BEK-technologie betonu

ojivo
Zvláštní druhy cementů
Cementy se speciálními vlastnostmi
Silniční cement
Silniční cementy jsou speciální cementy, které mají velmi malou smrštitelnost, větší modul pružnosti, velkou odolnost proti střídavým vlivům povětrnosti a proti oděru a jsou velmi mrazuvzdorné. Silniční portlandské a silniční portlandské struskové cementy se vyrábějí ve třídách 6,5; 7,0 a 7,5 pevnostní třídy v tahu. Počátek tuhnutí u silničního portlandského cementu je min. 1,5 hodiny a u silničního portlandského struskového cementu min. 2 hodiny. Tuhnutí musí být ukončeno u obou do 12 hodin.
Hlinitanový cement
Hlinitanový cement je hydraulické pojivo, které má vyšší podíl oxidu hliníku (základní surovinou je bauxit a vápenec). Betony z hlinitanového cementu mají velké počáteční pevnosti, avšak beton je nutno udržovat neustále vlhký (nesmí se používat při více jak 30°C). Lze použít k betonování až do - 10°C.
Dnes se hlinitanový cement nesmí používat pro nosné konstrukce, protože se zjistilo, že konstrukce z hlinitanového cementu vlivem vlhkosti nebo různých teplot ztrácejí pevnost a rozpadají se. Používá se především ke speciálním pracím vyžadující velké počáteční pevnosti.
Zvláštní cementy
Síranovzdorný portlandský cement - je odolný proti síranovým a agresivním vodám, nesmí se přidávat žádná přísada ani žádné příměsi. Na trh se dostává pod obchodním názvem Sulfares ve třídách 22,5 a 32,5 (doba skladovatelnosti 6 týddnů).
Hydrofobizovaé cementy - jsou vyrobeny s hydrofobní látkou odpuzující vlhkost a umožňuje tak skladovat cementy až 9 měsíců. Hydrofobizovat můžeme všechny druhy cementu, kromě cementu síranovzdorného.
Plastifikované cementy - obsahují plastifikátory a používají se především pro dopravu betonové směsi čerpadly.
Fungicidní cementy - obsahují látky ničící mikroorganismy. Používá se v prostředích se zvýšenými požadavky na hygienu.
Bílý cement - se vyrábí z bílého vápence a silikátů. Používá se do omítek a pro výrobu cementového zboží.
Barevné cementy - se vyrábějí z bílých cementů s přidáním barvy a pigmentů
Barnaté a strontnaté cementy - při výrobě je vápník nahrazen baryem a stronciem. Betony vytvořené z tohoto cementu odolávají vlivů mořské vody, jsou chemicky stálé a pohlcují škodlivé paprsky jaderného záření.
Vysokopevnostní cement - se používá pro výrobu předpjatých a tenkostěnných konstrukcí, pod těžké stroje apod. Obsahuje 55 - 75 % trikalciumsilikátu.
Rychlovazný cement - má vysoké počáteční pevnosti, které jsou dosaženy vhodným mineralogickým složením slínku. Používá se pro zkrácení technologických přestávek při výstavbě.
Složky cementů
Chemické složení cementů
Cement je směsí sloučenin obsahujících oxid vápenatý, oxid křemičitý, oxid hlinitý, oxid železitý a oxid hořečnatý ve větších množstvích. Portlandský cement obsahuje čtyři hlavní petrografické složky:
TRIKALCIUMSILIKÁT (CaO)3 . SiO2 - mezinárodně označovaný C3S, se nazývá alit. Rychle se slučuje s vodou, uvolňuje velké množství hydratačního tepla a dává velmi pevné produkty.
DIKALCIUMSILIKÁT (CaO)2 . SiO2 - zkráceně označovaný C2S, se nazývá belit. Při hydrataci uvolňuje belit polovinu tepla ve srovnání s alitem. Pomalu hydratují (má nízké hydratační teplo), avšak konečné pevnosti jsou srovnatelné s alitem.
