Betonáž pod vodou: Technologické postupy a požadavky na kvalitu

Beton je tradiční kompozitní stavební materiál, který se skládá z pojiva (cement), plniva (kamenivo a písek). Po zatuhnutí pojiva vznikne pevný umělý slepenec. Nejčastěji se používá cementový beton. Ať už je beton použit na suchu nebo pod vodou, jeho vlastnosti se tím nemění. Ukládání betonu pod čáru ponoru se nazývá podvodní betonáž. Tato technika betonáže je v našich geografických podmínkách spíše ojedinělou záležitostí. Nejčastěji se k ní přistupuje při vytváření základových konstrukcí mostů a při zhotovování vodohospodářských děl.

Historie a principy tvrdnutí betonu

Poprvé byl beton použit v antice. Ovšem takzvaný hydraulický beton, který byl podobný tomu, jaký se používá dnes - pojiva na bázi hydraulických vápen, přírodního či portlandského cementu, můžeme datovat do starověkého Říma. Mohla proto vznikat významná inženýrská díla - stavby, mosty, akvadukty či přístavní hráze. Se zánikem starověkého Říma se však znalost této technologie ze světa ztratila a objevila se až ve středověku, opět však bez další návaznosti. Ze středověku je dobré zmínit český unikát - bylo prokázáno, že při stavbě Karlova mostu byl použit velmi kvalitní maltový beton s hydraulickým pojivem ve stylu antických betonů.

Během hydratace a tvrdnutí betonu probíhají fyzikální a chemické procesy, při kterých se uvolňuje teplo. Beton při nich získává mechanickou pevnost, odolnost a dosahuje chemické stability. Beton neztvrdne tím, že vyschne, ale že postupně během týdnů vykrystalizuje. Beton při tuhnutí není závislý na atmosféře, a proto tuhne i pod vodou. Proces hydratace začíná, jakmile dojde ke kontaktu cementu a vody. Tento proces beton zpevňuje. Ve srovnání s betonem na suchu si však beton ponořený do vody mnohem lépe udržuje vlhkost.

Požadavky na betonovou směs pro podvodní betonáž

Pro zajištění trvanlivosti a udržitelnosti betonu ponořeného do vody se používá betonová směs optimalizovaná pro tuto konkrétní aplikaci. Jedním z nejdůležitějších bodů je potřeba, aby byl beton pod vodou konzistentní a měl správnou tekutost. Pro tento typ betonáže platí několik požadavků a pravidel:

  • doporučeným stupněm konzistence betonu je F3, S3, případně tekutější,
  • celkový obsah cementu a popílku (případně pouze cementu) při Dmax = 22 mm by měl být alespoň 360 kg/m3,
  • maximální vodní součinitel nesmí překročit hodnotu 0,60, přičemž použitý popílek se započítává k-hodnotou 0,70.

Jako nejdůležitější pravidlo lze ovšem označit pravidlo, že lze betonovat pouze konstrukci pod hladinou neproudící vody, přičemž betonová směs se nesmí volně sypat do vody. V určitých případech lze betonovat i konstrukce pod hladinou mírně tekoucí vody, to však pouze za předpokladu použití speciálních přísad do betonu s extrémně stabilizačním účinkem. Přidání většího množství vody do betonové směsi může způsobit vyluhování cementu.

Čtěte také: Truhlářské závrtné matice: Průvodce

Cement a jeho vliv na tvrdnutí betonu

Cement je hydraulické pojivo, tedy jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši tuhnoucí a tvrdnoucí i pod vodou, a to v důsledku hydratačních reakcí. Při styku s vodou dochází k jeho rozpuštění a následné krystalizaci (tuhne a tvrdne), čímž se vytváří pevná a zároveň pružná vazba mezi zrny plniva (kameniva). Po zatvrdnutí si zachovává svou pevnost a stálost. Cementy se podle ČSN EN 197-1 dělí na pět druhů (CEM I až CEM V). K výrobě konstrukčních betonů se nejčastěji používá cement portlandský (CEM I), troskoportlandský (CEM II) nebo vysokopecní (CEM III). Portlandský cement rychle tvrdne, ale pro vysoký obsah volného vápna není dostatečně odolný proti vodám louhujícím dobře rozpustný Ca(OH)2 a pro vysoký obsah trikalcium-aluminátu ani proti sulfatickým vodám. Směsové cementy obsahují hydraulické příměsi, které zvyšují jejich odolnost proti agresivním vlivům.

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.

