Komplexní průvodce pevností betonu: Od základů po pokročilé materiály

Pevnost betonu je klíčovou vlastností, která definuje jeho odolnost a vhodnost pro konkrétní stavební projekty. Řešíte, jaký typ betonu použít pro Vaši stavbu? Pochopení označení pevnostních tříd a faktorů ovlivňujících kvalitu betonu je nezbytné pro zajištění dlouhodobé bezpečnosti a odolnosti vaší konstrukce.

Pevnostní třídy betonu a jejich značení

Pevnost betonu definuje pevnostní třída. Dříve se pevnostní třída betonu označovala velkým písmenem B a číslem podle normy ČSN 732400. Tato norma je však zastaralá a nepoužívá se.

Místo ní platí od 1. 7. 2014 norma ČSN EN 206. Podle starého označení byl jeden z nejpoužívanějších typů beton B20. Dnes se betony označují značkou C následovanou dvěma čísly - válcovou pevností a krychelnou pevností v MPa, například C16/20.

• „C“ v C20/25 označuje slovo „Concrete“, což je v angličtině slovo beton.
• Čísla za „C“ nám říkají, jak silný beton je.
• První číslo (20 v C20/25) říká charakteristickou pevnost. To je minimum, jak silný beton by měl být, když je zatížený. Někdy se nazývá nominální pevnost a dává nám trochu víc prostoru.

Tyto hodnoty jsou důležité, protože každý stavební projekt má jiné potřeby. Pokud budujete něco, co nebude nést mnoho váhy, jako je malý zahradní chodníček, bude Vám stačit beton s nižší pevností. Pro základy běžných rodinných domů na rovinatých pozemcích je zpravidla dostačující beton C12/15 nebo již zmíněný C16/20. Beton na základovou desku bývá o třídu vyšší a pro monolitické stropy je nutné využít pevnostní třídu minimálně C20/25. My nabízíme konstrukční betony s pevnostní třídou od C12/15 až do C50/60. To znamená, že jsme schopni dodat i méně pevné nebo naopak mnohem pevnější betony, než je typický beton B20.

Specifikaci (pevnost) betonu vždy naleznete v projektové dokumentaci. Výše uvedené specifikace betonů (C25/30 apod.) nelze brát jako doporučení.

Čtěte také: Podrobný průvodce světem vibrátorů na beton

Zkoušení a stanovení pevnosti betonu

Pevnost betonu (Stress strength of concrete) je velikost napětí dosaženého v místě porušení při zániku celistvosti betonu. Jednodušeji řečeno: je to pevnost betonu, při které se zkušební těleso poruší. Podle tvaru zkušebního tělesa, na kterém se zkouška provádí, jde buď o pevnost v tlaku krychelnou nebo válcovou. K rozdělení na třídy podle pevnosti v tlaku se používá tabulka 7 normy ČSN EN 206+A2 pro obyčejný a těžký beton a tabulka 8 téže normy pro lehký beton. Pevnost v tlaku fck,cyl se stanovuje po 28 dnech na válcích o průměru 150 mm a délce 300 mm, nebo fck,cube na krychlích o délce hrany 150 mm. Pro širší možnost vyhodnocení bylo pro každou sérii zkoušek vyrobeno 6 krychlí a 3 válce. Vyhodnocením zkoušek krychelné a válcové pevnosti v tlaku je možné velmi dobře rozlišit příznivý vliv drátků. Pevnost v tlaku však velmi výrazně závisí také na orientaci vláken a ta může mít za následek, že výsledná pevnost v tlaku s množstvím přidaných drátků klesá.

Pevnost v tahu u drátkobetonu

Beton patří ke kompozitním materiálům s výrazně rozdílnými pevnostmi v tlaku a tahu. Pevnost v tahu je obvykle pouze kolem 1/10 pevnosti v tlaku. Zvýšení pevnosti betonu v tahu je možné přidáním drátků do betonu. Drátkobeton patří do širší skupiny vláknobetonů. Vláknobeton existuje v celé řadě variant, které se liší použitým materiálem a tvarem vláken. V některých případech je výhodnější využití drátkobetonu ve srovnání s prostým betonem nebo železobetonem. Jedná se zejména o návrh průmyslových podlah a základů.