TETRAKALCIUMALUMINÁTFERIT (CaO)4 . Al2O3 . Fe2O3 zkráceně C4AF, se nazývá celit. Přispívá ke vzrůstu pevnosti betonu po delší době (jen na suchu). Zajišťuje objemovou stálost cementu.
TRIKALCIUMALUMINÁT (CaO)3 . Al2O3 - zkráceně C3A. Tento minerál velmi prudce hydratuje (okamžitě po smíchání s vodou), čímž vyvíjí značné hydratační teplo, avšak dosahuje malých pevností.
Složky cementů
Portlandský slínek - v normě označen značkou K, je hydraulická látka, která musí sestávat nejméně ze dvou hmotnostních třetin silikátů vápenatých, alitu a belitu  a ve zbytku obsahu z oxidu hlinitého, železného a dalších oxidů. Poměr oxidů vápenatého a křemičitého pak podle hmotnosti nesmí být menší než 2. Obsah oxidu horečnatého nesmí být větší než 5 % hmotnostních.
Granulovaná struska vysokopecní (S) - je latentní hydraulická látka, jejíž hydraulické vlastnosti jsou vyvolány vhodnou aktivací při hydrataci. Nejméně ze dvou hmotnostních třetin musí obsahovat strusku ve sklovitém stavu. Hmotnostní obsah oxidu vápenatého, horečnatého a křemičitého v granulované vysokopecní strusce musí tvořit nejméně dvě třetiny její hmotnosti. Ve zbytku je obsažen oxid hlinitý s malým množstvím dalších oxidů. Hmotností poměr oxidu vápenatého a horečnatého k oxidu křemičitému musí být větší než 1. Granulovaná vysokopecní struska vzniká rychlým ochlazením vhodně složené struskové taveniny při tavení železné rudy ve vysoké peci.
Pucolán (P, Q). Pucolány jsou přírodní nebo průmyslové látky křemičité, hlinito-křemičité nebo směsi těchto látek. Ačkoliv popílek a křemičitý úlet mají rovněž pucolánové vlastnosti, jsou uváděny zvlášť. Pucolány po smíchání s vodou samy netvrdnou. Jsou-li však jemně semlety, reagují v přítomnosti vody za normální teploty s rozpuštěným hydroxidem vápenatým za tvorby sloučenin vápenatých silikátů a vápenatých aluminátů, které jsou nositeli postupně narůstající pevnosti. Tyto sloučeniny jsou podobné těm, které vznikají při tvrdnutí hydraulických látek. Pucolány musí v podstatě obsahovat aktivní oxid křemičitý a oxid hlinitý. Ve zbytku pak oxid železitý a další oxidy. Obsah aktivního oxidu vápenatého  je zanedbatelný. Obsah aktivního oxidu křemičitého musí být nejméně 25 % hmotnostních.
Přírodní pucolán (P) - jsou obvykle látky vulkanického původu nebo sedimentární horniny vhodného chemického i mineralogického složení a musí vyhovovat požadavkům výroby.
Průmyslový pucolán (Q) - jsou tepelně zpracované a aktivované hlíny a břidlice, vzduchem ochlazené strusky z výroby olova, mědi, zinku a jiných výrobků metalurgického průmyslu. Průmyslový' pucolán může být použit jen takový, který výrazně nezvyšuje spotřebu vody pro zpracování cementu a v žádném případě nezhoršuje odolnost betonu nebo malty či snižuje ochranu výztuže.
Křemičitý popílek (V) - je jemně mletý prášek převážně z kulovitých sklovitých částic s pucolánovými vlastnostmi. Musí sestávat hlavně z aktivního oxidu křemičitého a oxidu hlinitého . Ve zbytku pak z oxidu železitého a jiných oxidů. Obsah aktivního oxidu vápenatého musí být menší než 5 % hmotnostních. Obsah aktivního oxidu křemičitého v křemičitém popílku podle předběžné evropské normy nesmí být menší než 25 % hmotnostních.
