Novinky v oblasti betonu: Od udržitelnosti po high-tech řešení

Beton je po vodě nejvíce používaným materiálem na světě. Od silnic, po kterých jezdíme každý den, až po mosty, které nás spojují, je beton základním stavebním prvkem našeho moderního světa. Ve světě i u nás se v posledních letech klade velký důraz na udržitelnost. Ta postihla i betonový průmysl, který se začal zaměřovat právě na ekologické inovace. Tato snaha vedla k vytvoření takzvaného „zeleného betonu“.

Zelený beton a recyklace

Zelený beton je materiál vyrobený z recyklovaných zdrojů, jako jsou sklo, plast a dřevo, které by jinak skončily na skládkách. Koncept udržitelného betonu již dávno překročil hranice teoretických úvah a stal se součástí reálných stavebních projektů po celém světě. Mezi nejznámější stavby patří například One World Trade Center v srdci New Yorku, USA, nebo The Shard, londýnský mrakodrap, který patří mezi nejvyšší mrakodrapy v Evropě.

Asi myslíte použití recyklátu ze stavebních demolic v betonu. Odpověď bude podobná té o popílku: Je to desítky let známá a ověřená technologie. Nezapomeňme, že po druhé světové válce byla celá Evropa postavena s využitím sutí. Pokud se bavíme o 100% náhradě kameniva recyklátem, jsme schopni vyrobit bez problémů beton s pevnostmi do 25 MPa. Horší je to s modulem pružnosti a odolnosti betonu. Modul pružnosti se u betonu s přírodním kamenivem pohybuje okolo 30 GPa, u betonu s recyklátem jen asi 12 GPa. To znamená, že takový beton nelze použít na subtilní ohýbané konstrukce, např. strop nebo most. U mostů by ještě byly na překážu nižší odolnosti betonu s recyklátem vůči vlivům prostředí, zejména mrazu a solení. Ale skvěle se hodí na svislé stěnové konstrukce bytových či administrativních objektů zhruba do pěti podlaží. Takže použití recyklátu bude mít svou logiku, ale i některá omezení.

Rád bych uvedl na pravou míru prohlášení některých „nadšenců“ či nepoučených novinářů. Použití recyklátu do betonu ze stavebně demoličního odpadu (SDO) nás nespasí. Za prvé recyklát do betonu musí být pečlivě vytříděný, bez nečistot a správně nadrcený. Z toho plyne, že ne všechen SDO jsme schopni připravit do podoby použitelné v betonu. Ve skutečnosti s vynaložením vysokého úsilí zapracujeme asi 10 % z celkového odpadu. Za druhé i kdybychom dokázali zrecyklovat celý SDO, pokrylo by to asi 10 % z potřeb a plánů českého stavebnictví. Takže 10 % z 10 % je 1 %. Z toho plyne, že pořád budeme potřebovat využívat primární zdroje: přírodní písek a kamenivo.

3D tisk a samoléčivý beton

Druhou oblastí inovací je použití 3D tisku v betonové výrobě. Tato technologie umožňuje rychlou a přesnou výrobu betonových dílů bez potřeby těžkého strojního vybavení. Kromě toho technologie 3D tisku betonu nabízí možnost minimalizovat produkci odpadu a spotřebu materiálů, jelikož všechny součásti jsou vytvářeny přesně dle specifikací. Kromě toho se betonový průmysl začíná orientovat na digitální technologie.

Čtěte také: Sádra a cement v průběhu věků

Další revolucí v betonové výrobě je použití samoléčivého betonu. Tento materiál je vyrobený za použití speciálních bakterií, které se aktivují, když je beton poškozený. Jeden z velkých a zajímavých projektů, který využil samoléčivý beton, je most v nizozemském městě Wageningen nazvaný Healing Agent Enabled Structural Repair (HESPER) Bridge. Tento most byl postavený s cílem zkoumat a demonstrativně ukázat schopnost samoléčivého betonu v praxi. Most obsahuje speciální mikrokapsle s bakteriemi a kalciumlaktátem. Kapsle jsou umístěné v betonových částech konstrukce.