Testování pevnosti betonu v jednoosém tahu je však náročné a často vzniká rozptyl naměřených hodnot. Mezi obvyklejší metody zkoušení patří testování pevnosti v tahu za ohybu. Konfigurace testů se liší rozměry zkušebních vzorků, metodou zkoušení a úpravou vzorků. Jedná se zpravidla o tříbodové nebo čtyřbodové zkoušky, vzorky se často upravují s vrubem do 1/3 výšky průřezu nebo alternativně 25 mm. Použitá betonová směs patří do skupiny běžných betonů určených pro konstrukční účely (např. základy, podlahy). Laboratorní program zkoušení byl rozdělen do čtyř částí. Zkušební série zahrnují vzorky bez drátků a vzorky s drátky s dávkováním drátků 25, 50, 75 kg/m3. Zkoušky v příčném tahu velmi dobře ilustrují vliv drátků na růst tahové pevnosti, a to i při množství drátků 25 kg/m3. S větším množstvím drátků však také roste rozptyl naměřených hodnot tahových pevností.

Z provedených zkoušek je možné stanovit funkční závislost mezi množstvím drátků v betonu a pevností v tahu za ohybu. Získané funkce velice dobře vystihují rostoucí trend tahové pevnosti. Nižší hodnoty mají tahové pevnosti čtyřbodové zkoušky. Důvodem je větší oblast, kde se tahová trhlina může lokalizovat. Zkoušky pro určení tahové pevnosti v ohybu nebo pevnosti v příčném tahu je možné využít k dopočtu pevnosti v jednoosém tahu pomocí známých vztahů, které jsou ověřeny na velkém množství experimentů. U betonu nižších pevností se doporučuje volit součinitele u dolní hranice.

Tabulka: Vliv drátků na pevnost betonu v tlaku a tahu

Následující tabulka ukazuje přibližný vliv přidání ocelových drátků na pevnost betonu v tlaku a tahu, vycházející z experimentálních dat.

Čtěte také: Průvodce výběrem kotevní techniky

Poznámka: Hodnoty pevnosti v tlaku a tahu jsou orientační a závisejí na mnoha dalších faktorech, jako je složení betonu, typ cementu, vodní součinitel, technologie zpracování a ošetřování. Rozptyl hodnot může být u vyšších dávek drátků výraznější.

Normy a certifikace cementů

ČSN EN 197-1 ed. 2 a cementy Účelem pomůcky je stanovit složení, požadavky a kritéria shody cementů pro obecné použití. Zahrnuje všechny cementy pro obecné použití, které byly příslušnými národními normalizačními orgány v rámci CEN označeny jako tradiční a dobře osvědčené. Byly zavedeny druhy, vycházející ze složení a třídění založeného na pevnosti s cílem zařadit různé cementy.

Norma definuje a určuje specifikace pro 27 jmenovitých cementů pro obecné použití, 7 síranovzdorných cementů pro obecné použití, jakož i pro 3 jmenovité vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a 2 síranovzdorné vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a pro jejich složky. Definice každého cementu zahrnuje poměry složek, jejichž kombinací je možno vyrobit určitou skupinu výrobků v rozsahu devíti pevnostních tříd. Definice zahrnuje rovněž požadavky na složky, které musí být splněny, a mechanické, fyzikální a chemické vlastnosti. Norma určuje rovněž kritéria shody a postupy pro jejich stanovení.

Složení cementu

Cement je hydraulické pojivo, tj. jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši, která tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a procesů. Po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě. Cement podle EN 197-1, označovaný jako cement CEM, musí při odpovídajícím dávkování a smíchání s kamenivem a vodou umožnit výrobu betonu nebo malty zachovávající po dostatečnou dobu vhodnou zpracovatelnost.