Vápenatý popílek (W) - je jemně mletý prášek s hydraulickými nebo pucolánovými vlastnostmi či oběma. Musí sestávat hlavně z aktivního oxidu vápenatého, aktivního oxidu křemičitého a oxidu hlinitého. Ve zbytku pak z oxidu železitého a jiných oxidů. Obsah aktivního oxidu vápenatého nesmi být menší než 5 % hmotnostních. Vápenatý popílek obsahující 5 % až 15 % aktivního oxidu vápenatého musí obsahovat nejméně 25 % aktivního oxidu křemičitého. Takový jemně mletý vápenatý popílek musí mít po 28 dnech hydratace nejméně 10 N/mm2 pevnosti v tlaku. Rozpínání vápenatého popílku musí být menší než 10 mm.
Kalcinovaná břidlice (T) - zvláště kalcinovaná olejnatá břidlice, se vyrábí ve speciální peci při teplotě cca 800 °C. Podle složení přírodního materiálu a výrobního postupu obsahuje kalcinovaná břidlice slínkové fáze, zvláště dikalciumsilikát a monokalcium aluminát. Vedle toho obsahuje malá množství volného oxidu vápenatého a síranu vápenatého a značný podíl pucolanicky reagujících oxidů, zvláště oxidu křemičitého. Kalcinovaná břidlice má v jemně semletém stavu výrazně hydraulické vlastnosti jako cement portlandský a navíc pucolánové vlastnosti. Jemně mletá kalcinovaná břidlice musí mít po 28 dnech nejméně 25 N/mm2 pevnosti v tlaku, rozpínání menší než 10 mm.
Křemičitý úlet (D) - je tvořen velmi jemnými kulovitými částicemi s vysokým obsahem amorfního oxidu křemičitého, jež je větší než 85 % hmotnostních.Křemičitý úlet vzniká při redukci čistého křemíku v obloukových pecích při výrobě křemičitých a ferrokřemičitých slitin.
Vápenec (L) - jehož obsah v cementu převyšuje 5 % hmotnostních, musí vyhovovat následujícím požadavkům:
obsah uhličitanu vápenatého musí být větší než 75 % hmotnostních
obsah jílovitého podílu adsorpce metylenové modři menší než 1,2 g/100 g
obsah organických složek menší než 0,2 % hmotnostních.
Zkoušky cementu
Vlastnosti cementu se ověřují a porovnávají s normami před expedicí v cementárně. Ke každé zásilce se pak připojí dodací list s označením druhu cementu, třídy a příslušné normy, které cement svými vlastnostmi vyhovuje. Na požádání vydá cementárna atest obsahující veškeré výsledky výstupních zkoušek dodaného cementu.
Za kvalitu cementu ručí cementárna po dobu tří měsíců, jestliže byl cement vhodně skladován. Cement skladovaný déle než tři měsíce hrudkovatí vlivem přijímání vlhkosti z ovzduší. Jeho vlastnosti je nutné před použitím ověřit.
U cementu zjišťujeme normální hustotu (konzistenci) cementové kaše, počátek a konec tuhnutí, objemovou stálost, pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku. Vyžadují-li to zvláštní podmínky, zkoušíme u cementu měrnou hmotnost a měrný povrch, popř. chemickým rozborem zjišťujeme množství chloridů, oxidu horečnatého a oxidu sírového.
Normální hustota
Normální hustotu (konzistenci) cementové kaše zjišťujeme Vicatovým přístrojem. Hustoměrný váleček necháme vnikat po dobu 30 sekund do cementové kaše vyplňující bakelitovou obroučku. Zůstane-li váleček 5 až 7 mm nad skleněnou podložkou, má cementová kaše normální konzistenci.
