skripta

............................3
16.2.2 Seznam doplňkové studijní literatury .....................................3

Technologie betonu II · Modul M 01
- 9 (148) -
1 Úvod
Technologie betonu II navazuje přímo na technologii betonu I. V této
části byly předloženy základy vědní disciplíny, která je zaměřena na navrhová-
ní složení, výrobu, ukládání a ošetřování betonu současně s popisem zkušeb-
ních metod pro ověřování vlastností čerstvých a zatvrdlých betonů. V první
části technologie betonu byly komentovány vybrané vlastnosti základních slo-
žek pro výrobu betonů – kameniva, vody, cementů, přísad a příměsí s ohledem
na jejich vliv na plánované či dosahované konečné vlastnosti čerstvých nebo
zatvrdlých betonů. Dále byly nastoleny základní principy navrhování složení
betonů pro jednotlivé třídy betonů či stupně agresivních prostředí. Následně
byly popsány vlastnosti a související zásady navrhování vodotěsných, mra-
zuvzdorných, lehkých a těžkých betonů včetně definování požadavků na jejich
sledované vlastnosti a zkušebních metod pro jejich ověření.
Skripta technologie betonu II dále rozvíjejí poznatky již získané. Je
nutné si uvědomit, že vzhledem k požadavkům moderních projektů narůstá vliv
moderních technologií stavebních materiálů. Beton jako základní a nejvíce
používaný stavební materiál současnosti je tomuto trendu vystaven nejvíce. Ve
vztahu k historii betonu je nutno konstatovat,že za posledních 20 let se ve vý-
voji nových typů betonů dosáhlo zásadně pronikavějších výsledků než za před-
chozích cca 140 let. Současný moderní trend technologie betonu je založen na
tzv. vysokohodnotných betonech – HPC (High Performance Concrete). Tyto
betony lze stručně charakterizovat jako betony speciálních zvláště vysokých
užitných vlastností vhodných pro různé účely použití – např. vysoká pevnost,
trvanlivost proti chemickým či povětrnostním vlivům, samozhutnitelnost, čer-
patelnost atd. Tato velká skupina je v současné době dělena na dílčí skupiny
speciálních betonů, které ovšem v současnosti dostávají stále širší pole využití.
Zářným příkladem je třeba rozvoj samozhutnitelných betonů – SCC ( Self
Compacting Concrete), které za cca 15 let od jejich vynalezení začínají být
nepostradatelnou technologií.
Tato skripta jsou věnována právě těmto speciálním typům moderních beto-
nů. V základní úrovni jsou definovány jejich vlastnosti, klady a nedostatky a
metody jejich navrhování, případně ověřování požadovaných vlastností.
Pro studium předmětu je naprosto nezbytné zvládnout předcházející před-
mět technologie betonu I, neboť základní teze technologie betonů zde již
nejsou opakovány.

1.1 Cíle
Cílem výuky tohoto předmětu je nadstavba znalostí získaná
v základním a pro obor Materiálové inženýrství profilujícím předmětu Techno-
logie betonu I. Jedná se o seznámení se speciálními moderními typy betonů
vysokých užitných vlastností vyráběných pro zvláštní užití vysoko parametro-
vých staveb. Nedílnou součástí je i rozšíření poznatků ze zkoušení vlastností
vysokohodnotných betonů jak v čerstvém tak i zatvrdlém stavu.

Technologie betonu II · Modul M 01
- 10 (148) -
1.2 Požadované znalosti
Požadovaná znalosti pro studium tohoto předmětu jsou zvládnutí před-
mětu Technologie betonu I v plném rozsahu a předmětu Maltoviny pro oblast
cementů a aktivních příměsí do betonu na bázi pucolánů a latentně hydraulic-
kých látek.
1.3 Doba potřebná ke studiu
Potřebná doba studia je rozvržena na jeden semestr denního studia tj. 13
výukových týdnů s objemem 2 hodiny přednášek a 2 hodiny cvičení.
1.4 Klíčová slova
Lehký beton, těžký beton, vláknobetony, rozptýlená výztuž, objemové změny,
silniční betony, provzdušněný beton, provzdušňovací přísada, vodotěsný beton,
betonáž, potěry, čerpatelné betony, vysokopevnostní beton, samozhutnitelný
betony, superplastifikační přísada.

