Urychlovače tuhnutí a tvrdnutí betonu
Partneři sekce:
Urychlení tuhnutí a tvrdnutí betonu je ve stavební praxi velmi důležitým a žádaným zásahem při zhotovování betonových prvků a konstrukcí. Zásah je velmi obtížný a náročný na přesné dodržování technologického postupu.
Základní funkcí přísad tohoto typu je urychlení nárůstu počátečních a krátkodobých pevností, spojené s urychlením vývinu hydratačního tepla a u mnoha přísad i zkrácení počátku a doby tuhnutí čerstvé betonové směsi. V řadě případů ale tato vlastnost není žádoucí s ohledem na dodržení požadované doby zpracovatelnosti.
Urychlení tuhnutí a tvrdnutí jsou z hlediska vlastností čerstvé betonové směsi a betonu dva naprosto odlišné pojmy, které je třeba rozlišovat. Jsou odlišné i z hlediska fyzikálně chemických procesů, probíhajících v různých fázích hydratace minerálů v zrnech cementu. Tuhne vždy čerstvá betonová směs; při tvrdnutí se jedná o nárůst pevností již ztuhlého betonu. Většina urychlujících přísad spojuje oba účinky a pokud zkrácení počátku a doby tuhnutí není žádoucí, je třeba obezřetného dávkování, případně současného používání další přísady, upravující reologii a zpracovatelnost.
Použité přísady urychlující tuhnutí a tvrdnutí nesmějí mít nepřípustně velký vliv na dlouhodobé pevnosti a další fyzikálně mechanické vlastnosti betonu. Dosti často však ovlivňují reologii a stupeň provzdušnění čerstvé betonové směsi. Mění se tak zpracovatelnost a je nutno upravovat skladbu směsi a zejména pak vodní součinitel. Některé přísady také snižují teplotu bodu tání ledu, čímž zabraňují zmrznutí záměsové vody v tuhnoucím betonu. Usnadňují tak betonáže za mrazu – u některých je uváděna použitelnost až do teploty –15 °C. Před aplikací urychlujících přísad je vždy třeba ověřit jejich účinky.
Jsou to zejména:
- vliv na průběh a dobu zpracovatelnosti čerstvé betonové směsi,
- vliv na počátek a dobu tuhnutí čerstvé betonové směsi,
- vliv na počáteční pevnosti betonu,
- vliv na dlouhodobé pevnosti betonu.
V případě potřeby je nutno ověřit vliv použitých přísad na další fyzikálně-mechanické vlastnosti betonu.
Účinky urychlujících přísad jsou závislé na:
- dávce přísady – obecně platí přímá úměrnost mezi dávkou přísady a výší jejího účinku, neznamená to však, že dávku lze zvyšovat neomezeně. Vyšší dávky mohou tuhnutí příliš urychlit nebo je naopak zabrzdit. Kromě toho mohou při předávkování ovlivnit nežádoucím způsobem dlouhodobé pevnosti betonu, případně jiné vlastnosti betonu;
- druhu cementu – urychlovače ovlivňují hydrataci v počátečních fázích, kdy do reakcí vstupuje ze slínkových minerálů především trikalciumaluminát. Cementy s vyšším obsahem strusky a jiných hydraulických příměsí mají nižší podíl tohoto minerálu. Proto účinek urychlujících látek při použití směsných cementů je vždy menší než v případě cementů CEM I;
- druhu a dávce dalších použitých přísad – souvisí to i s následujícím faktorem: např. plastifikační přísady ovlivňují zpracovatelnost čerstvého betonu a nepřímo tedy jeho vodní součinitel, který má významný vliv na dosahované pevnosti. Kromě toho zde hraje roli i stupeň rozředění urychlující přísady v záměsové vodě;
- vodním součiniteli a způsobu zhutňování čerstvé betonové směsi;
- teplotě čerstvé betonové směsi a teplotě okolí – ovlivňují rychlost hydratačních reakcí. To platí obecně i při použití urychlujících přísad. V praxi to znamená nutnost vyššího dávkování těchto přísad při nízkých teplotách.
