BEK-technologie betonu

Technologie betonu
Dne: 23. ledna 2004
OBSAH:
Obsah
Výhody a nevýhody betonových konstrukcí
Rozdělení betonových konstrukcí
Základní prvky betonových konstrukcí
Složky betonu
Kamenivo
Zkoušky kameniva
Cement
Druhy cementů
Zvláštní druhy cementů
Složky cementů
Zkoušky cementu
Voda
Přísady do betonové směsi
Betonová směs a vlastnosti betonu
Betonová směs
Vlastnosti betonů
Pracovní spáry
Zpracování betonové směsi
Ošetřování betonové směsi
Betonářská ocel
Vlastnosti betonářské oceli
Druhy betonářské oceli
Betonářské práce
Tradiční bednění
Progresivní bednění
Druhy bednění
Železářské práce
Betonáž
Odbedňování
Zvláštní druhy betonu
Použitá literatura
2
3
3
4
6
6
6
10
11
13
13
15
17
17
19
19
20
22
23
23
25
25
26
27
27
28
28
29
30
32
33
37
Výhody a nevýhody betonových konstrukcí
Výhody betonových konstrukcí
Pevnost - betonu v tlaku je velmi rozmanitá, volitelná podle potřeby (od 5 do 50 MPa).
Trvanlivost - betonových konstrukcí je při dobré údržbě neobyčejně velká na vzduchu i pod vodou. Koroze betonu závisí na použitém kamenivu a na množství a druhu cementu. Betony s malým obsahem cementu nazýváme hubené (jsou náchylnější ke korozi), betony s větším množstvím cementu jsou mastné.
Ohnivzdornost - závisí na druhu použitého kameniva, při kvalitním kamenivu až 800 C°, ŽB do 600 C°.
Tvárnost - je velkou předností monolitických betonových konstrukcí. Přímo na stavbě můžeme vytvářet nejrozmanitějších tvarů a průřezů podle statických požadavků.
Odolnost - betonu proti mechanickému poškození  je obdobná jako u přírodního kamene a závisí na prostředí , ve kterém se nachází.
Hospodárnost - betonové konstrukce je dána velkou trvanlivostí a levnou výrobou z dosažitelných surovin.
Nevýhody betonových konstrukcí
Hmotnost - závisí na použitém kamenivu. Pohybuje se mezi 2000 až 2400 kg.m-3 u prostého betonu a mezi 2300 až 2600 kg.m-3 u železového betonu. Velká hmotnost nám zvláště vadí u prefabrikátů, pro které potřebujeme mohutné zvedací stroje a speciálních vozů pro dopravu, což nepříjemně zvedá náklady stavby.
Tepelná vodivost - je tím větší, čím větší je hmotnost betonu. Proto musíme konstrukce pozemních staveb pečlivě tepelně izolovat.
Zvuková vodivost - betonu je rovněž vysoké a závisí na hutnosti betonu. Na ochranu proti šíření zvukových vln betonových konstrukcí používáme různé zvukové izolace.
Objemové změny - betonových konstrukcí vznikají při tuhnutí a tvrdnutí betonu a při teplotních změnách konstrukcí. Nežádoucí vlivy objemových změn odstraňujeme zhotovením dilatačních spár.
Rekonstrukce - betonových konstrukcí je velmi namáhavá a nákladná. Velká pevnost a tvrdost betonu, i když jsou předností tohoto materiálu, jsou při opravě příčinou toho, že každá úprava konstrukce je velmi pracná a tím také nákladná.
Rozdělení betonových konstrukcí
Podle statického hlediska
Prostý beton - PB, používá pouze pro tlačené prvky (sloupy, opěrné zdi, základové konstrukce)
Slabě vyztužený beton - SVB, jedná se o prvek, jenž jsou vyztuženy ocelovými pruty pod minimální stupeň vyztužení
Železobeton - ŽB, konstrukce, které mají alespoň na tažené straně umístěnu výztuž (prvky namáhané ohybem, tlačené sloupy, kde síla působí mimo těžiště)
Předpjatý beton - konstrukce, do které je záměrně vnášeno napětí (prvek se stává tlačeným)
Podle technologického hlediska
Monolitické konstrukce - zhotovuje se přímo na staveništích
Montované konstrukce - zhotovuje se ve výrobnách
Kombinovaný systém - kombinace předchozích
Podle struktury
Hutné betony - jsou betony s minimálním množstvím vzduchových pórů a malých dutin, zpravidla menších než 18%; mezery mezi zrny hrubého kameniva malta zcela vyplňuje
Mezerovité betony - se vyznačují množstvím dutin a mezer převyšujícím 18%; mezery mezi zrny hrubého kameniva nejsou maltou zcela zaplněny
