Betón ako stavebný materiál poskytuje architektom a inžinierom na výber široké použitie technológií výstavby pri súčasnom určení vlastností použitého materiálu v nosnej konštrukcii. Dôsledkom je, že oblasť výstavby a použitia betónových budov sa neustále mení a ich vysoké technické parametre sa zväčša prekračujú.
Vstup Slovenskej republiky do Európskej únie znamenal aj prijatie zjednotenej európskej legislatívy v oblasti technickej normalizácie. Konštrukčný hutný betón má široké uplatnenie v súčasnom staviteľstve pri zhotovovaní nosných prvkov pozemných stavieb aj významných inžinierskych konštrukcií. Požiadavky na technológiu jeho výroby narastajú v súvislosti s rozsahom uplatnenia betónov vyšších pevností.
Zloženie a výroba betónu
Betón je kompozitný materiál vyrobený z kameniva, cementu, vody, prísad a prímesí. Prísadami a prímesami sa zlepšujú niektoré jeho požadované vlastnosti (pevnosť, spracovateľnosť a podobne). Na zhotovovanie nosných konštrukcií betónových budov sa používajú kvalitné betóny stredných a vyšších pevnostných tried. Dôvodom je dosiahnuť optimálne rozmery prierezov nosných prvkov a znižovať vlastnú tiaž budovy.
Úloha cementového tmelu a hydratácie
Zmes vody a cementu nazývame cementový tmel. Cement a voda chemicky reagujú, táto chemická reakcia sa nazýva hydratácia. Rýchlosť hydratácie závisí od jemnosti mletia cementu. Hydratovaný cementový tmel tvorí spojivo medzi jednotlivými zrnami kameniva, a preto sa významne podieľa na raste a hodnote konečnej pevnosti betónu. Hydratáciu ovplyvňuje kvalita spracovania čerstvého betónu a trvanie vhodného ošetrovania betónu.
Počas hydratácie vzniká hydratačné teplo, ktoré je tým väčšie, čím jemnejšie zomletý je cement. Pri betónovaní konštrukcie v zimnom období hydratačné teplo zmierňuje negatívne pôsobenie nízkych teplôt na tvrdnutie betónu. Naopak, pri betónovaní hrubých základových dosiek sa hydratačné teplo nadmerne akumuluje v telese dosky a je príčinou predčasného vysychania čerstvého betónu.
Cementový tmel je vysoko porézny materiál, ktorého pórovitosť závisí od zloženia a veku cementového tmelu. Na to, aby prebehla hydratácia, je potrebný vodný súčiniteľ aspoň ω = 0,16. Pri zhotovovaní objemnejších nosných prvkov, aby bolo možno čerstvý betón spracovať, sa pri návrhu berie do úvahy minimálne vodný súčiniteľ ω = 0,35. Aby nevznikalo nadmerné zmrašťovanie pri tvrdnutí betónu a obmedzil sa vznik technologických trhlín, mal by mať kvalitný betón vodný súčiniteľ čo najmenší. Neprípustné šírky trhlín v betóne totiž znižujú životnosť konštrukcie, a to v dôsledku vzniku korózie výstuže a betónu.
Aká je najväčšia slabina betónu?
Cementy rozdeľujeme na pomaly, normálne a rýchlo tuhnúce. Odporúča sa používať cementy s týmito pevnostnými triedami - CEM 32,5; CEM 42,5 a CEM 52,5.
Kamenivo a jeho význam
V hutnom betóne kamenivo obyčajne tvorí až 70 % objemu. Kamenivo do betónov na realizáciu betónových budov sa delí podľa veľkosti zŕn na dve frakcie: piesok 0 až 4 mm a štrk 8 až 16 mm, výnimočne 16 až 32 mm.
Výroba, zhutnenie a ošetrovanie betónovej zmesi
Vyrobiť kvalitný betón je náročná úloha, pri ktorej sa nesmie podceniť ani jedna fáza zhotovovania nosnej betónovej konštrukcie. Výroba betónovej zmesi na kvalitné betóny sa uskutočňuje strojným miešaním podľa podrobných odskúšaných receptúr na dávkovanie jednotlivých zložiek. Pri ukladaní betónu do debnenia treba betónovú zmes dôkladne zhutniť na vypudenie plynných a tekutých súčastí tak, aby čerstvý betón bol bez dutín.