Technologie betonu II · Modul M 01
- 12 (148) -

2 Lehký beton
Do terminologického názvu lehký beton se zahrnují rozličné betony, kte-
ré mají společné to, že v důsledku většího objemu pórů přímo ve struktuře pl-
niva t.j. za použití lehkého pórovitého kameniva, nebo ve struktuře cemento-
vého kamene při použití plynotvorných či pěnotvorných přísad mají oproti
normálnímu betonu vytvořen pórovitý systém, který vytváří sníženou obje-
movou hmotnost zatvrdlého betonu. Jejich vlastnosti se dají cílevědomě měnit,
aby se optimálně vyhovělo požadavkům.
Rozsah výsledné objemové hmotností je od 400 kg/m3 do 2000 kg/m3. Je-
jich použití je rozmanité: od snížení hmotnosti konstrukce, až po zlepšení te-
pelně izolačních vlastností.

Lehký beton je možno rozdělit na:
• konstrukční lehký beton
• tepelně izolační a nosný lehký beton
• vysoce tepelně izolační lehký beton.


Pohled na řezy různými lehkými betony je na následujícím obr.2.1.

Obr. 2.1: Pohled na řezy různými lehkými betony



Technologie betonu II · Modul M 01
- 13 (148) -
V tomto textu se věnujeme především lehkým hutným betonům, které
mohou být předmětem dodávky z výroben transportbetonu. Informativně jsou
uvedeny i ostatní druhy lehkých betonů.
Přitom je třeba brát v úvahu, že u lehkých betonů spolupůsobením póro-
vitého kameniva a „malty", tj. kameniva pozůstávajícího z frakce pod 0,25 mm
a cementu nastává větší rozptyl hodnot výsledných vlastností než u normál-
ních betonů. To se musí respektovat při návrhu složení těchto lehkých betonů.
Literatura SCHULZE W. popisuje výpočetní postup podle BACHE takto :


log RLB =VLZS • log RLZS + VMÖ • log RMÖ
RLB - pevnost v tlaku lehkého betonu [N/mm2]
RLZS - pevnost v tlaku lehkého kameniva [N/mm2]
RMÖ - pevnost v tlaku malty [N/mm2]
VLZS - relativní objem lehkého kameniva [obj. %]
VMÖ - relativní objem malty [obj. %]


SCHULZE W. vysvětluje závislosti takto:
Oddělenými zkouškami malty a lehkého betonu se grafickým postupem
stanoví hodnota pevnosti v tlaku lehkého kameniva (RLZS), se kterou lze pak
vypočítávat pevnosti v tlaku libovolných receptur. Hodnota pevnosti v tlaku je
však vázána na tuto metodu a nelze ji zobecňovat.
Podle vlastností použitého lehkého kameniva a malty vykazují lehké be-
tony různé důvody porušování. K přesnějším výsledkům mohou vést pouze
oddělené výpočty pevnosti. Souvislosti jsou znázorněny graficky na obr.2.2 a
v tabulce 1.


Obr.2.2: Relace mezi pevností v tlaku malty a lehkého betonu





Technologie betonu II · Modul M 01
- 14 (148) -
Tab. 2.1: Výpočet pevnosti v tlaku betonu s hutným lehkým kamenivem

