Konkrétní podíly – poměr složek směsi, hlavní charakteristiky a parametry
Železobetonové výrobky tvoří základ občanského, silničního, energetického a inženýrského stavitelství, což určuje vysoké požadavky na jejich kvalitu, spolehlivost a životnost. Klíčové ukazatele shody betonové směsi s požadavky konkrétního typu konstrukce určuje 5 hlavních parametrů – složení, pevnost, zpracovatelnost, mrazuvzdornost a voděodolnost.
Struktura
Hotový beton nebo betonová směs připravená k použití se skládá ze 4 hlavních složek:
- cement – 1 díl nebo 13%;
- drcený kámen – 4 díly nebo 54 %;
- písek – 2 díly nebo 26%;
- voda – ½ dílu nebo 7 %.
Hlavními složkami betonu jsou cement, jehož kvalita a třída určují pevnostní a užitné vlastnosti betonové směsi, a voda, jejíž poměr s ostatními složkami určuje parametry mrazuvzdornosti a voděodolnosti hotového výrobku. Použití písku a drceného kamene jako plniva při výrobě cementového kamene zajišťuje, že se finální výrobek nedeformuje a má schopnost odolat značnému statickému a dynamickému zatížení. Ve skutečnosti vytvářejí konstrukční rám, který minimalizuje namáhání smršťováním a riziko deformace hotové konstrukce.
Trvanlivost
Hodnota indexu pevnosti betonu je hlavním mechanickým kritériem betonu, která se zjišťuje zkoumáním vzorků, které prošly řádným technologickým vytvrzením po dobu 28 dnů. Přitom musely být dodrženy standardní podmínky pro teplotu vzduchu a vlhkost, které se pohybují od 15 % do 20 °C, respektive minimálně 90 %.
Pevnost betonové směsi je určena podobnými ukazateli základního kameniva – drceného kamene. Pevnost drceného kamene by měla být přibližně dvakrát vyšší než pevnost hotové betonové směsi – to znamená, že pro výrobu betonu třídy 350 je nutné použít plnivo o pevnosti 600 nebo vyšší.
Mezi hlavní kritéria ovlivňující pevnost betonu patří ukazatel aktivity cementu a také podíl vody a cementové hmoty ve složení betonové směsi. Pevnost betonu je definována jako:
Pevnost a kvalitu betonu do značné míry ovlivňuje zrnitostní složení různých kameniv a také technologická správnost procesu jeho míchání, kdy jsou zrna obalena cementovou vrstvou.
Druhy drceného kamene a jejich pevnostní charakteristiky:
- vápenec třídy 500-600, používaný pro výrobu transportbetonu do třídy M-350;
- štěrk o pevnosti 800-1000 se používá pro výrobu betonové směsi jakosti M400-M450;
- žula má nejvyšší pevnost (třída M1400) a je žádaná jako plnivo pro výrobu betonu se zvýšenou mrazuvzdorností.
Pevnost betonu navíc závisí na jeho zhutnění, díky kterému může proces tvrdnutí trvat roky.
Označení indikátorů pevnosti udává průměrnou konečnou pevnost v tlaku, které je dosaženo během procesu vytvrzování směsi.
Mobilita
Součinitel pohyblivosti betonu v pasportu výrobku je označen alfanumerickým označením P1-P5, kde číslo je ukazatelem pohyblivosti směsi. Čím vyšší číslo, tím lépe směs vyplní dutiny a tím odolnější bude hotová konstrukce.
Mrazuvzdornost
Koeficient mrazuvzdornosti (F25-F1000) udává, kolik cyklů zmrazování a následného rozmrazování není ohroženo integritou a pevnostními charakteristikami. Betonová konstrukce nechráněná hybrofobními činidly a izolací postupně absorbuje vlhkost, která při nízkých teplotách zamrzá a zvětšuje svůj objem, což přispívá ke vzniku mikrotrhlin. Čím vyšší je koeficient mrazuvzdornosti, tím delší je životnost betonových výrobků.
Voděodolný
Součinitel voděodolnosti je označen označením W a udává schopnost betonu nepropustit vodu pod tlakem. Betonové výrobky s vysokým součinitelem W lze použít při výstavbě objektů provozovaných v agresivním prostředí – mosty, tunely, mola atd. Když se beton používá jako základ pro železobetonové konstrukce, jejichž tloušťka přesahuje 20 cm, ukazuje se, že je nepropustný pro vodu. Na základě stupně propustnosti vody je beton klasifikován do 12 různých tříd od B2 do B30. Beton je tedy schopen odolat různým tlakům, normovaným od 0.2 do 3 MPa, což je důležitý aspekt pro stavbu konstrukcí ze železobetonových výrobků i základů pod vodou.
Hustota
Těžký beton a priori není hustý materiál. Důvodem je přítomnost pórů, které se vytvořily v důsledku procesu odpařování kapaliny, a také částečné odstranění bublin vytvořených během zhutňování. Pro maximalizaci ukazatelů hustoty je nutné pečlivě vybírat kamenivo v kontextu jejich zrnitostního složení, analyzovat použití změkčovadel, snížit poměr voda-cement a optimalizovat proces zhutňování. Zvýšení hustoty se přímo projeví na zvýšení odolnosti proti korozi, voděodolnosti, pevnosti a mrazuvzdornosti.
Požární odolnost
Beton lze na základě složení klasifikovat jako žáruvzdorný materiál, který odolává vysokým teplotám. Současně dlouhodobé vystavení ohřevu, jehož hodnota se pohybuje od 160 do 200 °C, již může vést ke ztrátě pevnosti betonu o 255 nebo 30 %. V místech, kde je nutné zajistit dodatečnou ochranu, se tedy používají tepelně izolační materiály a také tepelně nejodolnější druhy betonu.
Roztahování a smršťování
Proces tvrdnutí betonové malty během prvních let provozu znamená nevyhnutelné smrštění s mírným bobtnáním a zvětšením objemu. Hodnota smrštění je zpravidla malá a činí asi 0.15 mm na metr délky betonové konstrukce. Mezitím u masivních konstrukcí může smrštění způsobit vznik trhlin, které následně vedou k destrukci. Pro omezení smršťování se používá beton s nízkou spotřebou cementu, používají se nejkvalitnější ztužovadla zrna, která dokážou zaručit mokrý režim při tuhnutí.
Odolnost proti korozi
Proces koroze betonu se týká ničení cementu, což je doprovázeno poklesem ukazatelů, jako je odolnost proti vodě. Zároveň se snižuje součinitel adheze k výztuži, což vede ke snížení pevnosti. K zabránění poškození korozí se do cementů používají různé přísady, které tvoří kyselinovzdorné, pucolánové a hlinité směsi. Kromě toho se často používá technologie úpravy povrchu betonu speciálními roztoky ve formě silikofluoridu sodného, tekutého skla a pracuje se na obkladech dlaždicemi na keramické bázi.