• Portlandský slínek se vyrábí pálením nejméně do slinutí přesně připravené surovinové směsi (surovinové moučky, těsta nebo kalu) obsahující prvky, obvykle vyjádřené jako oxidy CaO, SiO2, Al2O3, Fe203 a malá množství jiných látek. Portlandský cement a podobné materiály jsou vyráběny pálením vápence (zdroj vápníku) s jílem nebo s pískem (zdroj křemíku), čímž vzniká tzv. slínek, ke kterému se v procesu mletí přidá sádrovec, který slouží jako regulátor tuhnutí.
• Granulovaná vysokopecní struska vzniká rychlým ochlazením vhodně složené struskové taveniny vznikající při tavení železné rudy ve vysoké peci.
• Pucolány jsou přírodní látky křemičité nebo křemičito-hlinité, popřípadě kombinace obou.
• Popílek se získává elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím. Popílek zlepšuje vlastnosti čerstvého betonu, zejména čerpatelnost a homogenitu a ve ztvrdlém betonu zlepšuje jeho odolnost vůči působené vody.
• Křemičitý úlet vzniká při redukci křemene vysoké čistoty uhlím v elektrické obloukové peci při výrobě křemičitých nebo ferrokřemičitých slitin a sestává z velmi jemných, kulovitých částic obsahujících nejméně 85 % hmotnosti amorfního oxidu křemičitého.
• Doplňující složky jsou zvlášť vybrané anorganické přírodní látky, anorganické látky pocházející z procesu výroby slínku nebo složky uvedené výše, pokud nejsou v cementu použity jako složky hlavní.
• Síran vápenatý se přidává k ostatním složkám cementu v průběhu jeho výroby za účelem úpravy tuhnutí.
• Přísady pro účely této normy jsou látky, které nejsou uvedeny výše.

V souboru cementů je podle ČSN EN 197-1 ed. 2 27 výrobků pro obecné použití. Evropská norma ČSN EN 197-1 ed. 2 specifikuje celou skupinu portlandských cementů směsných CEM II, které obsahují kromě portlandského slínku jedinou hlavní složku. Portlandské směsné cementy další skupiny obsahují kromě slínku více než jednu hlavní složku. V českých podmínkách jde hlavně o strusku (S), vápenec (L, LL) a popílek (V). Portlandské cementy s vápencem obsahují kromě slínku, jakou jedinou hlavní složku vápenec (L, LL). Kvalitní a trvale dostupné vápence s minimálním obsahem jiných doprovodných látek umožňují vyrábět pro zákazníka cementy s trvale stabilními vlastnostmi. Každá z hlavních složek má jiný vliv na vlastnosti cementu a jejich optimální kombinace dovoluje vyrobit cement právě požadovaných vlastností. Jemně mletý vápenec má přímý vliv na zlepšení zpracovatelnosti, snížení nebo odstranění odlučivosti vody a stabilizaci barevnosti betonu, na druhé straně může snižovat konečné pevnosti. Struska s popílkem snižují naopak počáteční pevnosti, příznivě však ovlivňují plynulost nárůstu pevností a dosahování vyšších konečných pevností. Dále tyto složky obvykle zvyšují odolnost betonu proti agresivnímu prostředí, zejména proti síranové agresivitě.

Čtěte také: více o Polystyrenbetonu

Třídy normalizované pevnosti cementu

Normalizovaná pevnost cementu je pevnost v tlaku, stanovená podle EN 196-1 po 28 dnech. Rozeznávají se tři třídy normalizované pevnosti: třída 32,5, třída 42,5 a třída 52,5. Počáteční pevností se rozumí pevnost v tlaku buď po 2 dnech, nebo po 7 dnech. Rozeznávají se tři třídy počáteční pevnosti pro každou třídu normalizované pevnosti: třída s normálními počátečními pevnostmi značená písmenem N a třída s vysokými počátečními pevnostmi značená písmenem R a třída s nízkou počáteční pevností značená písmenem L.

Počátek tuhnutí a objemová stálost (rozepnutí) musí odpovídat údajům v tabulkách norem. Cementy pro obecné použití s nízkou počáteční pevností mají nižší počáteční pevnosti ve srovnání s ostatními cementy pro obecné použití stejné třídy normalizované pevnosti a mohou být požadovány dodatková opatření při jejich použití, jako je prodloužení doby bednění a ochrana při škodlivém počasí. Síranovzdorné cementy pro obecné použití musí odpovídat dodatkovým požadavkům. Čím je vyšší pevnostní třída cementu a čím méně obsahuje příměsí, tím rychleji probíhá jeho tvrdnutí a tuhnutí a cement je vhodný např. do konstrukcí s požadavky na krátké odbedňovací lhůty nebo pro zimní betonáže. Naopak cementy nižších tříd s vysokým obsahem příměsí tuhnou a tvrdnou pomaleji.

Doba tvrdnutí a zrání betonu

Máte vybetonováno a nevíte, zda již můžete začít s dalšími stavebními pracemi? Beton tvrdne zpravidla několik týdnů, ale dostatečné pevností dosahuje již po několika dnech. Při betonování podlah, nebo základové desky však není třeba čekat tak dlouho. Beton zraje celkem 28 dní, po kterých získává 100 % uváděné pevnosti. Doba tvrdnutí se dělí na tuhnutí a tvrdnutí betonu. Dobu tvrdnutí významně ovlivňuje vodní součinitel betonu. Čím více je v betonu vody, tím déle tvrdne. Mimo to je betonová konstrukce náchylná na tvorbu trhlin vlivem nadměrného smršťování betonu.