Hlavní
podmín-
ka
Vedlejší
podmínka
Rovnice pro pevnost
v tlaku lehkého betonu
Oblast diagramu
pevnosti v tlaku
lehkého betonu -
malty
RMö ≥ RLZS pro lehký beton není závažný - ELZS ≥
EMö R
Mö ≤ RLZS RLB = RMö 1
εGr,Mö ≤ εGr,LZS RLB = εGr,Mö • (EMö + ELZS • VLZS) 2 E
LZS ≤
EMö ε
Gr,Mö ≥ εGr,LZS
RLB = εGr,LZS • (EMö • VMö + ELZS •
VLZS) 3
ELZS - modul pružnosti lehkého kameniva Mpa (N/mm2)
EMö - modul pružnosti malty Mpa (N/mm2)
RMö - pevnost v tlaku malty Mpa (N/mm2)
RLZS - pevnost v tlaku lehkého kameniva Mpa (N/mm2)
εGr,Mö - mezní deformace malty
εGr,LZS - mezní deformace lehkého kameniva
LB - lehký beton
RLB - pevnost v tlaku lehkého betonu Mpa (N/mm2) V
Mö - objem malty (m3)
VLZS - objem lehkého kameniva (m3)


V případě nízkých pevností malty (pozůstávající z cementu, záměsové
vody, vzduchových pórů v čerstvém betonu, lehkého kameniva a vody na smo-
čení kameniva) stanovují tyto souvislosti pevnosti v tlaku obdobně jako v pří-
padu normálního betonu (oblast 1, RLB = RMö; obr.2).

Má-li lehké kamenivo nižší modul pružnosti (ELZS < EMÖ), muže být leh-
ký beton poškozen překročením mezní deformace malty (εGr,Mö) (oblast 2;
obr.2), nebo překročením mezní deformace (εGr,LZS) (oblast 3; obr.2).
Proto vyžaduje výpočet pevností v tlaku lehkých betonů znalosti veličin,
vyskytujících se v oblasti 2 a 3:


RLB = εGr,Mö • (EMö • VMö + ELZS • VLZS)
RLB = εGr,LZS • (EMö • VMö + ELZS • VLZS)


RLB - pevnost v tlaku lehkého betonu
εGr,Mö - mezní deformace malty
EMö - modul pružnosti malty
ELZS - modul pružnosti lehkého kameniva
VLZS - objem lehkého kameniva
εGr,LZS - mezní deformace lehkého kameniva

VMö a VLZS vyplývají jako relativní objemy z rovnice objemu složek, EMö lze
vypočítat podle PAUV z rovnice :
Technologie betonu II · Modul M 01
- 15 (148) -
EM0 = 1350 • f23ρ • RMö[N/mm2]

EMö - modul pružnosti malty
ρ2f - objemová hmotnost při vzdušné vlhkosti po 28 dnech
[kg/m3]
RMö - pevnost v tlaku malty po 28 dnech [N/mm2]

RMö potřebné k výpočtu EMö a εGr,Mö vyplývá ze známých závislostí pevností
betonu tj. w/c a pevnosti cementu, které platí pro těžké betony a cementové
malty. Přitom se vychází z poznatku, že malta z drobného lehkého kameniva
poskytuje stejnou pevnost v tlaku jako malta z jemného kameniva u normál-
ních betonů, za předpokladu stejného w/c a stejné hodnoty pevnosti cementu.
ELZS a RLZS (a tím i εGr,LZS) mohou být vypočítány ze shora uvedených rovnic,
stanoví-li se experimentální RLB. Porovnání mezi εGr,Mö rozhodne o tom, která z
rovnic se použije.