Vysokohodnotný beton (UHPC)

Co vás v poslední době ve světě betonu zaujalo? Pokud se bavíme v českém kontextu, tak je to použití UHPC (ultra-high performance concrete - vysokohodnotný beton). Jak název napovídá, jde o beton s vysokými pevnostmi a odolnosti dosahujícími 100 až 200 MPa, přičemž běžný beton má asi 30 až 50 MPa. Z jeho nejnovějších a mediálně nejznámějších aplikací zmíním rekonstrukci Barrandovského mostu (zde byl, opět nepoučenými novináři, označován za „superbeton“) nebo novou čerstvě otevřenou pražskou lávku přes Vltavu pro pěší z Holešovic do Karlína. UHPC je high-tech mezi betony. Česká republika má dost odborníků, kteří tuto technologii ovládají. Aktivní je v této oblasti i Česká betonářská společnost, která vloni pro UHPC vydala Technická pravidla 07.

Co je beton a jeho složení?

Beton není jen obyčejný stavební materiál. Od starověkých římských dob a po celou dobu své existence prokázal svou neuvěřitelnou flexibilitu a schopnost přizpůsobit se různým stavebním požadavkům. Beton je jedním z nejčastěji používaných stavebních materiálů na světě. Jeho obliba je dána jeho univerzálností, odolností a dlouhou životností. Asi každý ví, že je to směs vody, písku, kameniva a cementu. Odborníci dodají, že tam patří ještě přísady a příměsi. Nikdy vápno, za to se na stavebních fakultách vyhazuje od zkoušky.

Příměsi a přísady

V češtině se ta slova velmi podobají. Ve skutečnosti však představují dvě skupiny materiálů, které v betonu plní velmi odlišnou funkci. Přísady jsou chemické látky přidávané v malém množství pro zlepšení vlastností čerstvého nebo ztvrdlého betonu. Nejběžněji se používá plastifikátor pro zlepšení konzistence (zpracovatelnosti) betonu. Příměsi jsou hmoty vznikající jako odpad v jiných částech průmyslu. Některé z nich však v betonu dobře fungují, například popílek z uhelných elektráren, vysokopecní struska z výroby oceli a železa nebo tzv. křemičité úlety (mikrosilika) vznikající v hutnických procesech. Na rozdíl od přísad, které se dávkují v jednotlivých kilogramech na m3 betonu, příměsi se dávkují v desítkách kilogramů, někdy i 120 kg na m3 betonu.

Znamená to, že do betonu zpracováváte některé odpady? Ano, v betonu i cementu je to tak již několik desetiletí. První velkou akcí pro beton s popílkem byla výstavba orlické hráze na přelomu padesátých a šedesátých let minulého století. Jednalo se o recepturu speciálně vyvinutou právě pro Orlík. Popílek tam zajistil pomalejší náběhy pevností betonu, menší vývin hydratačního tepla a tím pádem omezený vznik trhlin. Od počátku sedmdesátých let pak začíná používání elektrárenského popílku i v běžných betonech. V roce 1975 u nás vyšla publikace Popílkové betony od autorů Bezděk/Arbes. Dnes je to normální součást betonu.

Čtěte také: Podrobný průvodce světem vibrátorů na beton

Výroba cementu a emise CO2

Výroba cementu je zatížena emisemi CO2. Abychom obdrželi cementový slínek, musíme prohnat namletý vápenec a vhodné jíly pecí s teplotou 1450 °C. Asi třetina vypuštěného CO2 pochází z ohřevu, zbylé dvě třetiny jsou „procesní“ neboli z tepelného rozkladu vápence.

Dá se s tím něco dělat? Dá a dělá. Za prvé naši kolegové cementáři v čím dál větší míře používají alternativní paliva. A za druhé vyrábějí směsné cementy. To jsou takové, kde je část slínku neboli toho, co musí projít pecí, nahrazena příměsemi s latentní hydraulicitou. Není to nic složitého, je to zase elektrárenský popílek a vysokopecní struska. Čím více strusky či popílku v cementu, tím méně vypuštěného CO2.