Významným faktorom, ktorý ovplyvňuje kvalitu betónu, je jeho ošetrovanie po uložení do debnenia. V zimných mesiacoch nesmie počas tvrdnutia betón zmrznúť, pretože by v ňom prestal prebiehať proces hydratácie a po rozmrznutí by sa betón rozpadol. Ak sú teploty nižšie, treba na výrobu betónu použiť zohriatu zámesovú vodu a zohriate kamenivo. Naopak, v letných mesiacoch treba zabezpečiť, aby proces hydratácie prebiehal vo vlhkom prostredí počas tvrdnutia betónu. Aby čerstvý betón na voľnom priestranstve nadmerne nevysychal, a tým sa nadmerne nezmrašťoval, treba ho aspoň počas 14 dní prikrývať fóliami a kropiť vodou.
Mechanické vlastnosti betónu po zhutnení a tvrdnutí
Pracovný diagram betónu
Pracovný diagram betónu vyjadruje závislosť medzi napätím v betóne σc a pomerným pretvorením betónu εc. Tvar pracovného diagramu na rozdiel od jeho komponentov (cementový tmel, kamenivo) je nelineárny.
Na rozdiel od výstuže (správa sa pružne aj pri vysokých hladinách tlakového či ťahového namáhania), má betón veľmi nízku pevnosť v ťahu fct, ktorá je približne len 1/10 jeho pevnosti v tlaku fc. Preto sa pozornosť venuje najmä vlastnostiam betónu pri tlakových napätiach σc. Už v štádiu tuhnutia a tvrdnutia čerstvého betónu, keď voľnému zmrašťovaniu cementového tmelu bráni kamenivo, vznikajú v betóne ťahové napätia. Tie sú potom príčinou prvých mikrotrhlín na styku cementového tmelu a zŕn kameniva.
Pri tlakových napätiach do hodnoty 30 % pevnosti betónu fc sa betón správa takmer ako lineárne pružný materiál. Pri hladine tlakových napätí 0,3 až 0,4 fc vznikajú na styku cementového tmelu a kameniva mikrotrhliny. Pri tlakových napätiach σc väčších ako 0,6 fc sa mikrotrhliny začnú rozširovať aj do cementového tmelu a začnú vytvárať súvislý systém mikrotrhlín. Od tohto okamihu sa pracovný diagram betónu začína silne zakrivovať (betón plastizuje a vykazuje väčšie trvalé nevratné deformácie konštrukcie). Opísané vlastnosti betónu sú znázornené na obr.
Aká je najväčšia slabina betónu?
Pevnosť betónu v tlaku
Najväčšie napätie σc, ktoré sa dosahuje počas krátkodobého zaťažovania vzorky betónu tlakom, sa nazýva pevnosť betónu v tlaku fc. Porušenie vzorky betónu nastáva pri pomernom pretvorení približne εcu1 = -0,0035 = -3,5 ‰. Tvar vzorky betónu má zodpovedať tvaru tlačených prvkov (t. j. stĺpov) v nosnej konštrukcii.
Pevnostné charakteristiky betónu na výpočty konštrukcií sa definujú skúškami na valcových skúšobných telesách s výškou h = 300 mm a kruhovou základňou a = 150 mm. Používajú sa tiež skúšobné telesá v tvare kocky, ktorá má rozmery 150/150/150 mm. Tieto pevnostné charakteristiky sa nazývajú kockové (značia sa symbolom cube). Valcová pevnosť fc je približne o 20 % nižšia ako kocková pevnosť fc,cube.
Pri telesách v tvare kocky sa dosahuje vyššia pevnosť fc,cube v dôsledku významného priaznivého vplyvu trenia betónových základní vzorky o oceľové kontaktné plochy zaťažovacieho zariadenia. V reálnych podmienkach stavebnej výroby z časových dôvodov nemožno zisťovať dlhodobú pevnosť betónu fc,lt (betón v skutočnej konštrukcii je namáhaný dlhodobo). Dlhodobá pevnosť betónu je približne o 15 % nižšia ako jeho krátkodobá pevnosť. Hlavnou príčinou tohto javu je dotvarovanie betónu. Na výpočty účinkov krátkodobého zaťaženia betónových konštrukcií sa používa idealizovaný pracovný diagram betónu podľa obr. 2.