2.1 Výroba, doprava a ukládání lehkých betonů
Při výrobě je třeba si uvědomit, že vlastnosti lehkých betonů závisejí
především na množství dávkovaného cementu, druhu lehkého kameniva a jeho
zrnitosti a velikosti objemu pórů. Pevnost pojiva má menší vliv než u hutného
betonu.
Lehké kamenivo může být dávkováno hmotnostně nebo objemově. Při
hmotnostním dávkování je nutno mít na paměti závislosti vlhkostí (povrchová,
jádrová a vlastní vlhkost), které mohou při různém způsobu skladování a různé
skladovací době silně kolísat. U kameniva s max. zrnem > 4 mm ovlivňuje
vlastní vlhkost sypnou hmotnost tak výrazně, že se doporučuje objemové dáv-
kování. Ostatní složky se dávkují hmotnostně. Doba míchání má být nejméně
1,5 minuty.
Při přepravě hutného lehkého betonu z výrobny transportbetonu dochází
podle doby trvání přepravy k odebírání vody kamenivem z cementové kaše.
Tím se výrazně ovlivňuje konzistence – beton postupně ztrácí zpracovatelnost.
Čerpání lehkého betonu se uvádí jako možné do objemové hmotnosti >
1400 kg/m3.
Hutný lehký beton se zpracovává obdobně jako obyčejný beton. Veli-
kost zhutňovací práce je však větší, protože se tlumí kmity vibrátoru, takže je
okruh jeho účinnosti menší. Proto je třeba zmenšit vzdálenost vpichu, nebo
vzdálenosti umístění příložných vibrátorů.
Ošetřování odpovídá obyčejnému betonu. Zabránění vyschnutí povrchu
lehkého betonu se musí věnovat ještě větší pozornost, protože by došlo k vel-
kému vlhkostnímu spádu mezi jádrem a vnějšími vrstvami, což by mělo za
následek vznik trhlinek. Při předvlhčení – nasycení vodou pórovitého lehkého
kameniva ovšem pozitivně působí tzv. efekt samoošetřování, kdy voda saturo-
vaná v pórovitém kamenivu se postupně při zrání betonu uvolňuje zpět do
Technologie betonu II · Modul M 01
- 16 (148) -
struktury betonu a takto vlastně zásobuje dodatečně hydratující cementovou
maltu vodou.
2.2 Vlastnosti čerstvých lehkých betonů
Vývoj pevnosti u hutného lehkého betonu probíhá odlišně než u oby-
čejného betonu. Důvodem je, že pevnost kameniva je zpravidla menší než pev-
nost pojivové malty. V prvních dnech je nárůst pevnosti podobný jako u oby-
čejného betonu, po 7 dnech je již dosaženo téměř 28 denní pevnosti.
Lehký hutný beton se při hydrataci v důsledku horšího odvodu tepla ví-
ce ohřívá. To má za následek větší teplotní rozdíl podél průřezu. Tento účinek
se do určité míry kompenzuje menší tepelnou roztažností a nižším modulem
pružnosti. Dilatační spáry se navrhují obdobně jako u normálního betonu.
Při tepelném zpracování výrobku se používá nižších teplot neboť se
uplatňuje i vlastní hydratační teplo, které není tak rychle odváděno. Z tohoto
důvodu se doba odležení před tepelným urychlováním volí delší, nárůst teplot
se je pomalejší než u hutných betonů.

2.2.1 Přetvářění a smršťování
Podkladem pro výpočet přetváření hutného lehkého betonu je DIN
4227, Teil 1, rovnice (4). Místo Eb se použije Elb.
Protože je míra přetvoření dk u hutného lehkého betonu řádově stejná
jako u obyčejného betonu, ale pružné deformace jsou podstatně větší, lze snížit
základní číslo tečení φfo podle DIN 4227, Teil 1, sloupec 3, uvádějící poměr
mezi přetvářením a tečením, následovně:

tř. pevnosti součinitel snížení
LB 8 – LB 15 1,3 • Elb/Eb
LB 25 - LB 55 1,0 • Elb/Eb

Hodnoty pro Eb se použijí z DIN 1045 tabulka 11. Chybějící hodnota
pevnosti pro LC 8/9 se pro přepočet uvede jako hodnota 20.000 N/mm2.
Míra smrštění εs,t se nejprve stanoví podle DIN 4227 Teil 1 jako pro
obyčejný beton a pak se zvýší pro LC 8/9 až LC 1/18 o 50 %, u LC 25/28 - LC
55/60 o 20 %.
Silně navlhčené lehké kamenivo může silně zpomalit v prvních měsí-
cích smršťování. Zhruba po roce se tento vliv ztratí. Na přetváření nemá vlhče-
ní kameniva podstatný vliv.
U velmi subtilních stavebních konstrukcí (pod 10 cm) může hutný leh-
ký beton vykázat větší smrštění než obyčejný beton, protože odpor proti pře-
tváření u lehkého, pórovitého kameniva je menší než u hutných kameniv.