Třída cementu 28denní pevnost v tlaku
32,5 32,5 MPa
42,5 42,5 MPa
52,5 52,5 MPa

Přísady ovlivňující tuhnutí a tvrdnutí betonu

Také přísady a příměsi ovlivňují tvrdnutí, přestože jejich podíl v betonu dosahuje zpravidla pouze několika procent. Zpomalovací přísady jsou látky, které zpomalují tuhnutí a tvrdnutí cementu. Zpomalení hydratačních procesů se využívá tehdy, když doba od výroby po zpracování betonu je relativně dlouhá a vyžadovanou konzistenci čerstvého betonu je třeba udržet co nejdéle. Použitím zpomalovacích přísad lze zabránit nadměrnému ohřátí těchto konstrukcí vlivem hydratačního tepla, což by mohlo vést ke vzniku trhlin v důsledku teplotní dilatace. Použití zpomalovacích přísad vede ke snížení počátečních (jednodenních) pevností.

Urychlovací přísady jsou látky, které ovlivňují chemicky nebo fyzikálně-chemicky proces hydratace cementu, což vede k urychlení tuhnutí a tvrdnutí betonu. Urychlovací přísady lze výhodně používat při betonování v zimním období. Vliv superplastifikátorů na tuhnutí betonu závisí na typu přísady. Superplastifikátory na bázi SMF (sulfonované melamin-formaldehydové kondenzáty) obecně zkracují začátek a dobu tuhnutí. Lignosulfonany obecně zpomalují hydrataci, a proto i vývoj pevnosti je při jejich aplikaci zpomalený. V důsledku toho krátkodobé pevnosti, tj. pevnosti po 1 dnu tvrdnutí, jsou zpravidla nižší než u betonu bez přísady. Aplikace superplastifikátorů vede zpravidla k nárůstu pevnosti betonu nejen při redukci dávky vody, ale také při konstantním vodním součiniteli.

Vodní součinitel a teplota

Rychlost vývinu pevnosti betonu nezávisí jen na vlastnostech cementu a přísad, ale též na vodním součiniteli. Pevnost betonu roste rychleji s nižším vodním součinitelem než u betonu s vyšším vodním součinitelem, přičemž rychlost vývinu pevnosti ovlivňují podmínky ošetřování betonu, především teplota. Dobu tvrdnutí významně ovlivňuje vodní součinitel betonu. Čím více je v betonu vody, tím déle tvrdne. Čím vyšší vodní součinitel je, tím více vody směs obsahuje a tím déle bude beton tuhnout a schnout.

Čtěte také: Jak používat měkké a tvrdé dřevo

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. Nízké teploty pod 5 °C naopak způsobí zamrzání vody, zastavení procesu hydratace, a tím i kompletní znehodnocení betonované plochy. Dobu tvrdnutí betonu ovlivňuje výše zmíněná teplota okolního prostředí, ale také jiné povětrnostní podmínky, jako je intenzita větru a slunečního záření, které se podílí na rychlosti odpařování vody z konstrukce.

Metody betonování pod vodou

Pro betonování pod vodou doporučujeme několik metod:

  • Metoda kontraktor - čerstvý beton je sypán svislou násypkou, kdy vyústění násypky je pod hladinou vody a zároveň cca 1 m pod hladinou čerstvého betonu. Pro provádění postupu tremie se používá vodotěsná trubka tremie s trychtýřovitou nálevkou na vrcholu. Na dně trubky je navíc nastavitelná zátka. Je důležité mít na paměti, že spodní otvor trubky musí být trvale ponořen v čerstvě nalitém betonu, když ji začnete posouvat nahoru. Trubku zvedejte tak dlouho, dokud beton nebude plavat nad hladinou vody nebo dokud nebude třeba trubku znovu naplnit.
  • Čerpání betonu s vyústěním potrubí pod hladinou čerstvého betonu.
  • Betonování bádiemi umístěnými na plovoucích pontonech s vysypáním betonu pod hladinou vody a současně pod hladinou čerstvého betonu. Tato technika ukládání betonu je v podstatě taková, jak vypadá. Jedná se o kbelík, který umožňuje ukládání betonu do značné hloubky. Obvykle je kbelík vyroben s ven otevíratelným dnem a víkem, které zabraňuje vniknutí vody do betonu.
  • Pytlovací metoda.
  • Betonáž za použití speciálních, extrémně stabilizačních přísad.

V případě betonování ve vodní nádrži Nové Mlýny byly použity dvě z výše uvedených metod - metoda kontraktor a betonování bádiemi umístěnými na plovoucích pontonech. Před vlastní betonáží bylo provedeno odzkoušení a odsouhlasení zkušebních těles (včetně kompletního složení betonu).

MasterMatrix UW 420: Přísada pro podvodní betonáž

MasterMatrix UW 420 se používá pro stavby betonované pod vodou pomocí běžných technických prostředků bez nebezpečí následné eroze. Umožňuje betonování přímo volným pádem do vody bez odmíšení nebo vymytí cementu. Je vhodný pro železový beton. Přísada odpovídá normě pro přísady do betonu EN 934-2. MasterMatrix UW 420 podstatně zvyšuje vnitřní soudržnost betonu a tím se zabraňuje vymývání cementu a jemných částic. Zvolené kombinace působících složek zabraňují zvýšení množství vzduchových pórů snižujících pevnosti.