Pórovité betony - jsou jemnozrnné malty vylehčené velkým množstvím pórů
Podle konstrukčně-technologického hlediska
Nosné - tvoří nosnou konstrukci přenášející zatížení
Konstrukční - betony se vyznačují velkou pevností; používají se převážně pro nosné konstrukce pozemních a inženýrských staveb (např. sloupy, stropy, stěny)
Silniční - betony se vyznačují větší pevností v tahu, velkou odolností proti vlivu povětrnosti a účinkům mechanického opotřebování; používá se pro stavbu silničních vozovek a rozjezdových letištních ploch
Vodohospodářské - betony jsou určeny pro konstrukce, které jsou ve styku s vodou; používají se pro stavby přehrad, vodojemů, jezů, nádrží apod.
Nenosné - tzv. výplňové betony, mají převážně funkci tepelně-izolační
Základní prvky betonových konstrukcí
Z prostého betonu
Základové pásy - se navrhují pod vnitřní a vnější zdi. U málo zatížených základů používáme pásy z betonu nejmenší pevnosti a malých průřezů. Pásy větších rozměrů navrhujeme tak, aby se zabránilo usmyknutí nebo přelomení převislé části pásu (ústupek) , přitom výška musí být alespoň 1,5krát větší než šířka.
Základové patky - se navrhují pod sloupy a přenášejí zatížení do základové půdy. Patky mívají většinou čtvercový nebo obdélníkový průřez. Ústupek patky je namáhán ohybem, který však nemusíme posuzovat, když zachováme úhel ústupku min 60°.
Opěrné zdi - jsou konstrukční prvky, které svou tíhou zadržují tlaky násypů, zemin, svahů a pod. Tvar volíme většinou proměnného průřezu po výšce, a to tak, aby průřez zdi a základová spára byly převážně namáhány tlakem a oblast tažené části byla co nejmenší.
 Dalšími konstrukcemi z prostého betonu mohou být pilíře, sloupy a stěny, které se ale povětšinou dělají z železového betonu.
Ze železového betonu
Základy z prostého betonu na méně únosných půdách nebo pro velká zatížení bychom museli dělat velkých rozměrů. Zvláště výška základů by byla velká. Použijeme-li železový beton Je základ podstatně nižší a hospodárnější.
Základové patky - pod sloupy a pilíře navrhujeme čtvercové, obdélníkové i kruhové. Půdorysné rozměry závisejí na únosnosti zeminy a na velikosti zatížení. Převislé části patky vyztužujeme podle velikosti ohybového momentu vyvozeného tlakem zeminy (nezapočítáváme vlastní tíhu patky). V rovině líce sloupu posuzujeme patku na tečné napětí a na promáčknutí (propíchnutí). Tvar patky ve svislém řezu volíme obdélníkový, u velkých patek volíme tvar proměnného průřezu, zesíleného pod úhlem 30° i více.
Základové pásy - děláme pod zdmi nebo pod řadou sloupů, jestliže navržené rozměry patek jsou velmi velké. Založení na pásech má řadu výhod. K hloubení základů je možné použit stroje, bednění je jednodušší. Pásy pod řadou sloupů jsou namáhány ohybem. Děláme je obdélníkového průřezu. Od plynule zesíleného průřezu upouštíme pro pracnost bednění a nahrazujeme je dalším stupněm. Vzniká konstrukční prvek převráceného tvaru písmena T.
Základové rošty - jsou vytvářeny soustavou příčných a podélných pásů. Volíme je pro skeletové stavby na méně únosných základových zeminách, v naplaveninách, pro zakládání staveb na násypech i v poddolovaných územích.
Základové desky - tvoří souvislý základ na celém půdorysném rozsahu budovy. Používáme je u výškových staveb, u kterých pro velká zatížení nevystačíme s patkami, a u budov s hladinou podzemní vody nad úrovní podzemního podlaží. Tloušťka desky závisí na zatížení a na rozpětí konstrukce; bývá 600 až l 500 mm i větší. Spojíme-li desku s betonovými podzemními zdmi, dosáhneme velké prostorové tuhosti. Při větši hloubce traktu volíme kombinaci desek a trámů vetknutých do základových pozedních věnců. Tak vznikají základové konstrukce obdobné stropům skeletu, jako jsou základová deska s trámy a průvlaky, roštová soustava trámů s deskami, roštová soustava trámů s kazetami nebo hřibová konstrukce.