2.2.2 Teplotní roztažnost a tepelná vodivost
Součinitel tepelné roztažnosti lehkých kameniv expanditu a keramzitu
je 4 až 6 • 10-6 K-1. V důsledku toho je tepelná roztažnost lehkého betonu 6 až
Technologie betonu II · Modul M 01
- 17 (148) -
10 • 10-6 K-1 rovněž nižší a činí 0,6 - 0,8 násobku pro štěrkopískový beton. DIN
4108 pak stanovuje hodnotu tepelné roztažnosti na
8 • 10-6 K-1.
Tepelná vodivost je závislá na složení betonu a na jeho suché objemové
hmotnosti. Hodnoty uvádí tab. 2. Výhodnější hodnoty ve sloupci b tabulky 2.2
lze použít pokud není mezi složkami betonu přírodní drobné kamenivo (písek).


Tab.2.2: Součinitelé tepelné vodivosti hutných expanditových a
keramzitových betonů
Tepelná vodivost
[W/m • K]
Suchá objemová hmot-
nost
při vysušení při 105 °C
[kg/dm3] a b
0,8 --- 0,30
0,9 --- 0,35
1,0 0,47 0,38
1,1 0,59 0,44
1,2 0,59 0,50
1,3 0,72 0,56
1,4 0,72 0,62
1,5 0,87 0,67
1,6 0,87 0,73
1,8 0,99 ---
2,0 1,16 ---






3 Těžký beton
Těžký beton se používá v těch případech, kdy je vyžadována větší ob-
jemová hmotnost, nebo ochrana před zářením. Za těžké považujeme betony s
objemovou hmotností > 2800 kg/m3.
Pro těžké betony platí obecná pravidla obdobně jako pro obyčejný be-
ton, ovšem kromě řady zvláštností.
Může se používat pouze kamenivo s vysokou objemovou hmotností. To
může mít ale za následek, že dochází k odměšování, propadnutí těžších podílů
v čerstvém betonu. K tomuto jevu dochází především tehdy, je-li konzistence
měkká a množství „malty" větší. Již kvůli těmto zvláštnostem je třeba těžký
beton při ukládání na staveništi trvale kontrolovat zkušební laboratoří.
Zpravidla se požaduje tř. C 20/25. K tomu postačují cementy pevnostní
třídy 32,5. Vodní součinitel se omezuje max. na hodnotu 0,50. Snaha je po niž-
ších hodnotách, aby nedocházelo ke snižování objemové hmotnosti betonu, a
tvorbě trhlin v důsledku většího smrštění.
Technologie betonu II · Modul M 01
- 18 (148) -
3.1 Použití těžkého betonu
• zatěžovací části staveb
• stínící betony – ochrana proti záření
α (heliová jádra);
β (elektrony);
γ (tvrdé vlnové záření - rentgenové záření, přirozená radioaktivita);
neutronové záření.