Teracové prvky a betonové stěrky

Teracové prvky lze vyrobit prakticky v jakémkoliv tvaru, který se vyskytuje na stavbě. Navíc za velmi zajímavé ceny pro investory. Výhodou je také možnost nejen tvarová, ale i s různou povrchovou úpravou. V posledním období jsme prováděli několik zajímavých drobných teracových prvků, které mají zajímavý tvar. Závěrem minulého roku jsme dokončili montáž čtyřramenného schodiště v novém pavilonu MOU v Brně. Schody v provedení L-profil, ve vzoru TA 221 tvoří hlavní schodiště uvedeného pavilonu. Podesty a mezipodesty byly následně provedeny v litém teracu.

Betonová stěrka na podlahu představuje moderní tenkovrstvé řešení, které umožňuje vytvořit souvislý bezespárý povrch s minimální konstrukční tloušťkou.

Ostatní inovace a novinky

Pevná skruž představuje zásadní prvek v moderním stavebnictví, zvláště v kontextu realizace náročných stavebních projektů jako jsou mosty, vysoké budovy, masivní vodorovné desky nebo tunely.

Čtěte také: Základy a pokročilé materiály pevnosti betonu

Bílý beton, tajemný a přesto tak známý materiál, je na první pohled možná jen další variantou tradičního stavebního materiálu. Přesto se za jeho nevinně bílou fasádou skrývá mnoho víc, než by se mohlo zdát.

Strop je vodorovná nosná konstrukce oddělující jednotlivá podlaží budovy. Slouží jako statický prvek v budově. Zajišťuje funkci jak protipožární, tak akustickou a vytváří pocit bezpečí a pohodlí.

Při pohledu do budoucnosti je jasné, že betonový průmysl zažívá období intenzivní inovace a změn, které mohou mít dalekosáhlé dopady. Je to tedy nejen otázka přizpůsobování se novým technologiím, ale také přehodnocení, jak pracujeme s jedním z nejdůležitějších materiálů v našem moderním světě.

Doprava a zpracování betonové směsi

Beton, jako stavební materiál, je prakticky neodmyslitelný pro dnešní infrastrukturu. Beton je materiál obsahující cement, který neodmyslitelně vyžaduje pečlivý přístup při zpracování a zejména ošetřování po provedení. Čím náročnějším podmínkám je beton vystaven, tím větší zřetel je nutné prováděné konstrukci věnovat. Jen tak minimalizujeme rizika, které mohou v konečném důsledku způsobit vady konstrukce a vysoké finanční škody. Mnoho chyb pramení nejčastěji z nedodržení základních technologických postupů, a to ať neznalostí nebo laxním přístupem.

Základní zásady práce s betonovou směsí

• Přesun betonové směsi z autodomíchávače nebo nákladního vozidla by měl být co nejkratší.
• Při dopravě a manipulaci s betonem je důležité dbát na to, aby se směs nerozmísila. To se může stát například následkem otřesů při dopravě betonu na korbě nákladního vozidla, transportem směsi pásovým dopravníkem s velkým úhlem stoupáním nebo volným pádem betonové směsi z větší výšky (více než 1 m).
• Betonáže je možné provádět až na vzdálenost 300 m nebo do výšky až 50 m a to s pomocí čerpadel. Betonáž na větší vzdálenosti nebo výšky je prováděná pomocí jeřábu a takzvané bádie - nádoby určené k transportu betonové směsi.
• Při dopravě a čerpání betonu je velmi důležité zohlednit klimatické vlivy. To znamená, aby v zimním období nedocházelo k namrzání směsi na sítech čerpadla nebo prutech výztuže v bednění.