Urychlení tvrdnutí je požadováno v prefabrikaci, kde se tak dá urychlit oběh forem při betonážích monolitických železobetonových konstrukcí a obecně při betonážích za nízkých venkovních teplot, kdy se zkracuje doba pro odbedňování. Dále je urychlování tvrdnutí využíváno při různých sanačních pracích, při kotvení velkých konstrukčních prvků a při opravách betonových konstrukcí.
Urychlení tuhnutí je potřebné při speciálních činnostech, jako je např. torkretace, odstraňování následků různých havárií, kotvení velkých konstrukčních prvků a opravách betonových konstrukcí za provozu. Přitom je vždy požadováno i urychlení tvrdnutí betonu. Pro betonáže za mrazu je výhodou urychlený vývin hydratačního tepla a snížení teploty bodu tání ledu. Významně se tak omezuje riziko zamrznutí záměsové vody v betonové směsi.
Přísady dělí podle chemického složení. Základní rozdělení je na přísady obsahující chloridy a přísady bezchloridové.
Přísady obsahující chloridy
Vesměs se jedná o přísady na bázi chloridu vápenatého (CaCl2). Jsou vysoce účinné, kromě urychlení tvrdnutí také zkracují počátek a dobu tuhnutí. Hlavní nevýhodou je vysoce korozivní účinek na ocelovou výztuž, takže nejsou vhodné k aplikaci při výrobě železobetonových prvků a konstrukcí. Jsou však levné a při správné aplikaci výhodné i po technické stránce.
Bezchloridové přísady
Přísady na bázi thiokyanatanů
Jejich základní složkou je thiokyanatan sodný (NaSCN) nebo vápenatý (Ca(SCN)2). Výrazně urychlují tvrdnutí, na ocelovou výztuž působí rovněž velmi korozivně, podobně jako chloridy. Proto je oblast jejich využití shodná s oblastí využití přísad na bázi chloridů.
Přísady na bázi dusičnanů
Základní složkou je většinou dusičnan vápenatý (Ca(NO3)2). Nemají korozivní účinek na ocelovou výztuž, proto jsou vhodné i k použití při výrobě železobetonových prvků a konstrukcí. Přísady na bázi CaCl2, NaSCN, Ca(SCN)2 a Ca(NO3)2 obecně vytvářejí při reakci s trikalciumaluminátem a vodou komplexní sloučeniny, které krystalují s velkým množstvím vody podobně jako ettringit, vznikající v počátečních fázích hydratace trikalciumaluminátu v přítomnosti sádrovce. Na rozdíl od něho ale nebrzdí další hydratační reakce, pouze odeberou přebytečnou vodu z hydratující směsi. Tuhnoucí směs je hutnější a počáteční pevnosti jsou tak vyšší.
Alkalické přísady
Obsahují hydroxidy nebo uhličitany alkalických kovů. Jejich působení spočívá ve velmi rychlé chemické reakci s alumináty obsaženými v zrnech cementu, čímž se zkrátí počátek a doba tuhnutí. Jsou vhodné všude tam, kde je potřeba rychlého ztuhnutí a ztvrdnutí betonové směsi, jako je např. torkretace, rychlé opravy betonových konstrukcí a odstraňování následků havárií betonových objektů.
Přísady s obsahem síranu draselného
Síran draselný (K2SO4) reaguje za přítomnosti vápníku a vody s alumináty v zrnech cementu za vzniku nerozpustného minerálu syngenitu. Při svém vzniku se tento minerál vyznačuje vysokou nukleační rychlostí (vyšší, než má ettringit, který za normálních okolností vzniká v hydratující směsi přednostně). Dochází tak k urychlení tuhnutí betonové směsi. Zároveň dochází k nárůstu počátečních pevností.
Čerstvé betonové směsi, obsahující urychlovače tuhnutí a tvrdnutí, je nutno zejména v letním období chránit během transportu před přehříváním a ztrátou vody. To platí pro jakoukoliv betonovou směs. Směsi s obsahem urychlovačů jsou však na zvýšení teploty a ztrátu vody citlivější.
Ing. Tomáš Táborský, Petr Schlattauer
Článok bol uveřejněný v časopise Realizace staveb.