Postup zkoušky: Ze vzorku cementu odvážíme 800 (± 2) g, které smícháme v laboratorní míchačce při malé rychlosti se zvoleným množstvím vody. Cementovou kaší naplníme kuželovitou obroučku vymazanou vazelínou nebo olejem a umístěnou na skleněné podložce. Obroučku na styku s podložkou namažeme vazelínou, aby neunikala voda. Poklepem vypudíme z kaše vzduch, povrch srovnáme s úrovni obroučky a vložíme pod Vicatův váleček. Váleček postavíme na podložku a začátek stupnice posuneme do výšky rysky na vodicí tyčce. Pak váleček zdvihneme do úrovně obroučky, kterou zasuneme pod váleček, a ten po 2 s uvolníme. Váleček necháme volně klesat do středu cementové kaše po dobu 30 sekund. Jestliže se váleček nezastaví 5 až 7 mm nad podložkou, postup opakujeme s menším nebo větším množstvím vody. Normální konzistence byla stanovena, jestliže výsledku bylo dosazeno ve třech dílčích zkouškách po sobě vždy s nově namíchanou směsi se stejným množstvím vody.
Začátek a konec tuhnutí
Začátek a konec tuhnutí určujeme pomocí Vicatovy jehly. Začátek tuhnutí je doba, která uplyne od přidání vody k cementu do okamžiku, kdy jehla Vicatova přístroje zůstane vězet 3 až 5 mm nad podložkou. Dobou tuhnutí označujeme dobu, která uplyne od přidání vody k cementu až do okamžiku, kdy jehla pronikne nejvýše 1/2 mm pod povrch cementové kaše. Začátek i doba tuhnutí se uvádějí v hodinách a minutách.
Začátek i konec tuhnuti zjišťujeme vnikáním Vicatovy jehly o průřezu 1 mm2 do cementové kaše normální konzistence po časových intervalech. Při každém novém vpichu obroučkou pootočíme. Vpichy umísťujeme 2 až 3 mm od sebe a 10 mm od kraje obroučky. Postup opakujeme, výšky vpichu a časové údaje zaznamenáváme.
k/imagebek344.gif" \* MERGEFORMATINET
Vicatův přístroj
Stanovení objemové stálosti dle ČSN EN 196-3
Ke zkoušce použijeme Le Chatelierovy objímky, která je válcovitého tvaru průměru 30 mm a výšky 30 mm. V místě, kde je váleček po délce rozříznut, je na každé straně řezu připevněna 150 mm tyčinka. Vlivem rozpínání cementu se objímka rozevírá, konce tyčinek se výrazněji od sebe odsunou. Zkouška se provádí souběžně na dvou zkušebních tělíscích ze stejné záměsi cementu.
Lehce naolejovaná La Chatelierova objímka se postaví na mírně naolejovanou základovou destičku, ručně se naplní bez výrazného zhutňování nebo potřásání a je-li to nutné, zarovná se pravítkem. Během plnění je třeba zabránit rozevírání objímky.
Objímka se přikryje naolejovanou skleněnou destičkou. Je-li to nutné, zatíží se přídavným závažím. Po té se objímka umístí ihned do vlhkého prostředí a vněm je ponechána při teplotě (20 ± 1) °C a relativní vlhkosti nejméně 98% po dobu (24 ± 0,5) h.
Po (24 ± 0,5) h se změří vzdálenost „A" mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm. Objímka se pak vloží do vodní lázně, která se přivede v průběhu (30 ± 5) min. k bodu varu vody. Při této teplotě je vodní lázeň udržována 3 h ± 5 min.
Po vaření se změří vzdálenost „B" mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm.
Objímka se pak ochladí na (20 ± 2) °C a změří se vzdálenost „C" mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm.
Vypočtená průměrná hodnota ze stanovených rozdílů „C" - „A" určuje objemovou stálost.
Účelem zkoušky stanovení objemové stálosti je posoudit možné nebezpečí pozdějšího rozpínání zatvrdlého cementu v důsledku hydratace oxidu vápenatého nebo volného oxidu horečnatého. O provedené zkoušce se sepíše protokol, v němž se uvedou dosažené výsledky.
tings/pozemky/obr_bek/imagebek346.gif" \* MERGEFORMATINET
Upravená La Chatelierova objímka
Pevnost cementu v ohybu a v tlaku
Pevnost cementu v ohybu a v tlaku zjišťujeme na zkušebních trámcích z cementové malty plynulým zatěžováním do úplného rozrušení. K výrobě zkušebních tělisek rozměru 40 x 40 x 160 mm použijeme normovaný křemičitý písek granulometrické plynulé čáry a konstantní pevnosti. Tělíska zkoušíme po 24 hodinách tuhnutí a tvrdnutí nebo v pozdějších termínech či v normovém termínu po 28 dnech.
Pevnost v ohybu: zjistíme lisem na trámečcích, které umístíme symetricky na opěrné válce vzdálené 100 mm. Postupným zatěžováním je zlomíme. Pevnost v ohybu vyjádříme aritmetickým průměrem ze stanovených hodnot jednotlivých měření zjištěných nejméně na třech zkušebních tělískách.
Pevnost ohybu vypočteme ze vzorce:
 kde Rfu je pevnost v ohybu (MPa), F je síla přístroje (N). Zkoušku provádíme na zkušebním lisu nebo na Michaelisově přístroji.
Pevnost v tlaku: zkoušíme na zlomcích trámečků. Provedeme alespoň tři měřeni. Očištěné zlomky položíme bočními plochami mezi obě destičky tlakového přípravku - lisu a čelní stranu dorazíme k zarážce. Po kontrole uložení a nastavení ploch zlomky zatěžujeme. Nárůst napětí upravíme na 1,5 ± 0,5 MPa za sekundu. Provádíme alespoň tri měření.
Pevnost v tlaku vypočteme ze vzorce:
 gs/pozemky/obr_bek/imagebek343.gif" \* MERGEFORMATINET kde Rc je pevnost v tlaku (MPa) a F síla nutná k porušení (N)

INCLUDEPICTURE "../../Documents%20and%20Settings/Petr/Local%20Settings/pozemky/obr_bek/imagebek345.gif" \* MERGEFORMATINET
Michaelisův přístroj
Hustota
Hustotu cementu určujeme La Chatelierovým skleněným objemometrem. Objemometr naplníme kapalinou nereagující s cementem (petrolej, lakový benzín, bezvodý ethanol) po značku O až 1 ml na hrdle objemometru. Potom nasypeme do objemometru 65 g cementu s přesností 0,01 g. Po odstraněni bublin vzduchu otáčením nádobky přečteme výšku hladiny kapaliny. Hustota je podíl hmotnosti cementu a přírůstku objemu kapaliny.
Měrný povrch
Měrný povrch cementu zjišťujeme metodou Blaineovou, při které měříme průtok vzduchu cementem. Určíme tak velikost povrchu (v m2) 1 kg cementu. Princip spočívá v porovnáni zkoušeného cementu se standardním cementem o známém měrném povrchu a měrné hmotnosti. Standardní cement dodává Výzkumný ústav stavebních hmot v Brně.
Voda
Voda umožňuje hydrataci cementu a krystalizaci nových produktů, a tím vytváření pevné vazby mezi kamennými zrny. Do betonové směsi dáváme větší množství vody, než je nutno pro hydrataci, a to proto, aby jsme snížily tření mezi zrny kameniva, a tím zlepšili vlastnosti při zhutňování.
Vodu, kterou používáme pro přípravu betonové směsi, nazýváme  vodou záměsovou a vodu, kterou používáme k ošetřování betonu, nazýváme vodou ošetřovací.
Záměsová i ošetřovací voda musí být čistá, bez chemických přísad a bez škodlivých příměsí, které by mohly nepříznivě ovlivnit hydrataci cementu. Při výrobě betonu můžeme použít vodu, která byla označena za pitnou (pokud to není voda minerální).
Máme-li pochybnosti o čistotě vody, provedeme tzv. informativní zkoušky.
Informativní zkoušky
Vzhled - vody již mnohdy upozorní na znečištění a jeho původ; takové vody prověřujeme dalšími zkouškami.
Zápach - nás upozorní na nežádoucí příměsi ve vodě
Zkouška kyselosti - p H zjistíme pomocí univerzálních indikátorových papírků, které ponoříme do vody a podle výsledku určíme kyselost (nebo zásaditost) vody; vody s p H menším než 5 nejsou vhodné pro výrobu betonové směsi, silně zásadité vody jsou též nevhodné
Zkouška na obsah organických látek - zjišťujeme třepáním zkoušené vody v nádobě po dobu 30 sekund, na hladině se objeví pěna a pokud zmizí do 5 sekund, neobsahuje žádné organické látky; pokud pěna nezmizí, podrobíme vodu laboratorní zkoušce
Zkouška na obsah sirných sloučenin:
 a) sirníky - do zkušebního vzorku vody nalijeme desetiprocentní HCl a pokud se ze vzorku uvolňuje sirovodík, je sirník obsažen (pro prokázání úniku sirovodíku použijeme univerzální indikátorový papírek namočený v síranu hlinitém a pokud se papírek zbarví dohněda je sirník obsažen)
 b) sírany - do 50 ml zkušebního vzorku vody nalijeme 5 ml roztoku chloridu barnatého a necháme ustát. Poté vzorek zamícháme. Pokud se objevuje bílá sraženina, je síran obsažen
Porovnávací zkouška - provádíme, jestliže předcházející zkoušky nebyly uspokojující; zkoušku provedeme na šesti trámečcích z plastické malty, vyrobené s použitím prověřované vody, a šest trámečků s použitím nezávadné pitné vody. Po uzrání trámečků zjistíme pevnost v ohybu a v tlaku, výsledek vyjádříme poměrem pevnosti trámečků se zkoušenou vodou k pevnosti trámečků s nezávadnou vodou. Aby se voda mohla použít, měla by být rozdíl nejvýše 10 %.
Záměsovou vodu zkoušíme vždy, máme-li podezření, že by mohlo dojít ke znečištění vody.
Záměsová voda by měla mít optimální teplotu v rozmezí 20 - 25 °C, teploty vody využíváme také při betonáži v létě (použijeme studenou vodu) a v zimě (použijeme teplou vodu, max 50 °C).
Přísady do betonové směsi
Vlastnosti betonové směsi nebo výsledné vlastnosti betonu ovlivňujeme přísadami, které přidáváme ke složkám betonu při míšení. Přísady jsou většinou tekuté, některé jsou sypké. Na stavbu se dodávají v sudech nebo v cisternách. Většinou se musí chránit proti mrazu. Sypké přísady se dopravují a skladují obdobně jako cement.
Plastifikátory - zlepšují zpracovatelnost betonové směsi při normálním dávkování vody, vytvářejí řidší konzistenci betonové směsi, při zachování konzistence požadované betonové směsi lze snížit dávkování vodyvedlejší účinky - zčásti zabraňuje rozmíšení betonové směsi, působí jako provzdušňovací přísadaSuperplastifikátory - pro tekuté a vysokopevnostní betony a pro betony s požadovaným vysokým růstem pevnosti (pro výrobu prefabrikátů), v zimním období zkracuje nutnou dobu zimních opatření
Provzdušňující přísady - dosahují rovnoměrného rozložení pórů zvýšená odolnost proti mrazu a rozmrazovacím solím, póry nahrazují jemné částice kameniva (lepší zpracovatelnost)
Urychlovače tvrdnutí a tuhnutí - obvykle tekuté látky na bázi chloridů (nejčastější je chlorid vápenatý), je nutné dodržovat dávkování, protože chloridy způsobují korozi oceli a betonu
vlastnosti:
zvyšují počáteční pevnost
zkracuje odbedňovací lhůty
betonáž v zimě
Zpomalovače tvrdnutí a tuhnutí - zpomalují proces tuhnutí, použití při betonážích za velkých teplotvedlejší účinky - působí jako plastifikátory, zvyšují pevnost betonu
Stabilizátory - zabraňují rozmíšení betonové směsi, snižují odpad a prašnost u stříkaných betonůpoužití pro betonáž pod vodou, pro lehké, čerpané podhledové betony, při dopravě betonové směsi na větší vzdálenost
Vylehčující přísady - při výrobě lehčených betonů (přímo lehčené), pórobetony a plynobetony
Hydrofobní přísady - pro vodotěsnost betonu
Mraz