Vliv teploty na betonáž

Teplota je pro beton jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících jeho kvalitu. Při nízkých teplotách se hydratace cementu zpomaluje a beton tuhne pomaleji. Pokud beton dosáhne teploty nižší než +5 °C, proces tuhnutí se takřka zastaví. Při vyšších teplotách se tuhnutí betonu výrazně zrychluje. Optimální teploty pro betonování jsou v rozmezí +15 až 25 °C. Tyto teploty lze např. během letních měsíců července a srpna jen stěží předpokládat - pokud by se neprováděla noční betonáž, kdy se teploty pohybují v přijatelné mezi. Bohužel v noci nastává jiné omezení a tím je hluk. Zpracovatel musí znát alespoň základní podmínky pro betonáž. Betonáž při vyšších teplotách je mnohem náročnější než při nízkých teplotách.

Minimální teplotu směsi +5 °C je potřeba udržet i po uložení do konstrukce po dobu alespoň 24 hodin. Beton se musí chránit před mrazem až do dosažení zmrazovací pevnosti Rz (tato pevnost je cca 5 MPa), což je cca po 2 dnech (může se lišit dle typu použitého betonu). Ale pozor - nesmí dojít k opakovanému zmrazování a rozmrazovaní v prvních 3 až 10 dnech dle typu betonu. Například beton C25/30 bude částečně odolný vůči zmrazovacím cyklům nejdříve po 3 dnech při tvrdnutí v okolní teplotě větší než +5 °C. Aby bylo možné používat beton při nízkých teplotách, je nutné používat vyšší pevnostní třídy betonu nebo upravit složení pomocí takzvané zimní směsi. K výrobě je používána teplá voda pro zajištění hydratačního procesu a dodání betonu v požadované teplotě. Zároveň se používají speciální přísady urychlující náběh pevností. Beton při hydrataci vytváří vlastní teplo, ovšem pokud bude venku velmi nízká teplota, mohl by zmrznout. Ledové krystaly by narušily nevytvrdlou strukturu cementového tmelu a došlo by k poklesu pevnosti betonu. Při následném odstraňování izolací je vhodné dávat pozor, aby nedošlo k příliš rychlému ochlazení povrchu betonu.

Při betonáži za vyšších teplot (nad +25°C) je bezpodmínečně nutné maximálně zkrátit dobu transportu a zabudování směsi. Betonová směs má se zvyšující se teplotou rychlejší náběh pevnosti a tedy rychleji tuhne a tvrdne. To s sebou přináší zároveň rychlý nárůst smršťovacího napětí a vysoké riziko vzniku trhlin. Konstrukci je tedy potřeba chránit vůči dalším tepelným ziskům, např. slunečním zářením. Renomovaní výrobci používají opatření omezující negativní klimatické vlivy operativními změnami receptur. Jednou z možností je použití různých cementů - portlandských, směsných nebo s různou jemností mletí -, což v kombinaci s vhodnými přísadami upravuje zpracovatelnost a tuhnutí čerstvé betonové směsi v daném období.

Hutnění a ošetřování betonu

Během ukládání betonové směsi je nutné provést hutnění. Způsob hutnění je volen podle druhu použité směsi a typu betonované konstrukce. Míra zhutnění má přímý vliv na výslednou pevnost betonu. Hutněním je potřeba minimalizovat objem kavern (prázdná místa) a to z dalšího důvodu - objem betonu, zejména ve stěnových konstrukcích, vyvíjí svou vlastní váhou vysoký tlak. Hutnění směsí s vyšší konzistencí je vždy prováděno tak, aby byla mechanickým pohybem vibrována směs, ale nikoliv výztuž. Vibrující výztuž může způsobit nestejnoměrnou hutnost betonu a tím související poruchy. Vibrování by mělo vždy probíhat v přiměřeném rozsahu, aby nedocházelo k rozmísení směsi.