Ošetřování betonu bazénové vany

Cílem ošetřování betonu je dosažení co největší pevnosti betonu využitím hydratace cementu a nerušené tvorby struktury cementového kamene. Je nutno omezit nežádoucí tahová nebo tlaková napětí ve struktuře betonu, která mohou vzniknout rychlým vysušením povrchu betonu nebo jeho zmrznutím. Zhoršení kvality konstrukce může nastat také předčasným odbedněním nebo odformováním. Ošetřování a ochrana povrchu betonu začíná co nejdříve po uložení a zhutnění betonu. Vlhké ošetřování zajišťuje dostatečnou hydrataci cementu na povrchu betonu. Vysušení povrchu snižuje pevnost betonu, způsobuje smršťovací trhlinky, vznikají deformace, které snižují trvanlivost betonu. Povrch betonu musí být udržován vlhký nebo se musí zamezit odpařování vody z jeho povrchu.

Čtěte také: Exteriérové aplikace modřínových latí

Metody ochrany betonu:

  • ponechání betonu v bednění delší dobu,
  • pravidelné mlžení vodou v krátkých intervalech,
  • překrytí povrchu betonu fóliemi nebo vlhkými tkaninami,
  • nástřik parotěsnou látkou (většinou emulzí na bázi parafínů), která vytvoří ochranný film zamezující odpařování vody.

Doba a způsob ošetřování betonu závisí na celé řadě vlivů, z nichž nejdůležitější jsou povětrnostní podmínky. Z těchto důvodů uvádíme několik praktických rad pro ošetřování betonu:

  • Běžné počasí s teplotou 20 ± 5 °C, rel. vlhkostí nad 50 %, střední sluneční svit nebo střední vítr - po dobu tuhnutí asi 12 až 24 hodin, ale minimálně 6 hodin, zakrýt povrch betonu textilní matrací zadržující vodu nebo slaměnou rohoží; při tvrdnutí betonu udržovat povrch vlhký nejméně 3 dny nebo nastříkat parotěsnou látku.
  • Horké počasí s teplotami nad 25 °C, relativní vlhkostí do 50 %, s intenzivním slunečním svitem nebo větrným počasím - po dobu tuhnutí stejně jako v 1. případě; při tvrdnutí betonu udržovat povrch betonu stále vlhký nebo zakrytý fóliemi, lze také nasypat na povrch 50 mm vrstvu vlhkého písku; doba ošetřování nejméně 4 až 7 dnů, desky až 14 dnů a z toho 10 dnů je stříkat mlhovinou vody.
  • Studené a vlhké počasí s teplotami kolem 15 °C, vysokou relativní vlhkostí vzduchu (> 0,8), slunce nesvítí a je většinou bezvětří - během tuhnutí a tvrdnutí betonu po dobu nejméně 3 dnů zakrýt povrch plastovými fóliemi nebo světlým, nepropustným papírem.
  • Mrazivé počasí s teplotami +5 až -5 °C - doba ošetřování minimálně týden.

Beton jako většina materiálů podléhá též korozi. Agresivně na betonové konstrukce působí především vody s nízkým obsahem rozpuštěných látek, vody kyselé (zejména silné minerální kyseliny), vody obsahující agresivní oxid uhličitý, síranové vody, vody s vyšším obsahem hořčíku, ostatní vody (např. vody s vyšším obsahem amoniaku). Aby betonové konstrukce nebyly degradovány, používají se různé aktivní i pasivní způsoby ochrany. Mezi aktivní způsob ochrany můžeme počítat vhodný návrh odvodnění konstrukce, mezi pasivní různé izolace a úpravy povrchů. Velký důraz je u vodostavebních konstrukcí kladen na dobu odbednění po betonáži a následné ošetření betonu. Čím delší doba pro odbednění (min. 7 dní), tím lepší kvalita betonu. Příliš brzké odbednění vede ke vzniku trhlinek vlivem náhlých změn teploty.

Drenážní beton

Drenážní beton patří z technologického hlediska mezi ty nejzajímavější, protože se dá využít na různých místech, a přitom je namíchání drenážního betonu a jeho pokládka vcelku jednoduchá. Drenážní beton představuje speciální formu betonové směsi, která dokáže do podloží pod sebou propouštět velké množství dešťové vody. Mezerovitý drenážní beton se někdy nazývá také jako propustný beton, a to díky jeho schopnosti propouštět srážkovou vodu do podloží. Propustnost tekutiny dosahuje hodnoty až 95 %, což je pro okolní prostředí zásadní ekologickou vzpruhou. Zejména v zastavěných oblastech, kde se voda nemá šanci dostat do podloží, je drenážní beton tím jediným správným řešením. Vhodnou alternativou k drenážnímu betonu je například zámková dlažba, která mezi svými spárami určitou část vody propustí, ovšem většina vždy odteče do kanalizace. Pokud tedy na svém pozemku chcete vsáknout co největší množství dešťové vody, použijte dlažbu zatravňovací.

