asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví

Činitele ovlivňující rychlost nárůstu pevnosti betonu II

25.10.2013
Předchozí příspěvek zjednodušeně sumarizoval jen vnitřní činitele ovlivňující rychlost nárůstu pevnosti betonu. Tyto činitele však nejsou jediné, které ovlivňují rychlost nárůstu pevnosti betonu; stejně důležité jsou i vnější činitele, zjednodušeně sumarizované v tomto dalším příspěvku. Hlavními reprezentanty vnějších činitelů jsou klimatické podmínky a technologie zpracování (zhutňování).
Klimatické podmínky
Činitele, které ovlivňují rychlost nárůstu pevnosti betonu, jsou klimatické podmínky, mezi které patří teplota při výstavbě. Mohou nastat tři modelové situace:
1.    výstavba v letním období (při zvýšené teplotě),
2.    výstavba při optimální teplotě (cca 20 °C),
3.    výstavba v zimním období (při snížené teplotě).

Výstavba v letním období
Největším problémem při betonování v letním období je vysoká teplota vzduchu, která často překračuje 30 °C. V takovýchto podmínkách dochází k rychlému odpařování vody z čerstvého betonu už během jeho dopravy a samozřejmě i po jeho zabudování do bednění/konstrukce. Zvýšení teploty betonu vede též k urychlení chemických reakcí, které způsobují tuhnutí a tvrdnutí betonu a které se souhrnně označují jako hydratace cementu. To vede k rychlejšímu nárůstu pevnosti betonu a též k rychlejší změně konzistence čerstvého betonu, což se projeví zhoršením zpracovatelnosti čerstvého betonu, tedy zhoršením čerpatelnosti, zhutnitelnosti apod. 

Výstavba při optimální teplotě (cca 20 °C)
Pevnost betonu v tlaku ve věku t závisí především na druhu a třídě cementu, teplotě a podmínkách při hydrataci ošetřování. Pro průměrnou teplotu 20 °C a kondicionování v souladu s EN 12390 se dovoluje odhadnout pevnost betonu v tlaku fcm(t) v různém věku t ze vztahů (1) a (2) [6].



kde    fcm(t)    je    průměrná pevnost v tlaku v čase t (dny) (krychlová pevnost + bezpečnostní rezerva),
    fcm    –    průměrná pevnost v tlaku po 28 dnech podle tabulky 3.1 v STN EN 1992-1-1,
    βcc(t)    –    koeficient, který závisí na věku betonu t,
    t    –    věk betonu ve dnech,
    s    –    koeficient, který závisí na druhu cementu:
    = 0,20 pro cement pevnostní třídy CEM 42,5 R, CEM 52,5 N a CEM 52,5 R,
    = 0,25 pro cement pevnostní třídy CEM 32,5 R, CEM 42,5 N,
    = 0,38 pro cement pevnostní třídy CEM 32,5 N.

Pevnosti v tlaku získané z této rovnice (v závislosti na druhu použitého cementu) jsou uvedeny v následujícím grafu (obr. 1), který znázorňuje nárůst pevnosti betonu pro třídu betonu C 25/30.


Obr. 1 Nárůst pevnosti v tlaku u betonu třídy C 25/30 podle STN EN 1992-1-1: 2007 při teplotě 20 °C

Výstavba v zimním období
Je všeobecně známo, že se snižováním teploty se zpomalují procesy hydratace cementu. K podstatnému zpomalení dochází už při teplotě +5 °C. V důsledku toho se zpomaluje i vývoj pevnosti betonu a prodlužuje se doba k dosažení potřebných pevností. Pokles teploty pod 0 °C může mít navíc velmi nepříznivý (až fatální) vliv na strukturu betonu, a tedy i na jeho vlastnosti. Při záporných teplotách dochází postupně k zamrzání pórové kapaliny čerstvého betonu. Přeměna vody v led je provázena zvětšením jejího objemu přibližně o 9 %. Toto zvětšení objemu může způsobovat vnitřní napětí v betonu. Z hlediska poškození čerstvého betonu je velmi důležité, kdy dojde k zamrznutí této pórové kapaliny.  Také proto se v praxi setkáváme s doporučením dodržet minimální teplotu prostředí na úrovni cca 5 °C, a to alespoň do doby, než pevnost betonu nabude min. 3,5 MPa [7], resp. teplota nad 0 °C až do dosažení pevnosti betonu 5,0 MPa [3].