Záření α, β mají malou vzdálenost doletu, takže ke stínění postačí velmi
malé tloušťky, řádově několik mm.
Tvrdé záření se absorbuje látkami s vysokou hmotností, neutronové zá-
ření sloučeninami obsahujícími vodík (voda vázaná v betonu, serpentinit) nebo
sloučeniny boru (colemanit, sloučeniny kadmia a hafnia).
Rozhodující význam při snížení γ - záření a neutronového záření je ob-
jemová hmotnost betonu. Pro jadernou energetiku se požaduje u konstrukčních
betonů objemová hmotnost min. 2650 kg/m3, pro stínění je snaha dosáhnout
min. objemové hmotnosti 3650 kg/m3 až 4000 kg/m3. Tloušťka ochrany je
dána tzv. polovrstvou, což je tlouštka, při které se sníží intenzita záření na po-
lovinu.
Při namáhání betonu je třeba rozlišovat mezi přímým působením radio-
aktivních paprsků a absorpcí paprsků, vyvolávající tepelný ohřev. Až do inte-
grovaného neutronového toku (což je míra pro nasčítané působení neutronů
odpovídající asi 1-1019 • cm-2) během 30 roků se neočekávaly žádné poškozují-
cí vlivy. U betonu, u kterého se kromě ochranných úkolů vůči záření počítá se
současným působením teploty (s hodnotou neutronového záření asi 1-1019 •
cm-2 a teplotou 80 °C), je již při neutronovém záření od 5-1019 • cm-2, nebo při
gama záření > 2-1014 J/g) třeba počítat se změnami parametrů betonu jako je
zhoršení pevnosti v tlaku a v tahu jakož i modulu pružnosti. Absorpcí záření
stoupá silně teplota betonu (100 - 250 °C), což má za následek odvodnění ka-
meniva. To způsobuje pokles pevnosti o 20 až 25%.
Těžký beton obsahuje stejné složky jako obyčejný beton, vyjma kame-
niva, které musí mít výrazně větší objemovou hmotnost.
3.2 Složky těžkého betonu
3.2.1 Cement
Pokud se těžký beton používá jako stínící nebo masivní beton, pak je
třeba používat cementy s nízkým hydratačním teplem, s pomalým nárůstem
pevnosti, které nemají sklon k tvorbě trhlinek (portlandský cement s nízkým
obsahem trikalciumaluminátu (C3A), nebo vysokopecní cement s vysokým
obsahem vysokopecní strusky.

3.2.2 Kamenivo
Pro zlepšení zpracovatelnosti čerstvého těžkého betonu se upřednostňu-
jí kameniva s kubickými zrny. Čára zrnitosti kameniva má být v oblasti dopo-
Technologie betonu II · Modul M 01
- 19 (148) -
ručených mezí podle Fullera, snížený obsah nejjemnějších podílů je vhodný.
Objemová hmotnost kameniva má být co nejvyšší (v průměru 4600 kg/m3).

Kamenivo musí splňovat následující základní podmínky:
• musí být zaručeny křivky zrnitosti, objemové hmotnosti, obsah
krystalicky vázané vody a chemické složení,
• pevnost a hutnost betonu nesmí být ohrožena charakterem kameniva,
• obrusnost musí být minimální,
• povrchový charakter kameniva nesmí snižovat přídržnost v cementové
maltě
• kamenivo nesmí obsahovat žádné složky škodlivé betonu
• minimální pevnost v tlaku musí činit nejméně 80 N/mm2.

Nejvhodnější jsou litinové broky, horniny magnetit, limonit (dobře brz-
dí rychlé neutrony), baryt (těživec), ferofosfor. Kamenivo může být i namíchá-
no podle zvláštních požadavků na speciální absorpci. Některá kameniva mají
odlišné vlastnosti. Baryt je poměrně málo odolný vůči obrusu. Proto ho dávku-
jeme jako frakci 0/8 mm.
Pro zajištění vhodné konzistence čerstvého betonu je nutné dávkovat
plastifikační přísady, pokud ovšem není požadavek, že by se počítalo s vyšším
w/c, aby se odstínily neutrony. Stejnou funkci mohou zastat sloučeniny boru
(colemanit 2 CaO • 3 B203 • 5 H20 nebo borkalcit CaO • 2 B203 • 4 H20), kdy je
však třeba počítat se zpomalením tvrdnutí. Dávka se řídí množstvím boru, tak-
že se dávkuje 125 - 175 kg/m3.
Kameniva obsahující bor obsahují i žádané sloučeniny vázaného vodí-
ku, pro dobrou funkci musí být rovnoměrně rozmísena. Dávkují se ve frakci
0,5 - 2 mm. Sloučeniny boru obsahující sodík, s výjimkou slinutých výrobků,
jsou nevhodné, protože zabraňují tvrdnutí betonu.

Tab. 3.1: Specifická absorpce záření některých kameniv

Specifická absorpce