Svislé konstrukční prvky přenášejí zatížení horní části konstrukce na část dolní a až na základy.
Sloupy - ze železového betonu jsou v pozemních stavbách konstrukční prvky, u nichž délka mnohokráte převyšuje šířku a výšku průřezu nebo průměr. Železobetonové sloupy umožňují přenášet velká zatížení na základy. Velmi často je spojujeme v jeden celek s trámy a vytváříme tak tuhou konstrukci - rámy. Sloupy navrhujeme různých průřezů, a to kruhové, čtvercové, obdélníkové i mnohoúhelníkové. Nárožní sloupy a sloupy na vnějšku traktu mívají složené průřezy. Namáhány jsou převážně tlakem při minimální výrobní excentricitě nebo kombinací tlaku a ohybového momentu.
Železobetonové stěny - navrhujeme pro zatížení tlakem a ohybovým momentem, a to především tam, kde není vhodná masivní konstrukce z prostého betonu.
Vodorovné konstrukční prvky přenášejí půdorysné zatížení na svislé konstrukce. Vytvářejí nosnou konstrukci nad prostory a otvory. Jsou namáhány převážně ohybem a u líce podpor smykem.
Železobetonové desky - jsou plošné konstrukční prvky, u nichž šířka a délka mnohokráte převyšují výšku (tloušťku). Nosnou výztuž klademe do míst, v nichž je konstrukce namáhána tahem. Výztuž klademe nejkratším směrem. Desky rozdělujeme podle uložení na desky prostě uložené, desky částečně vetknuté a desky dokonale vetknuté.
Trámy - jsou konstrukční prvky, u nichž délka mnohonásobně převyšuje šířku a výšku. Poměr šířky k výšce se navrhuje zpravidla l : 2, maximálně 1:4. Prvky poměru většího než l : 4 považujeme za stěnové prvky.
Podle uložení rozdělujeme trámy na prostě uložené a na trámy částečně nebo dokonale vetknuté jednostranně nebo oboustranně. Přesahuje-li trám přes podporu, vzniká převislý konec. Pak může být trám s jedním nebo oboustranným převislým koncem.
Trámy jsou namáhány ohybem a smykem, působí-li výslednice zatížení kolmo k podélné ose trámu a prochází-li těžištěm průřezu. Průběh ohybových momentů je pro rovnoměrné spojité zatížení obdobný jako u desek. Nosné pruty vkládáme do tažené části trámu co nejblíže k povrchu ve směru rozpětí. Vhodně volenými ohyby nosné výztuže a třmínky, tj. výztuží vedenou po obvodu průřezu, zachycujeme smyk. Jsou-li prvky zatěžovány nesouměrným zatížením, např. podporují desky o nestejných rozměrech nebo jen z jedné strany, jsou navíc zatěžovány kroucením.
Trámy s náběhy jsou prvky, které jsou k podpoře zesilovány. Zvětšením průřezu v podpoře zajistíme tužší spojení s podpůrnou konstrukcí, a tím zvětšíme i únosnost konstrukce. Průřez zvětšujeme jak po výšce, tak i po šířce nebo prostorově. Náběhy jsou náročné na bednění, proto trámy s náběhy používáme výjimečně. Navrhujeme je při překlenutí velkých prostorů.
Spojité trámy jsou konstrukční prvky, které mají více podpor než dvě. Nad vnitřními podporami jsou prvky namáhány zápornými momenty, horní vlákna jsou tažena, v poli jsou prvky namáhány kladnými momenty, tah je v dolních částech prvku (obdobně jako u trámu s převislými konci). V krajních podporách je tah při honím povrchu, bude-li s nimi trám částečně nebo dokonale spojen. Je-li některé pole spojitého trámu méně zatíženo, odlehčeno, může i v poli vzniknout záporný ohybový moment, který musíme vykrýt nosnou výztuží. Stanovení extrémních možností ohybových momentů a navržení bezpečných konstrukci jsou úkolem statického výpočtu konstrukce. Spojité trámy jsou hospodárnější než prosté trámy, daleko lépe se využívá průřez. Spojitý trám přenese větší zatížení než konstrukce vytvořená z trámů prostě podpořených.