Faktory ovlivňující dobu zrání betonu

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. Vhodné je také konstrukce ošetřovat vodou, aby nedocházelo k nadměrnému vysychání betonu. Ideální teplota pro betonování je v rozmezí 15 - 25 °C. Při této teplotě dochází k optimálnímu procesu zrání betonu. Čím je teplota vyšší, tím beton rychleji tvrdne. Minimální teplota pro betonování je 5 °C.

Složení betonu a jeho vlastnosti

Beton je směs cementu, hrubého kameniva a drobného kameniva, vody, přísad do betonu a příměsí do betonu. V čerstvém stavu je beton dobře zpracovatelný, naopak ztvrdlý beton má vysokou pevnost v tlaku (nikoli však v tahu), je trvanlivý a nehořlavý a lze jej opravit, ale i poměrně dobře recyklovat. Má velmi dobrou schopnost tepelné akumulace. V moderních konstrukcích se setkáváme nejčastěji s tzv. železobetonem, tj. armovaným betonem. Ten je tvořen betonem vyztuženým ocelovými pruty a sítěmi nebo dráty.

Kamenivo a voda

Kamenivo je sypký materiál jako např. písek, štěrk, drcený kámen apod. Spolu s vodou a cementem je nezbytnou součástí při výrobě betonu. Dělí se na jemné kamenivo a tvrdé kamenivo. Frakce kameniva - kamenivo se třídí do tzv. Hrubé kamenivo je kamenivo vyšší frakce a tzv. drcené kamenivo. Drcené kamenivo vzniká drcením kamene v kamenolomu či jako odpad při lámání. Drobné nebo také jemné kamenivo je obvykle tzv. písek či štěrk s jemností zrna do 4 mm. Můžeme také hovořit o jemném kamenivu s frakcí 0 - 4. Štěrk či písek jsou obvykle těženy ze svých přírodních nalezišť.

Přidáním vody do směsi pro přípravu betonu to vše začíná! Po přidání vody dochází k chemické reakci, tj. hydrataci cementu a krystalizaci zrn a tím i vytváření pevné vazby v betonu, tj. k jeho tvrdnutí. Správnější je hovořit o tzv. hydrataci cementu, přesněji hydrataci cementových zrn. Po smíchání cementu s vodou dochází vlivem chemických reakcí ke vzniku jemných krystalků, které vzájemně prorůstají. Voda použitá jako záměsová i ošetřovací musí být čistá, tj. bez chemických přísad a příměsí, které by mohly nepříznivě ovlivnit proces hydratace cementu. Pro přípravu i ošetřování betonu je vhodné použít pitnou vodu, ovšem i ta může být nevhodná, pokud obsahuje příliš velké množství minerálů.

Přísady a příměsi zlepšující vlastnosti betonu

Při výrobě betonu je dnes běžné a neodmyslitelné používání přísad stavební chemie. Vzhledem k široké variabilitě různých vlivů prostředí lze velmi obtížně obecně definovat vhodnost použití konkrétního druhu portlandského směsného cementu pro konkrétní situaci. Z tohoto důvodu je v normě na beton EN 206+A1 zaveden obecný popis prostředí a jsou klasifikovány různé stupně vlivu prostředí, které jsou informativně doplněny konkrétními příklady.

• Provzdušňovače - vytvářejí v čerstvém betonu velké množství uzavřených vzduchových pórů (miliardy drobných bublinek), používají se u betonů vystavených účinkům mrazu a při vysokých požadavcích na pevnost.
• Plastifikátory (tzv. vodoredukující přísady) - zlepšuje zpracovatelnost betonové směsi. Super a hyper plastifikátory dokáží upravit reologii a dobu zpracovatelnosti čerstvého betonu na zákazníkem požadovanou hodnotu.
• Urychlovače tuhnutí - urychlovač tvrdnutí je bezchloridová přísada do betonu.
• Superplastifikátory (tzv. změkčovadla) - tyto přísady snižují obsah vody o 12 - 30% a přidávají se do betonů s nízkým sednutím a vodním součinitelem, aby zvýšily tekutost betonu.
• Inertní příměsi jsou inertní vůči procesu hydratace a ovlivňují vzhledové nebo mechanické vlastnosti betonu. Typickou inertní příměsí je pigment, viz barva na beton.
• Latentně hydraulické příměsi se účastní procesu hydratace cementu a obvykle mění mechanické vlastnosti výsledného betonu. Typickým příkladem je tzv. popílek.

