Problémy s nadměrnou vodou v betonu: Příčiny, důsledky a řešení

V stavebnictví je beton základem všeho - základů, podlah, sloupů i vozovek. Voda je klíčovou složkou betonové směsi, která plní dvě zásadní funkce: umožňuje chemickou reakci zvanou hydratace cementu a ovlivňuje zpracovatelnost čerstvého betonu. Hydratace znamená jednoduše to, že se látka chemicky spojí s vodou. U betonu začnou vlivem této chemické reakce vznikat drobné krystalky, které se navzájem prolínají a spojují v mikroskopická zrna. Díky tomu beton postupně tuhne a získává svou pevnost. 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. Důležité je také použití kvalitní záměsové vody, která splňuje normu ČSN EN 1008.

Co se však stane, když je v betonu příliš mnoho vody? Přidání trochy vody navíc práci s betonem neusnadní. Příliš mnoho vody v betonu může ovlivnit jeho vzhled a strukturu, stejně jako jeho pevnost, trvanlivost a dlouhodobou výkonnost. Dobrou zprávou je, že tomuto problému lze předcházet a v mnoha případech jej lze vyřešit pomocí správné příměsi do betonu. Beton se vyrábí z vody, kameniva a přísad. Přebytek vody zvyšuje poměr vody a cementu, což přímo snižuje pevnost v tlaku. Voda stoupá na povrch a vytlačuje cement a jemné kamenivo. Výsledek? Zvýšená pórovitost, což vede k nižší pevnosti a trvanlivosti konstrukce.

Příčiny nadměrného množství vody v betonu

Pochopení příčin přílišného množství vody v betonu je klíčem k řešení problému a jeho prevenci.

• Zastaralé nebo špatně udržované vybavení míchárny (např. systémy měření vody) může mít za následek nepřesné měření, což vede k abnormálnímu přidávání vody.
• Za horkého a suchého počasí, aby betonový povrch neztrácel příliš rychle vodu, přidávají stavební dělníci někdy vodu k ochlazení a promazání, což může ve skutečnosti vést k nadbytku vody.
• Použití neočištěného písku, štěrku, zvětralé horniny apod. absorbuje vodu a uvolňuje vlhkost, což ovlivňuje přesné stanovení skutečné spotřeby vody.
• Při příliš dlouhé době přepravy se snižuje sklon betonu, a proto se pro obnovení zpracovatelnosti přidává voda.

Typy smršťování betonu

Praskliny v betonu ovlivňují nejen vzhled budov, ale také bezpečnost jejich konstrukce a životnost. Smršťování má několik příčin.

1. Chemické smršťování (Autogenní)

Jednou z hlavních příčin je, když objem složek před hydratací (cement a voda) má větší objem, než má pak výsledný vyzrálý beton. O samosmršťování hovoříme tehdy, když v uzavřené vnitřní struktuře betonu klesá vlhkost spolu s hydratací cementu. Výsledkem tohoto jevu je nenasycená voda v pórech. V důsledku toho vzniká podtlak a vyvolává samomrznutí betonu. Během hydratace cementu se absolutní objem systému cement-voda zmenšuje a vytváří se mnoho pórů. Hydratace však může být u vysokohodnotného betonu omezena díky nižšímu poměru vody k želíru a dodatečným jemným minerálním příměsím. Chemické smrštění by tedy bylo menší než u běžného betonu. Je pozoruhodné, že trhliny vzniklé autogenním smršťováním mají stále dopad na mikroskopickou strukturu betonu. V kombinaci s dalšími faktory může být také spouštěčem vzniku trhlin.

Čtěte také: jak vyčistit mastné skvrny z venkovní i vnitřní dlažby

2. Plastické smršťování (Vysychání)

Plastické smršťování se vyskytuje ve fázi plastu před vytvrzením. Beton ztrácí vodu na svém povrchu dříve, než zcela ztuhne, a uvnitř zůstává ve stabilním plastickém stavu. Takový rozdíl vytváří na povrchu tahové napětí. Jakmile toto napětí vzroste na více než tahové napětí, dochází k trhlinám. Vysoce výkonný beton se vyznačuje nízkým poměrem vody k želíru, menším množstvím volné vody a jemnými minerálními příměsemi, které jsou citlivější na vodu, což znamená, že nekrvácejí a rychle ztrácejí vodu. Díky těmto vlastnostem je u vysoce výkonného betonu vyšší pravděpodobnost plastického smrštění.

3. Smršťování při vysychání

Ke smršťování při vysychání dochází většinou při ztrátě vody v kapilárních nebo gelových pórech betonu v prostředí nenasyceného vzduchu. Vysokohodnotný beton má ve srovnání s běžným betonem menší pravděpodobnost vysychání díky své nízké pórovitosti. Kumulativní účinek vysychajícího smršťování však získává v masovém betonu určitou vážnou sílu. Úbytek vody v betonu je podobný úbytku vody v lidském těle, což způsobí změny vnitřní struktury.