Ošetřování betonu pro provedení je nejdůležitějším procesem. V běžných podmínkách je osvědčeným a často používaným způsobem ošetření plošných konstrukcí, např. základových desek, stropů nebo betonových komunikací, provedení povrchového parafínového nástřiku (curingu). Je nutné si však uvědomit, že ochrana tohoto typu vysychání zpomaluje, ale nezastavuje. Při vyšších teplotách v kombinaci se zvýšeným prouděním vzduchu (vítr, průvan) může docházet k velkému objemu ztráty vlhkosti a právě díky parafínu nemožnosti doplňovat do betonu vlhkost kropením. Konstrukce v důsledku smrštění popraská. V takových podmínkách je neúčinnější ochranou stálé doplňování vody nebo vytvoření parotěsné ochrany pomocí silnovrstvých fólií (min. tl 0,2mm). V případě betonáže na terén je vhodné před betonáži podklad nasytit vodou, která následně doplňuje odparem vlhkost do betonu. V zimním období je ošetřování minimální, pokud je zajištěná ochrana betonu popsaná výše. V případě teplot pod -10 °C je vhodnějším řešením odložit betonáž na příznivější počasí. Výroba, betonáž a opatření v těchto podmínkách realizaci značně prodražují. Je třeba také počítat s pomalejším nárůstem pevnosti betonu a s tím související potřebou delšího umístění v bednění, popř. do dosažení pevnosti min. 1. 2. 3. 4. Při poklesu venkovních teplot pod -10 °C povolit betonáže pouze po dohodě s technologem. Čerpání betonové směsi je možné do -5 °C.

Vliv neodborných zásahů

Kromě způsobu zpracování a klimatických podmínek ovlivňuje kvalitu betonu také neodborná úprava či zásah do receptury betonové směsi na staveništi.

• Dořeďování betonové směsi - ač je projektantem nebo statikem navržená konkrétní konzistence, dochází často řemeslníky k ředění, protože čím je betonová směs řidší, tím lépe se s ní pracuje. Je tím ovšem narušena její pevnost, jelikož pro každou konzistenci a požadovanou pevnost je odlišná receptura směsi.
• Přidáváním nevhodných příměsí, jakými mohou být i vlákna.

Odstranění bednění

U nenosných částí betonové konstrukce můžeme bednění odstranit hned, jakmile beton zachovává tvar konstrukce. Pro usnadnění odbedňovacích prací a k ochraně nákladného bednění se styčné plochy natírají ochrannými nátěry. Zejména dřevěné bednění se musí pečlivě impregnovat proti vlhkosti a chemickým vlivům cementu.

Konzistence a zkoušky betonu

Betonové směsi jsou vyráběny v několika úrovních konzistence, neboli stupně zpracovatelnosti od S1 až do S4. Stupeň S1 je směs zavlhlá, tedy určená pro přepravu sklápěcími vozy. Ostatní konzistence S2 až S4 jsou vhodné pro dopravu autodomíchávačem, konzistence S3 a S4 lze zároveň čerpat. Jednotlivé stupně zpracovatelnosti betonu se liší recepturou, je proto důležité zpracovávat směs v dané konzistenci.

Nejpoužívanější metodou zkoušky zpracovatelnosti je v České republice metoda Abramsova kužele, kdy se sleduje tzv. sednutí zhutněného kužele betonové směsi. Je-li potřeba dalších zkoušek, je nutné o tom předem informovat výrobce.

Zkouška pevnosti betonu se provádí odběrem vzorku čerstvé betonové směsi do normovaných forem. Tyto vzorky jsou následně uloženy po dobu 28 dnů do vlhkého nebo mokrého prostředí při teplotě +20 °C. Některé druhy betonu je potřeba testovat také na odolnost vůči mrazu, vodonepropustnost, odolnost proti posypovým solím nebo vůči obrusnosti. Vzorky odebírají a testy provádějí pouze proškolené osoby. Postupy výroby a zkoušení betonové směsi je prováděno v souladu se zavedeným systémem řízení výroby. Nad tímto systémem vykonávají dozor nezávislé akreditované orgány.

Tabulka: Stupně zpracovatelnosti betonové směsi

tags: #novinky #v #oblasti #betonu

Oblíbené příspěvky:

• Přečtěte si článek o Taurus Granit
• využití kašírované bílé lepenky v tisku
• návod na opravu poškozené laminátové podlahy
• Kompletní průvodce montáží kuchyňské linky v Liberci
• Vše o hutněném štěrku