Betonářská ocel

Betonářská ocel se dodává v tloušťkách od šesti do dvaceti osmi milimetrů. Pruty betonářské oceli pro armování betonu nejsou hladké, ale mají žebrovaný povrch. K zabudování do překladů nebo betonových nosníků, základů apod. se ocelové tyče spojují do tzv. košů či armokošů. Šesti nebo osmimilimetrové tyče jsou ohnuty do obdélníkových rámů, tzv. třmínků. Do nich jsou poté zasunuty dlouhé tyče, které jsou s třmínkem svázány drobným drátkem nebo jsou přivařeny. Betonářská ocel v podobě tzv. kari sítě je používána pro vyztužení vodorovných betonových ploch, typicky podlah, stropů apod. Mírný stupeň zarezivění povrchu betonářské oceli není na závadu, protože koroze na povrchu je tvořena oxidy železa, které zvětšují morfologii (drsnost) povrchu, ten pak do betonu lépe „zapadne“.

Praktické aspekty betonování

Beton standardní kvality, který je vhodný pro běžnou výstavbu je míchán v poměru 1:3:4 (tedy z 1 lopata cementu, 3 lopaty písku a 4 lopaty štěrku), případně 1:2:4.

Míchačky a bednění

Oblíbeným postupem přípravy betonu je za použití tzv. míchačky na beton či prostě jen míchačky. Míchačka na beton slouží k promíchání směsi na beton, tj. cementu, drobného a jemného kameniva, vody a případně dalších přísad a příměsí. Před uložením betonu do připraveného objemu je třeba zajistit velmi dobré promísení.

Bednění je dočasná nebo trvalá (viz ztracené či tzv. zabudované bednění) pomocná konstrukce jejímž účelem je vymezení (ohraničení) objemu v němž má beton či železobeton vytuhnout do žádaného výsledného tvaru. Ztracené bednění, či lépe zabudované bednění, je forma pro uložení čerstvého betonu, která se neodstraňuje a zůstává trvalou součástí vybudované konstrukce. Při stavbě rodinných domů, menších opěrných zdí apod. se nejčastěji používají tzv. tvárnice ztraceného bednění.

Úpravy betonu

• Barva na beton, či spíše barevný pigment do betonu je anorganická nebo organická příměs do betonu, která má za cíl ovlivnit výslednou barvu vzniknuvšího betonu.
• Broušením beton získává jiný vzhled, který je, při dobře odvedené práci (a volbě vhodných nástrojů a především brusiva), pohledově atraktivnější. Brusky na beton, též sanační brusky jsou nářadím pro povrchové úpravy betonu. Aplikace je vhodná například pro odstraňování zbytků bednění a betonu, vyrovnávání, čištění nebo lehké zdrsnění podlah, zdí a stěn. Pro dělení betonu řezáním jsou pak nejčastěji používané výkonné úhlové brusky, se speciálními diamantovými kotouči, případně tzv. řezačky na beton. Tzv. hrncové brusné kotouče na beton jsou určeny pro zabrušování betonu zvládnou však i broušení kamene, mramoru a dalších tvrdých nekovových materiálů. Oproti běžným diskovým kotoučům mají tvar podobný hrnci, ze kterého při broušení postupně ubývá brusivo.
• Hydroizolace betonu: Hlavním účelem hydroizolace na beton je zajištění ochrany před průnikem vlhkosti skrz beton. V případě tekuté krystalizační hydroizolace pronikají její chemické složky kapilárami betonu a následně krystalizují (do vodou nerozpustné látky) a utěsňují tak veškeré mikrotrhliny. Hydroizolační materiál zvyšuje trvanlivost betonu tím, že se po nanesení stává jeho nedílnou součástí a ochraňuje tak konstrukci proti poškození vodou nebo agresivními roztoky.

tags: #pevnost #betonu #rbe #meteni #informace

Oblíbené příspěvky:

• Srovnání grilů na dřevo
• Broušené OSB desky s perem a drážkou
• Rozměry prken pro lavičku
• komplexní řešení pro stavební projekty
• Syrovátkový proteinový koncentrát