Modelový příklad
Pro třídu betonu C 25/30, pro pevnostní třídy cementů (32,5 R a 42,5 N) a při různých teplotních podmínkách (5, 10, 15, 20, 25, 30 °C) je vývoj pevnosti betonu v tlaku v čase znázorněn v následujícím grafu (obr. 2).
Je zřejmé, že teplotní podmínky ovlivňují rychlost nárůstu pevnosti betonu v tlaku. Takže při optimální teplotě 20 °C tento beton dosáhne průměrné pevnosti v tlaku (fcm), která je stanovena v tabulce 3.1 v STN EN 1992-1-1: 2007 po 28 dnech. Při vyšší teplotě se tato doba zkrátí (při 25 °C po 22,3 dnech a při 30 °C po 17,9 dnech) a naopak při nižší teplotě se tato doba prodlouží (při 15 °C po 35,6 dnech, při 10 °C po 45,5 dnech a při 5 °C po 58,6 dnech).


Obr. 2 Nárůst pevnosti v tlaku u betonu třídy C 25/30 a cementu pevnostní třídy CEM 32,5 R; CEM 42,5 N podle STN EN 1992-1-1: 2007 při teplotě 30, 25, 20, 15, 10 a 5 °C

Technologie zpracování (zhutňování)
Dalším činitelem, který ovlivňuje rychlost nárůstu pevnosti betonu, je technologie zpracování betonu. Významným procesem je hlavně zhutňování betonu, které ovlivňuje zvýšení počáteční i konečné pevnosti betonu.
Féret už v roce 1892 publikoval vztah mezi pevností v tlaku betonu a hutností cementového tmelu



kde    fc    je    pevnost v tlaku betonu,
    K    –    konstanta, která závisí na vlastnostech použitých materiálů, způsobu ošetřování a věku betonu,
    Ht    –    hutnost cementového tmelu,
    c, v, ε    –    absolutní objem cementu, vody a vzduchu.

Hutnost cementového tmelu v betonu lze vyjádřit i při uvažování všech složek betonu pomocí rovnice absolutních objemů (4).

   

Úpravou rovnice (3) při zohlednění rovnice (5) se získá vztah


  

kde    kd, kh    je    absolutní objem drobného a hrubého kameniva.
Vztah mezi hutností a pevností betonu je vyjádřen v grafu (obr. 3).



Obr. 3 Vztah mezi hutností a pevností betonu

Čerstvý beton je možné zhutňovat staticky (působením tlaku) nebo dynamicky (nárazy, vibrací) nebo kombinací obou způsobů. Nejpoužívanější technologie zhutňování na staveništi jsou: pěchování, ubíjení, vibrování a vakuování. Pěchováním se zhutňují čerstvé betony, které jsou řídké (měkké a tekuté). Pěchují se pomocí ocelové tyče, která uvolňuje cestu ucpanou většími zrny kameniva mezi hustější výztuží nebo v jiných stísněných podmínkách. Ubíjení se používá ke zhutňování hustějších čerstvých betonů, ale je málo účinné. Tloušťka vrstvy čerstvého betonu při této technologii zhutňování má být nejvýše 150 mm. K zhutňování se používají ruční nebo mechanické pěchy (výbušné, pneu­matické nebo elektrické). Vibrování je účinný a velmi rozšířený způsob zhutňování. Z vibračního zařízení se přenáší kmitání do čerstvého betonu. Zrna čerstvého betonu mají různou hmotnost a beton jim klade různý odpor. Vibrační vlnění se odráží od stěn bednění a na jeho průběh má vliv i rozkmitání bednění a výztuže. Rozkmitaný čerstvý beton nabývá vlastnosti těžké kapaliny, uvolňuje se z ní vzduch a zrna kameniva vyplňují dutiny. Vibrace může být přímá nebo přenášená. U přímé vibrace je vibrační zařízení v kontaktu s čerstvým betonem. Používají se na ni ponorné nebo povrchové vibrátory. Způsoby vibrace jsou znázorněny na obr. 4.