Krakorce jsou trámy jednostranně vetknuté do podpor. Jsou namáhány ohybem a smykem. Horní vlákna prvku jsou tažena, dolní vlákna jsou tlačena. V líci podpory zachycujeme smyk smykovou výztuži. U průmyslových staveb se setkáváme s mohutnými krátkými krakorci na sloupech, na nichž spočívají ocelové nosníky jeřábové dráhy. Krakorce jsou namáhány nejen ohybem, ale i velkou smykovou silou, popř. krutém. Převislé konce trámu jsou namáhány obdobně jako krakorce a tak je i vyztužujeme.
Průvlaky - jsou mohutné konstrukční prvky podporující trámy. Přenášejí zatížení trámů do podpor, nahrazují sloupy. Provádíme je zpravidla se čtvercovými průřezy, které lépe přenášejí kroutící moment. Jsou namáhány ohybem, smykem, při nesouměrném zatížení i krutém. Náběhy u podpor můžeme zvětšit průřez, a tím zvětšit únosnost průvlaku.
Překlady - jsou konstrukční prvky nad otvory ve stěnách. Přenášejí zatížení nad otvorem do podpor. Jsou namáhány ohybem, často i krutém, jako např. okenní překlad zatížený stropní konstrukcí. Navrhujeme je podle světlosti otvorů a podle velikosti zatížení v různých průřezových rozměrech, i jako deskové trámy (šířka převládá nad výškou).
Táhla - jsou železobetonové konstrukční prvky, které jsou namáhány tahem. Veškerý tah přenáší výztuž, beton chrání ocelové pruty před korozí.
Složky betonu
Kamenivo
Kamenivo je zrnitý materiál anorganického, přírodního nebo umělého původu, určený ke stavebním účelům. Vytváří nosnou kostru betonu.
Rozdělení kameniva:
podle původu:
přírodní - těžené (z vodních toků nebo z naplavenin) nebo drcené (získané z lomů)
umělé - z průmyslových odpadů (popílek, struska), z upravených hornin (keramzit, liapor, perlit, agroporit) nebo z keramických odpadů (drcené cihly)
podle objemové hmotnosti:
hutné kamenivo o objemové hmotnosti větší než 1800 kg/m3
pórovité kamenivo o objemové hmotnosti menší než 1800 kg/m3
podle velikosti zrn:
drobné (velikost 0 - 4 mm)
hrubé (velikost 4 - 63 mm)
kalibry (velikost 63 - 125 mm)
ŠP - štěrkopísek je směs drobného a hrubého těženého kameniva
ŠD - štěrkodrť je směs drobného a hrubého drceného kameniva
Vlastnosti kameniva
Jednotlivá zrna kameniva spojená cementovou maltou tvoří pevnou, kompaktní hmotu. Pro výrobu kvalitních betonů používáme zrna kameniva různých velikostí, vykazující dobrou pevnost, trvanlivost, odolnost proti vlivu povětrnosti a mrazu, s minimální nasákavostí. Pro výrobu kameniva se hodí jak horniny vyvřelé, tak i usazené nebo přeměněné. Přednost dáváme horninám kyselím s větším obsahem SiO2.
Zkoušky kameniva
Před zahájením výroby nebo před těžením kameniva jsme povinni vykonat průkazní zkoušky, jimiž zjistíme, zda vlastnosti kameniva odpovídají ČSN. Během výroby provádíme kontrolní zkoušky, zejména tehdy, jestliže se během těženi nebo výroby mění některé vlastnosti kameniva.
Hmotnost vzorků je různá podle velikosti zrn. Příslušná ČSN předepisuje nejmenší hmotnosti vzorků kameniva podle velikosti největších zrn frakce a podle ověřované vlastnosti kameniva.
Kamenivo skladujeme v prostorách s pevným upraveným povrchem, nikoli hlinitým, anebo v zásobnicích. Jednotlivé frakce, kamenivo určité velikosti nebo druhy kameniva ukládáme odděleně.
Při dopravě, skladování nebo při přemisťování kameniva si počínáme obezřetně, aby se různě velká zrna nesmísila.
Velikost zrn
Kamenivo se skládá ze zrn různých velikostí a tvarů. K roztřídění kameniva podle velikosti používáme síta se čtvercovými otvory, oky. Síta jsou plošná nebo válcová. Plošná síta jsou sestavena nad sebou a do pohybu se uvádějí vibrací. Válcová síta jsou uspořádána ve sklonu a jsou zasunuta do sebe. Vnitřní válec má největší oka, další válce postupně menší. Kamenivo třídíme otáčivým pohybem válců. Nejprve roztřídíme kamenivo nahrubo, potom na požadované velikosti zrn. Velikosti ok sít jsou předepsány ČSN.
Normová řada sít a kalibrů, tzv. základní řada, má oka o straně:
0,063
0,125
0,25
0,5
1
2
4
pro jemné kamenivo
 