Míchání drenážního betonu je vlastně úplně stejné, jako kdybyste si sami chtěli namíchat obyčejnou betonovou směs. Základními prvky jsou písek, cement, voda a kamenivo, v jehož křivce zrnitosti chybí jemná frakce. Nejčastěji se používá frakce 4/8 mm, při níž je potřeba použít daleko větší množství cementu. Menší částečky se totiž budou hůře spojovat dohromady, což ale dokáže eliminovat již zmíněný cement v kombinaci s vodou a pískem. Samozřejmě můžete použít jak ostřejší, tak oblejší kamenivo v závislosti na místě použití. Pokud potřebujete pouze menší množství propustného betonu, není potřeba kupovat jednotlivé složky betonu zvlášť.

Propustný beton se dá aplikovat jak strojově, tak i ručně. Nejprve je ovšem nutné zajistit propustnou vrstvu do podlaží, kterou zabezpečí podkladní vrstva z kamenné drti. Její výška je závislá na množství betonu, jež chcete mít na povrchu. Pokud chcete mít drenážní beton o tloušťce 150 mm, pak je potřeba vytvořit kamenitou vrstvu o tloušťce nejméně 200 mm. Na skladbě podloží pochopitelně závisí i schopnost materiálu odvádět vodu. Drenážní propustné betony není potřeba spádovat, stačí, když budou řádně zhutnělé, ale stále dostatečně propustné. Jestliže podklad pod betonem neumožňuje dobré vsakování kapaliny, pak je nutné použít drenážní potrubí. Při ruční pokládce se také nedoporučuje přílišné hlazení a hutnění betonu.

Využití drenážního betonu

Drenážní (propustný) beton má celou řadu využití, ovšem na pár míst se rozhodně nehodí. Díky jeho speciální schopnosti odvádět kapalinu je nevhodný například pro nájezdy na polní cesty. Povrch betonu je totiž velice citlivý na zanesení nečistotami, a proto se daleko lépe hodí na čistější místa. Pokud je totiž jeho povrch pokrytý bahnem nebo zeminou, pak použití propustného betonu naprosto pozbývá smyslu. Suverénně nejlepší je ovšem použití drenážního betonu v urbanizovaném prostředí. S postupným oteplováním naší planety se dá totiž očekávat, že vody bude zvlášť ve velkoměstech méně a méně. Řešením by mohl být propustný beton, který by veškerou kapalinu odváděl přímo do půdního podloží. Takové řešení je velice efektivní například v parcích nebo botanických oblastech, kde by měly okolní rostliny dostatek vláhy pro zdravý růst. Drenážní beton však můžete použít i na svém soukromém pozemku. Můžete si z něj vytvořit příjezdovou cestu do garáže nebo chodník až ke vchodovým dveřím. Samozřejmě jej lze použít i v okolí bazénu, kde by se na povrchu mohly tvořit zvlášť velké louže. To je pochopitelně pro okolní krajinu nežádoucí, neboť příliš podmáčená půda je náchylná k erozi.

Propustný mezerovitý beton lze využít nejen pro stavbu zpevněných ploch a pro přípravu podloží pro pokládku dlažby. Své uplatnění nalezne například při stavbě různých drenážních konstrukcí po obvodu domu, kde jsou kladeny požadavky nejen na propustnost, ale i na únosnost a pevnost. Hodí se také pro stavbu opěrných zdí, pro vyplnění jam a výkopů, ale také jako obsypový materiál při stavbě zahradního zapuštěného bazénu. Drenážní beton lze použít také pro stavbu podkladních vrstev pod základy různých stavebních prvků, jako jsou okrasné zídky, altány, pergoly a terasy. Drenážní beton můžete dnes pořídit v jakýchkoliv stavebninách. Nejedná se totiž o nikterak ojedinělý výrobek. Většinou jej najdete napytlovaný v baleních po 30 nebo 40 kilogramech, pokud však plánujete větší výstavbu, uvažujte nad zakoupením celého sila. Pytlovaný drenážní beton by vám však měl bohatě stačit, neboť z jednoho balení jste schopni pokrýt plochu větší než 2 m2 při tloušťce vrstvy 1 centimetr. Drenážní beton je velice šikovným materiálem. Pokud vás například na venkovní terase trápí kaluže, zkuste se zamyslet nad použitím vysoce propustného betonu.

tags: #pouziti #betonu #pod #vodou #technologie

Oblíbené příspěvky: