princip betonu a cementu

ávislá

na vnějším prostředí

uloženého betonu, změna jejího
množství

nemá

podstatný vliv na mechanicko-fyzikální

parametry
betonu
-

voda přítomná

v malých kapilárách

je oproti tomu pevně

poutána a
její

ztráta se projevuje smršťováním
-

fyzikálně

adsorbovaná

voda

na povrchu struktury hydratačních
útvarů

–při vysušování

betonu se projevuje smršťováním
-

uvnitř

C-S-H struktury je monomolekulární

vrstva vody pevně

zakotvená

vodíkovými můstky –

při relativní

vlhkosti nižší

než

11%
vede k razantní

objemové

změně

ztvrdlé

cementové

pasty
Voda v hydratovaném cementovém pojivu II
‰ Chemicky vázaná voda
- je součástí

sloučenin vzniklých hydratací

cementu
-

její

odstranění

je možné

pouze působením vysokých teplot a vede k
samotné

destrukci (rozpadu) betonu
model Feldman, Sereda
Póry v hydratovaném cementovém pojivu
‰ póry ve struktuře betonu je třeba dělit a klasifikovat v souladu s
jejich vznikem při výrobním procesu (přechod z heterogenní viskózní
suspenze na pevnou formu hmoty)
‰ gelové póry, kapilární póry a technologické póry (vzniklé při
míchání stržením okolního vzduchu, uzavřené kulové póry úmyslně
vytvořené přidáním přísad, póry kameniva )
‰ póry kameniva se obvykle pohybují v rozsahu 1 – 5%, vápenec
např. 24%
‰ představy o uspořádání porézní struktury C-S-H se měnily v
závislosti na kvalitě experimentálních metod a zařízení
‰ nemění se však definice gelových pórů, které jsou definovány jako
součást struktury C-S-H gelu
Klasifikace pórů

v hydratované

cementové

pastě
Původní

představa uspořádání

C-S-H gelu podle Powerse a
Brownyarda
Model struktury C-S-H gelu podle Feldmana a Seredy
Vnitřní

a vnější

faktory ovlivňující

porézní

strukturu
‰ chemický proces tvrdnutí betonu je ovlivněn celou řadou vnitřních a
vnějších faktorů, které rozhodují o jeho výsledných vlastnostech
‰ velikost pórů i jejich distribuce jsou časově závislé parametry
‰ chemické složení slínku
‰ jemnost mletí slínku
‰ vodní součinitel v/c
‰ ošetření betonu
‰ teplota, při které probíhá hydratace
Rozdělení

pórů

dle jejich velikosti v tvrdnoucí

cementové

pastě

po různé

době

hydratace
Vliv teploty hydratace na porézní

strukturu betonu
‰ obecně platí, že zvýšená teplota hydrataci urychluje a její pokles
vede ke snížení reakční rychlosti hydratace – zastavení hydratace
‰ za hraniční teplotu je považována teplota -10°C
‰ nastartování hydratace při nižší teplotě vede k tvorbě struktury s
převažujícím podílem dobře vyvinutých krystalů tobermoritu
(Ca
5
[Si
3
O
8
(OH)]
2
·2-5H
2
O – zvýšení celkové pevnosti
‰ rychlá počáteční hydratace při zvýšené teplotě vytváří tlustší zónu
kolem zrn slínku, která je málo propustná pro vnější vodu a hydratace
se zbrzdí
‰ vliv na průběh a velikost smršťování (tahová napětí, doprovázená
zužováním kapilár – rychlost odpařování vody)
Vliv porézního prostoru na vlastnosti betonu I
porézní

struktura je charakterizována porozitou, měrným objemem
pórů, specifickým povrchem pórů

a jejich distribuční

funkcí
‰ vliv na pevnost betonu
S

pevnost hmoty o dané

porozitě
p

porozita
S
0

pevnost materiálu o nulové

porozitě
k

konstanta (charakteristika materiálu)
U betonu komplikuje otázku vztahu porozity a pevnosti v tlaku
problém mikrotrhlin, které

vznikají

v průběhu zrání

smršťováním
především v zóně

mezi ztvrdlou cementovou pastou a kamenivem.
0
kp
SSe
−
= ⋅
Pevnost v tlaku vs. porézní

prostor pro různé

druhy cementových
malt po 28 dnech
Závislost pevnosti v tlaku na porozitě

ztvrdlé

cementové

pasty
Vliv porézního prostoru na vlastnosti betonu II
‰ vliv na tepelnou vodivost
-

tepelná

vodivost betonu je závislá

na pórovitosti a s tím spojeném
obsahu vody v pórech, přičemž

stupeň

nasycení

ovlivňuje hodnotu
součinitele tepelné

vodivosti více než

porozita
Vliv porézního prostoru na vlastnosti betonu III
‰ permeabilita K (propustnost)
-

určuje průchodnost kapalin betonem a má

přímou vazbu na
trvanlivost s ohledem na odolnost proti působení

cyklického
zmrazování

a vysušování

(vnitřní

namáhání

porézní

struktury)
- definována Darcyho zákonem
-dq/dt

rychlost toku kapaliny
- μ viskozita kapaliny
- ∆H

gradient tlaku
- A

plocha tělesa
- L

tloušťka tělesa
dq H
K
dt Lμ
Δ
=⋅
Změna vodopropustnosti cementové

pasty v závislosti na
postupující

hydrataci (v/c = 0.7)
Vliv vnějšího prostředí

na ztvrdlou porézní

strukturu
cementového pojiva I
‰ působení vysokých teplot
-

negativní

vliv zvýšení

teploty okolního prostředí

na beton je spojen
se ztrátou vody v cementovém pojivu provázené

se zásadními
změnami porozity
-

volná

a kapilární

voda se postupně

odpařují

–

změna objemu,
smršťování
Vliv vnějšího prostředí

na ztvrdlou porézní

strukturu
cementového pojiva II
‰ působení vysokých teplot
-při teplotě

150°C dochází

ke ztrátě

gelové

vody a krystalické

vody
sulfoaluminátu
-

cca od 500°C se začíná

rozkládat portlandit (narušení

mikrostruktury
cementového pojiva)
-

betony obsahující

křemenné

pojivo mění

při teplotě

cca 650 alfa
formu SiO
2

na beta
-

úplné

rozložení

cementového pojiva nastává

při teplotě

vyšší

než

800°C –

úplný rozklad CaCO
3
-měření

pomocí

termické

analýzy
Termická

analýza vzorků

cementového pojiva
Křemen –

polymorfní

materiál
Polymorfismus (mnohotvárnost): existuje několik forem
Modifikace: v současnosti známo 22 forem
β−křemen (nízkoteplotní)
romboedrická

r=2,65 g cm
-3
γ-tridymit

romboedrická

2,26 g cm
-3
β-cristobalit

tetragonální

2,32 g cm
-3
Fázový diagram křemene
‰ Vliv nízkých teplot na vlastnosti betonu
-

rozrušování

porézní

struktury

cementové

pasty je způsobeno
změnou skupenství

vody v makropórech a kapilárách
- přeměna je provázena objemovým nárůstem o cca 9% -

vnitřní

pnutí
-

proto má

na výslednou odolnost betonu proti zmrazovacím cyklům
vliv hlavně

vodní

součinitel (omezení

pórovitosti)
-

na odolnost má

také

vliv tvar a velikost pórů

–

betony s přísadou
provzdušňovadel tvořících kulové

póry, které

se zcela nezaplní

vodou
(rezerva pro objemový nárůst ledu)
‰ Destrukční chemické reakce
V zásadě

všechny látky, jejichž

pH je menší

než

12,5 snižují

alkalitu
tekutiny vyplňující

póry a vytvářející

rovnováhu mezi hlavními
složkami zhydratované

cementové

pasty C-S-H a C-H.
Účinnost a rychlost škodlivých reakcí

je funkcí

agresivity daných
substancí

a porozity.
Široká

škála látek, které

jsou agresivní

vůči betonu –

běžně

se v
ovzduší

a spodní

vodě

vyskytuje např. CO
2

, SO
2

, SO
3

, So
4

, No
x

a Cl
-
Reakce vzdušného CO
2

s Ca(OH)
2

vede ke vzniku CaCO
3

v
povrchové

zóně

betonu, kde klesá

postupně

pH až

pod hodnotu 9.0,
která

je považována za mezní

pasivační

hranici zaručující

přirozenou
ochranu ocelové

koroze vůči korozi –

objemový nárůst profilu výztuže
vytváří

napětí

v betonu, odloupávání, destrukce.
Účinek látek obsahujících ionty NO
3

, SO
4

a Cl je dán tvorbou
krystalických látek vzniklých reakcemi s hydratačními sloučeninami
cementové

pasty –

výkvěty, rekrystalizace, krystalizační

tlaky narušují

vnitřní

strukturu betonu
Klasifikace betonu –

ČSN EN 206-1
‰ podle objemové hmotnosti
Obyčejný 2 000 -

2 600 kg m
-3
Lehký <

2 000 kg m
-3
Těžký > 2 600 kg m
-3
‰ podle pevnosti
podle charakteristické

pevnosti v tlaku v MPa zjištěné

na válcích o
průměru 150 mm a výšce 300 mm (číslo před lomítkem)
podle charakteristické

pevnosti v tlaku v MPa zjištěné

na krychlích o
hraně

150 mm ve stáří

28 dní

(číslo za lomítkem)
C8/10, C12/15, C 16/20, C 20/25, C 100/115
LC 8/9, LC 12/13, LC 80/88
‰ Podle konzistence čerstvého betonu → stupně podle jednotlivých zkušebních
metod
Podle sednutí

kužele S1-S5
Podle VeBe V0-V4
Podle zhutnitelnosti C0-C3
Podle rozlití

F1-F6
‰ Podle největší frakce kameniva
‰ Podle způsobu (technologie) výroby
Přímo na staveništi
Transportbeton
‰ Podle vyztužení
Prostý (neobsahuje výztuž

se statickou funkcí)
Železobeton (vyztužený ocelovými pruty nebo svařovanými sítěmi)
Předpjatý beton (ocelová

výztuž

je předepnuta)
Vláknobeton (obsahuje vlákna různých materiálů)
‰ Podle účelu použití (funkce):
Konstrukční
Výplňový
‰ Podle doplňkové funkce betonové konstrukce:
Vodostavební
Konstrukčněizolační

(pórobeton)
Silniční
Masivní
Dekorační

(pohledový)
Specifikace betonu
= souhrn všech požadavků

na vlastnosti nebo složení

čerstvého i
ztvrdlého betonu pro jeho výrobu, přepravu, ukládání, zhutňování,
ošetřování

a další

úpravu
-

nedílnou součástí

projektu betonové

konstrukce i zadáním pro
výrobce betonu
Musí

obsahovat:
Způsob použití

čerstvého i ztvrdlého betonu
Podmínky ošetřování

betonu
Údaje o rozměrech konstrukce (vzhledem k vývoji hadratačního tepla)
Informace o působícím prostředí
Požadavky na úpravu povrchu
Požadavky na max. jmenovitou horní

mez frakce kameniva
Omezení

pro použití

některých složek
Beton specifikován jako typový, nebo předepsaného složení
Specifikace typového betonu
Základní

požadavky specifikace od objednatele:
‰ Pevnostní třída betonu v tlaku
‰ Stupeň vlivu prostředí
‰ Max. jmenovitá horní mez frakce kameniva
‰ Kategorie obsahu chloridů
‰ Stupeň konzistence nebo určená hodnota konzistence
Podrobně

v Stavební

hmoty, L. Svoboda a kol., JAGA, Bratislava
2004.