 
 
8
16
32
63
pro hrubé kamenivo
 
 
 
 
 
63
125
kalibry
Doplňková řada sít a kalibrů má tyto velikosti ok:
0,045
0,090
0,180
0,355
0,710
1,40
2,80
pro jemné kamenivo
 
 
 
6
11
22
45
pro hrubé kamenivo
 
 
 
 
 
 
90
kalibry
Kamenivo, které jsme roztřídili na uvedených sítech, jsme tak roztřídili do frakcí. Velikost oka síta, na kterém kamenivo zůstalo, a velikost oka síta nejbližšího, jímž kamenivo propadlo, jsou označením frakce.
V lomech a třídírnách třídíme kamenivo na úzké a široké frakce, a to na základní a doplňkové.
Úzká základní frakce je zbytek kameniva na sítě normové řady, které propadlo sítem o dvojnásobné velikosti strany oka. Např. 4-8 je kamenivo propadlé sítem o velikosti ok 8 mm, které zůstalo na sítě o straně ok 4 mm. Úzká doplňková frakce kameniva je kamenivo vytříděné pomocí doplňkového síta základní řady.
Široká frakce obsahuje několik frakcí úzkých. Základní široká frakce je ohraničena síty základní normové řady, doplňková široká frakce doplňkovými síty (např. frakce 4-32; frakce 22-40).
Nadsítný a podsítný podíl je množství kameniva, které neodpovídá velikosti zrn příslušné frakce a jehož zrna jsou větší nebo menší. Množství nadsítného a podsítného podílu vyjadřujeme v procentech hmotnosti vzorku a porovnáme je s povolenou hodnotou ČSN příslušné třídy kameniva. Nadsítný podíl vzniká při dopravě kameniva a při ukládání, kdy větší zrna spadnou do frakce nižší. Podsítný podíl vzniká při nedostatečném třídění. Při přeplňování sít nebo rychlejším pohybu kameniva jsou menši zrna strhávána většími zrny, nestačí propadnout sítem.