Obr. 4 Schematické znázornění odevzdání vibrační energie:
a) přímou vibrací do vnitřku čerstvého betonu, b) přímou vibrací přes povrch čerstvého betonu, c) nepřímou vibrací boční (přes stěnu formy), d) nepřímou vibrací spodní (přes dno formy)


Závěr

V tomto článku jsme se zaměřili na dva nejdůležitější vnější činitele ovlivňující rychlost nárůstu pevnosti betonu, které ovlivňují rychlost výstavby monolitických staveb. Jedním z těchto činitelů jsou klimatické podmínky, tj. teplotní podmínky během výstavby. Při snížené teplotě dochází ke zpomalení procesu hydratace cementu, a tím ke zpomalení nárůstu pevnosti betonu. Naopak při zvýšené teplotě dochází ke zrychlení procesu hydratace cementu, a tím ke zrychlení nárůstu pevnosti betonu. Z tohoto důvodu je potřebné podle klimatických podmínek navrhnout technologickou přestávku po betonáži a optimalizovat přijatá opatření pro zefektivnění výstavby. Druhým činitelem je technologie zpracování (zhutňování), pomocí níž se zvýší počáteční, ale i konečná pevnost betonu.

TEXT: Bc. Marek Horský, Ing. Ivana Lusová, Ing. Peter Briatka, Ph.D.
Foto a obrázky: autoři

Marek Horský a Ivana Lusová působí na Stavební fakultě Slovenské technické univerzity v Bratislavě.
Peter Briatka pracuje ve společnosti Technický a zkušební ústav stavební v Bratislavě.

Literatura
[1]    JURIČEK, I. 2001. Technológia pozemných stavieb – Hrubá stavba. Bratislava : JAGA GROUP. 2001. ISBN 80-88905 29-X.
[2]    STN EN 13670/NA. Zhotovovanie betónových konštrukcií. Bratislava : Slovenský ústav technickej normalizácie, 2012.
[3]    STN EN 197-1. Cement. Zloženie, špecifikácie a kritériá na preukazovanie zhody cementov na všeobecné  použitie. Bratislava : Slovenský ústav technickej normalizácie, 2012. 36 s.
[4]    STN EN 1015-9/A1. Metódy skúšania mált na murovanie. Stanovenie času spracovateľnosti čerstvej malty a jeho spresnenie. Bratislava : Slovenský ústav technickej normalizácie, 2007.
[5]    ACI 306R-88. Cold Weather Concreting – Technical Report. American Concrete Institute, Farmingtonhills, Reapproved. 2002, p. 23.
[6]    STN EN 1992-1-1. Eurokód 2 : Navrhovanie betónových konštrukcií – Časť 1-1 : Všeobecné pravidlá a pravidlá pre pozemné stavby. Bratislava : Slovenský ústav technickej normalizácie, 2007. 20 s.
[7]    NRMCA. 2010. Concrete In Practice 27 – Cold Weather Concreting. National Ready Mixed Concrete Association. Silverspring, 2010, p. 2.
[8]    SCHINDLER, A.K. 2004. Effect of temperature on hydration of cementitious materials. Technical paper, ACI Materials Journal/January – February. American Concrete Institute, USA, 2004.
[9]    BRIATKA, P. 2011. Úvod do ošetrovania betónu 1 – V letnom období. Materiály pro stavbu. Vol. XVII., No. 1, Business Media CZ, Praha, 2011, s. 16–20;
[10]    BRIATKA, P. 2011. Úvod do ošetrovania betónu 2 – V zimnom období. Materiály pro stavbu. Vol. XVII., No. 1, Business Media CZ, Praha, 2011;
[11]    BAJZA, A., ROUSEKOVÁ, I. 2006. Technológia betónu. Bratislava : JAGA GROUP. 2006. ISBN 80-8076-032-2.
[12]    Sprievodca technickými vlastnosťami betónu. 2006. SAVThttp://www.savt.sk/attachments/article/121/SprievodcaTechnickeVlastnostiBetonu.pdf.

Článek byl uveřejněn v Realizace staveb.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media