4. Tepelné smršťovací napětí

Velkoobjemové betonové projekty náročné na pevnost vyžadují mnohem více cementu. To přináší více hydratačního tepla a systém se rychleji zahřívá na přibližně 35 až 40 ℃. Kromě počáteční teploty může nejvyšší teplota přesáhnout i 70 až 80 ℃. Beton má vlastnosti tepelné roztažnosti a smršťování za studena a koeficient tepelné roztažnosti (CTE) 10×10-6/℃. Při poklesu teploty o 20 až 25 ℃ můžeme vypočítat smrštění za studena přibližně (2 - 2,5)×10-4, zatímco hodnota meze pevnosti betonu je pouze 1 - 1,5×10-4. Napětí způsobené smršťováním za studena tedy může snadno překročit pevnost betonu v tahu. Kromě výše uvedených faktorů je další hlavní příčinou vzniku trhlin v betonu teplotní smršťovací napětí.

Síranová koroze v odpadních systémech

Síranová koroze velmi snižuje životnost železobetonových konstrukcí, a to především v částečně zaplněných kanalizačních sítích, kde jsou betonové stěny kanalizačních trubek vystaveny nejen síranům z odpadní vody, ale i kyselině sírové vznikající během biogenní síranové koroze činností bakterií. Proces biogenní síranové koroze vede k rozpínání a popraskání betonu a v konečné fázi až k jeho kompletnímu rozpadu. Primární reakcí síranových aniontů s hydroxidem vápenatým přítomným v cementovém tmelu totiž vzniká především sádrovec a objemný ettringit, jejichž tvorba je hlavní příčinou vzniku trhlin a rozpadu betonové konstrukce. Tento proces vede k rozpínání a popraskání betonu a v konečné fázi až k jeho kompletnímu rozpadu.

Koncentrace SO42− v kondenzátu na betonových stěnách kanalizačního systému může dosáhnout až 50 mmol‧l−1, což odpovídá 0,5% H2SO4. Po jednom roce v 0,5% H2SO4 došlo u všech sledovaných typů betonu k viditelné degradaci povrchu vzorků. Reakcí kyseliny sírové s cementovým tmelem vznikla bílá sraženina sádrovce a jeho postupným vymýváním došlo k obnažení kameniva. Vzorky umístěné v 5% Na2SO4 zůstaly beze změny a vzorky v odpadní vodě ztmavly, až zčernaly. U vzorků ponořených v kyselině sírové došlo pod vrstvou sádrovce k tvorbě vrstvy rezavého zbarvení. Tento efekt byl již v minulosti pozorován a bylo zjištěno, že se zde koncentruje železo ve struktuře amorfního charakteru, což nasvědčuje přítomnosti Fe(OH)3. Analýzou distribuce prvků bylo již dříve zjištěno, že po 6 měsících působení kyseliny sírové dochází ve struktuře vzorků k tvorbě zón, ve kterých se koncentruje síra, železo a hliník. Nejblíže k povrchu vzorků krystaluje sádrovec, tudíž je zde výraznější koncentrace síry. V případě použití výchozích surovin s vyšším obsahem železa (FA, PC, SRP), vyskytuje se v okolí krystalů sádrovce zóna bohatá na železo; v ní se koncentruje železo ve struktuře amorfního charakteru, což nasvědčuje přítomnosti Fe(OH)3. Dále lze u všech vzorků rozpoznat vrstvu s vyšším obsahem hliníku. V hlubších vrstvách vzorků jsou již koncentrace sledovaných prvků rozloženy stejnoměrně. Pomocí sondy EDX byla identifikována struktura bohatá na hliník jako hydratovaný Al(OH)3, který se zde vyskytuje v neobvyklé struktuře dutých tyčinek. Přítomnost Al(OH)3 je v betonech poměrně běžná a je způsobena řadou hydratačních reakcí C3A a C4AF. Ve vzorcích všech druhů betonů byla po 1 roce působení H2SO4 identifikována termicky nestabilní struktura složená ze vzájemně srostlých krystalů ettringitu a portlanditu.

