimentům byly ověřeny možné způsoby výroby vysokohodnotných betonů pro aplikaci na betony silně namáhaných abrazí a mrazem.
Využití dešťové vody ve stavebnictví
Nekonečným zdrojem užitkové vody je dešťová voda. Její výhodou je, že nezdražuje a popularitu si udržuje jak u chalupářů, tak novostaveb. Klimatické změny každoročně způsobují pokles množství srážek, který vede k častěji se opakujícím obdobím sucha. Ve společnosti se do popředí dostávají stále více otázky omezení zdrojů vody. Jako prospěšná náhrada vodních zdrojů se jeví využití dešťové vody. Stavebnictví, splachování či zalévání zahrady jsou činností, kde můžeme efektivně využít dešťovou vodu. Na trhu existuje několik druhů nádrží na dešťovou vodu. Mezi nejkvalitnější patří betonové nádrže. Betonová nádrž, ve srovnání s plastovou, je kvalitnější, trvanlivější, pevnější.
Kvalita dešťové vody je ve svém „vzniku“ považována za vodu destilovanou, jelikož k jejímu vzniku dochází odpařováním vody v troposféře a proto v ní nenajdeme žádné jiné rozpuštěné látky. Nicméně právě průchodem atmosférou dochází ke kontaktu s různými chemickými látkami. Kvalita této vody je v tomto prostředí zřetelně ovlivněna znečištěním vzduchu.
Znečištění již zachycené dešťové vody je trojího původu. Hodně známé je znečištění kyselinotvornými látky, ke kterým patří kyselina sírová, dusičná, chlorovodíková. Pocházejí převážně z průmyslových zdrojů znečištění, převažují nad zásaditými látkami (uhličitan vápenatý a hořečnatý, amoniakální dusík), pocházejícími především z přirozeného prostředí. Přesto k tomu „nejvýznamnějšímu“ znečištění patří rozpuštěné a nerozpuštěné látky v atmosférických srážkách, znečištění, které se během bezdeštného období nahromadí na povrchu území a během dešťové události je odváděno s dešťovou vodou, a znečištění, které vzniká při kontaktu dešťové vody s materiály na povrchu území.
Při stanovení velikosti znečištění v dešťovém odtoku je významná délka bezdeštného období, intenzita atmosférických srážek a objem dešťového odtoku. Téměř veškeré látkové znečištění, které se vyskytuje v dešťovém odtoku, vykazuje na začátku odtoku vyšší koncentrace než v jeho dalším průběhu. Když začne pršet, jsou vyplavována atmosférická znečištění a lehčí částice na zkrápěném povrchu. Znečišťující látky v atmosféře jsou jednou z příčin znečištění dešťového odtoku, především ve velkých městech a v průmyslových oblastech.
Dešťová voda není tedy čistý kondenzát, odráží jak přirozené pozadí zemského povrchu (mořské soli, erozi půdy), tak i znečištění lidskou činností, především kouřovými plyny a dopravou. Látky obsažené v atmosféře mohou být přenášeny na velké vzdálenosti. V dešťové vodě se tak projevují jak vlivy ze vzdálených oblastí, tak i lokální znečištění. Znečištění dešťové vody může být způsobeno také sloučeninami chloru, které vznikají ze spalování umělých hmot s obsahem PVC, zejména v městských a průmyslových spalovnách. Zdrojem zásaditých látek je jednak zemědělství (v hnojivech) a přirozené pozadí (uhličitany).
K znečištění dešťové vody může dojít i odtokem ze střechy, která obsahuje vysoký podíl rozpuštěných kysličníků (CO2 a SO2) a proměnlivý podíl organických látek, jako jsou pyly, klacíky, listí, ptačí trus, prach a choroboplodné zárodky. Podle dosavadních zkušeností je ale toto choroboplodné zatížení vody tak nepatrné, že při zodpovědném zacházení s dešťovou vodou nemůže dojít k ohrožení zdraví. Kvalita vody závisí také na druhu povrchu, ze kterého stéká. Tím, že přichází do kontaktu se střešní krytinou, odpadními troubami, filtry apod. je tato voda znečištěna.
Opotřebováním stavebních částí budov vlivem vody, slunce, mrazu a deště se uvolňují částečky krytiny střech, cihel, betonu, kovů, barev, asfaltu, skla apod. Tyto částice tvoří značnou část znečištění v dešťovém odtoku. Rozsah znečištění závisí na stavu objektu a použitém materiálu. Z některých druhů střešních krytin, jako jsou eternit nebo lepenka, se mohou do vody uvolňovat nežádoucí látky, proto je jistější dát přednost jiným materiálům.
Ošetřování betonu
Po uložení do konstrukce se beton nachází v tzv. raném stáří a je potřeba neprodleně zahájit jeho ošetřování po dobu nezbytně nutnou (viz ČSN EN 13670). Mezi nejčastější prostředky ošetřování betonu patří v celé jeho historii prokazatelně voda. Když se betonová konstrukce ocitne v provozu, nezbaví se působení vody, a to jak příznivého, tak nepříznivého. Zejména konstrukce vystavené vnějšímu prostředí se setkávají s přímým působením vody v různých formách, jakými jsou mlha, déšť, odstřiky, zemní vlhkost, tlaková voda, proudící voda, led či mořská voda. Na to je třeba dbát ve fázi projektu betonové konstrukce i při volbě a specifikaci použitého betonu.
Voda je transportní médium pro ionty či sloučeniny, a to oběma směry, transportní médium pro částice způsobující mechanické poškození betonu (obrus), a médium pro nastartování korozivních procesů v betonu. Pokud je třeba betonovou konstrukci z jakéhokoliv důvodu odstranit (ukončit její život), může být voda i v tomto případě nápomocna. Je přitom totiž možné použít např. řezání paprskem vysokotlaké vody.
Závěr
Voda je nejjednodušší součástí betonu jen zdánlivě. Jak bylo uvedeno výše, provází beton celý jeho život a musí být používána správně a s rozmyslem. Jen pro výrobu betonu v České republice v jednom roce, tj. pro 6 až 10 milionů m3, je potřeba zhruba 2 milionů m3 vody, což je zhruba 1/3 objemu vody v rybníku Rožmberk. Je tedy žádoucí s vodou i v případě výroby zacházet rozumně a šetrně. Zároveň je třeba řešit působení vody a v ní obsažených látek na beton včas již ve stadiu projektování. Tím je možno přispět k využití betonové konstrukce po celou dobu její plánované životnosti a předejít tak nutnosti její sanace či předčasné demolice.
tags: #kvalita #vody #do #betonu