Pevnosť betónu v tlaku fc je definovaná ako maximálne tlakové napätie dosiahnuté pri skúške do porušenia vzorky, ktorá je namáhaná jednoosovým tlakom. Pri charakteristickej (zaručenej dolnej) valcovej pevnosti fck sa berie do úvahy 5 %-ný pravdepodobnostný fractil. Ten istý fractil platí aj pre charakteristickú kockovú pevnosť fck,cube. Približne bude fck = 0,8 fck,cube. Všetky druhy pevností betónu pri navrhovaní nosných betónových konštrukcií sú odvodené z charakteristickej pevnosti fck.
Podľa kvality rozdeľujeme betóny do tzv. pevnostných tried. Pre každú pevnostnú triedu sú definované základné pevnostné a deformačné charakteristiky. Niektoré z týchto hodnôt sú uvedené v tab. 1, z ktorej sa odvodzujú aj stredné hodnoty pevnosti betónu v tlaku fcm.
Betón prechádza procesmi tuhnutia a tvrdnutia. Jeho pevnostné a deformačné charakteristiky sa preto menia s jeho vekom. Podstatná časť pevnosti betónu v tlaku sa rozvinie za 28 dní od vybetónovania prvku pri dozrievaní betónu v bežných podmienkach. Závislosť charakteristických pevností betónu na veku betónu t sa určuje nepriamo prostredníctvom stredných charakteristických pevností.
Pevnosť betónu v ťahu
Pevnosť betónu v ťahu predstavuje len asi 10 % tlakovej pevnosti. Je to nespoľahlivá charakteristika, a preto sa na úrovni medzných stavov únosnosti pri stanovovaní ohybovej odolnosti neberie do úvahy. Platí to aj pre strednú hodnotu pevnosti betónu v ťahu fctm, z ktorej sa odvodzujú charakteristické pevnosti betónu v centrickom ťahu, a to dolná charakteristická hodnota pevnosti (fractil 5 %) fctk,0,05 a horná charakteristická hodnota pevnosti (fractil 95 %) fctk,0,95 (MPa).
Modul pružnosti a Poissonovo číslo
Základnou deformačnou charakteristikou betónu je modul pružnosti Ec. Zároveň táto závislosť platí len pre krátkodobé zaťaženie vzhľadom na vplyv zmrašťovania a dotvarovania betónu. Stredná hodnota modulu pružnosti Ecm sa definuje ako 28-dňový sečnicový modul pri napätí σc = 0,4 fcm (pozri idealizovaný pracovný diagram betónu na obr.).
Okrem sečnicového modulu pružnosti môžeme definovať aj dotyčnicové moduly pružnosti Ect, ktoré sa určujú sklonom dotyčnice k ľubovoľnému bodu pracovného diagramu betónu. Špeciálnym prípadom je počiatočný modul pružnosti Eco, ktorý je určený sklonom dotyčnice v počiatku pracovného diagramu betónu v nulovej hodnote napätia σc. Modul Eco je o niečo vyšší ako modul Ecm.
Na hodnoty modulov pružnosti vplývajú niektoré faktory. V prípade, ak je betón nasýtený vodou, modul pružnosti betónu bude približne o 10 % väčší v dôsledku zvýšenia hodnoty modulu pružnosti pórovitého cementového tmelu. Na modul pružnosti betónu má vplyv aj druh použitého kameniva. Ak sa použije pieskovcové kamenivo, treba hodnotu Ecm o 30 % znížiť, a ak sa použije kamenivo z pórovitého vápenca, znižuje sa hodnota Ecm o 10 %. Pokiaľ treba získať strednú hodnotu modulu pružnosti betónu Ecm(t) v čase t inom ako 28 dní, môže sa použiť časová redukcia s použitím 28-dňových hodnôt veličín fcm a Ecm.
Súčiniteľ priečneho pretvorenia betónu (Poissonovo číslo) má hodnotu µ = 0,20 pre betónové prvky bez trhlín, pre betónové prvky s rozvinutými trhlinami sa niekedy berie do úvahy hodnota µ = 0.
tags: #beton #asfaltovy #nemodifikovany #po #zhutneni