Čtěte také: Využití jedlového dřeva ve stavebnictví

Bylo zjištěno, že kyselina sírová snižuje pevnosti v tlaku všech sledovaných typů betonu minimálně o 50 %. Největší pokles vykazoval beton s příměsí metakaolinu (MK). Na2SO4 a použitá odpadní voda nepředstavují pro sledované jemnozrnné betony z pohledu snížení pevností, nárůstu obsahu síranů a poklesu pH vodních výluhů významné korozní prostředí. V případě 5% roztoku Na2SO4 a odpadní vody byly po jednom roce působení zaznamenány vyšší hodnoty pevností v tahu za ohybu a v tlaku vůči počátečním hodnotám a to pro všechny typy betonů. V některých případech vykazovaly vzorky vyšší pevnosti v tahu za ohybu po 1 roce v 5% síranu sodném či odpadní vodě než po 1 roce v pitné vodě (PC, SRP, GBFS a FA). Celková porozita vzorků před působením korozních roztoků se pohybovala od 10 % (SRS) do 14 % (FA) a ve strukturách vzorků byly nejvíce zastoupeny póry s průměrem 0,05-0,1 µm. Po 1 roce působení korozních roztoků došlo u všech vzorků k poklesu celkové porozity. Nejvýraznější pokles byl pozorován u vzorků vystavených působení kyseliny sírové. Nejméně se změnila porozita vzorku MK (z 11 % na 10 %), největší rozdíl celkových porozit vykazoval vzorek PC (13 % vs. 9 %). Došlo též ke změně v zastoupení pórů. U všech směsí se zvýšil obsah pórů s průměrem menším než 0,05 µm. Snímky získané pomocí SEM potvrdily výsledky z měření porozit vzorků. Po ročním působení korozních roztoků došlo k zaplnění pórů produkty síranové koroze. Změna v mikrostruktuře byla nejvíce patrná u vzorků vystavených 0,5% H2SO4.

Síranová koroze jemnozrnných betonů: srovnání typů betonů po ročním působení 0,5% kyseliny sírové, 5% síranu sodného a roztoku simulujícího odpadní vodu v kanalizaci.

Prevence a řešení problémů s nadměrnou vodou a smršťováním

Oprava je jedna věc, ale prevence je vždy lepší. Nebojte se přílišného množství vody v betonu. Pokud tomu správně rozumíte a používáte správné přísady, můžete zlepšit, kontrolovat, a dokonce zvýšit výkon betonu.

1. Úprava složení betonové směsi

• Cement: Upřednostněte cement s nízkou a střední teplotou, abyste snížili hydratační teplo. Omezení množství cementu při zachování pevnosti a vlastností betonu, snížení nárůstu teploty.
• Agregáty: Zvolte vysoce kvalitní kamenivo se střední velikostí částic. Pro snížení smršťování betonu použijte více kameniva a méně cementové malty.
• Chemické přísady:
  • NOVASTAR Polykarboxylátový superplastifikátor (PCE) je vysoce účinný prostředek k redukci vody a je dobře rozpustný ve vodě. Dokáže zlepšit tekutost betonu a snížit množství cementu bez zvýšení spotřeby vody. Nízké dávkování tohoto reduktoru vody může přinést dobrou tekutost betonu.
  • Hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC) lze použít jako stabilizátor. Umožňuje rovnoměrné rozložení vlhkosti v celé směsi a zabraňuje oddělování vlhkosti (krvácení).
  • Přidání expanzivní přísady, která s postupem času naopak nabývá na objemu, může pomoci u chemického smršťování.
  • Aditiva mohou pomoci dosáhnout lepšího výkonu bez vysokého obsahu vody.
• Úprava dávky vody: U chemického smršťování se musí upravit dávka vody nebo se musí zvětšit frakce kameniva, protože kamenivo svůj objem nezmenšuje, upravuje se tak poměr mezi jednotlivými částmi. Plastické smršťování se upravuje snížením podílu vody (když je ve směsi méně vody, méně se jí také odpaří do okolí).

2. Správné postupy během betonáže a ošetřování

• Pro kontrolu tloušťky vrstvy a rychlosti lití nalévejte cement po vrstvách nebo úsecích. To má napomoci rovnoměrnému rozložení tepla uvnitř betonu a zabránit tepelnému namáhání nebo teplotním gradientům.
• Zhutněte beton, abyste zajistili ideální hustotu a zabránili tak praskání betonu.
• Po vylití betonu zakryjte izolační materiál proti vlhkosti, například plastovou fólií, abyste omezili odpařování a praskání. Okamžité zakrytí betonu fólií sníží odpar.
• Teplotu uvnitř i vně betonu regulujte rozprašováním vody na povrch. Beton se musí kropit, aby nedocházelo k rychlému vysychání. Samozřejmostí je pak kropení betonu. Ovšem tak, aby nedocházelo k vyplavování.
• Jako vždy je ovšem nejúčinnější posunout betonáž do doby, kdy jsou podmínky nejlepší, tedy nemrzne, nesvítí příliš slunce apod.

Čtěte také: JetSurf: Zkušenosti a dojmy

tags: #mastna #voda #z #betonu #co #je

Oblíbené příspěvky:

• Průvodce funkcemi a správou nástrojových lišt
• Použití překližky v truhlářství
• PATTEX Parket tmel
• Klíčové aspekty sklonu střechy a úřadů
• Materiály a nářadí pro nivelační stěrky od Stavmachem