Pevnost kameniva
Pevnost jednotlivých zrn kameniva musí být minimálně taková Jako je požadovaná pevnost betonu.
Na pevnost zrn kameniva usuzujeme podle obecně známých vlastností hornin nebo hmot, z nichž jsou zrna vyrobena. Zvětralé, vrstevnaté kamenivo malé soudržnosti, značně drobivé kamenivo, popř. s četnými trhlinami nebo puklinami na povrchu, má malou pevnost. Podobné kamenivo obsahující minerály malé pevnosti nebo tmely proměnlivé pevnosti poskytuje malou pevnost. Pevnost kameniva odhadujeme z pečlivého ohledání vzhledu a zkusmého šetření vlastností. Stupeň pevnosti hodnotíme podle odolnosti zrna v tlaku nebo příčném tahu (zrno zmáčkneme v ruce mezi prsty proti podložce, v kleštích nebo ve svěráku).
Pevnost pórovitého kameniva
Při posuzování pevnosti pórovitého kameniva nejprve zjistíme objem, velikost zrn, poměr velikosti zrn, tvar a rozmístění pórů. Při tom je nezbytně nutné, abychom pevnost posuzovali po porovnání se vzorkem téhož druhu kameniva vyhovujícího co do požadované pevnosti.
Pevnost pórovitého kameniva určíme stlačením ve válci. Do zkušebního válce o vnitřním průměru 150 mm a hloubce 100 mm nasypeme proschlý vzorek ze zrn velikosti frakce 16 až 32. Ostatní zrna větší roztlučeme, menší odstraníme prosetím vzorku. Kamenivo nasypeme až k hornímu okraji válce. Na válec nasadíme prstenec a tlačený píst. Píst zatěžujeme na zkušebním lisu tak dlouho, až dosáhne stlačení 20 mm. Výsledný tlak lisu dělený plochou válce (177. 102 mm2) určuje pevnost kameniva dílčí zkoušky. Výsledkem zkoušky je aritmetický průměr alespoň tří dílčích zkoušek.
Odplavitelné částice
Velké množství jemných částic ovlivňuje negativně pevnost betonu (jíly mají částice menší než 0,005 mm, prach a silt mají velikost zrna 0,005 až 0,063 mm), neboť nadměme zvětšuji povrch kameniva. Maximální množství odplavitelných částic v drobném kamenivu předepisují ČSN v rozmezí 1,5 až 3 % hmotnosti kameniva podle druhu a třídy kameniva.
Podíl odplavitelných částic maximální velikosti 0,05 mm stanovujeme sedimentačním nebo procezovacím způsobem.
Při sedimentačním způsobu odvážíme a vysušíme kamenivo do ustálené hmotnosti při teplotě 105 až 110 °C. Vzorek sypeme do nádoby, zalijeme vodou a promícháme. Zakalenou vodu necháme ustát, po dvou minutách vodu zčásti pomocí násosky odsajeme. Postup opakujeme, dokud není voda čistá. Kamenivo vyjmeme z vody a vysušíme do ustálené hmotnosti. Rozdíl vysušeného kameniva před a po zkoušce je množství odplavitelných částic.
Při procezovacím způsobu vyvážku vysušeného kameniva vsypeme do nádoby a zalijeme vodou tak, aby hladina vody byla nejméně 50 mm nad povrchem kameniva. Kamenivo důkladně promícháme tyči po dobu pěti minut a pak kalnou vodu s odplavitelnými částicemi přelijeme přes síta o velikosti 0,5 a l mm. Postup opakujeme, dokud síty nevytéká čistá voda. Zbylé kamenivo vysušíme při 105 až 110 °C do ustálené hmotnosti a zvážíme. Rovněž vysušíme a zvážíme zbytky na obou sítech.
Množství odplavitelných částic vyjádříme v procentech.
ky/obr_bek/imagebek253.gif" \* MERGEFORMATINET
kde m1 je hmotnost navážky před promývá