Beton se drolí a drolí – co dělat

Beton jako stavební materiál je cenný především svou pevností, která je ve skutečnosti považována za synonymum pro jeho spolehlivost a odolnost. Tyto vlastnosti však nejsou zaměnitelné. Spolehlivost betonu závisí nejen na jeho pevnosti, ale také na mnoha dalších faktorech.

Beton se díky své pevnosti používá k výrobě nejkritičtějších konstrukcí navržených pro dlouhou životnost.

Hlavní dokumenty upravující požadavky na beton jsou STO NOSTROY 2.6.54-2011 „Monolitické betonové a železobetonové konstrukce. Technické požadavky na provádění prací, pravidla a metody kontroly“ a SP 63.13330.2012 „Betonové a železobetonové konstrukce. Základní ustanovení. Aktualizovaná verze SNiP 52-01-2003″.

Jaké požadavky musí splňovat betonové a železobetonové konstrukce a jak je to zajištěno?

Stavba stavebních konstrukcí je dlouhý, vícestupňový a nákladný proces, jehož výsledkem by měl být odolný a spolehlivý výrobek.

Návrh a výroba železobetonových a betonových monolitických konstrukcí všech typů musí být prováděny tak, aby se vyloučily:

1. deformace;
2. zničení celé konstrukce nebo jejích jednotlivých částí;
3. vznik škod na sítích a inženýrských a technických podpůrných systémech nepřijatelného rozsahu v důsledku deformací, posunů nebo narušení stability nosných stavebních konstrukcí.

Podle STO NOSTROY 2.6.54-2011 musí konstrukce budov a konstrukce z betonu a železobetonu splňovat následující skupiny požadavků:

1. Bezpečnostní požadavky. Aby je stavba splňovala, musí mít zpočátku vlastnosti, které vylučují zničení nebo narušení provozní způsobilosti při různých vypočítaných vlivech, které na ni během výstavby a provozu dojde. Musí být vyloučeno ničení, které by mohlo způsobit újmu na životě a zdraví lidí, zvířat, rostlin, ale i životního prostředí a majetku.
2. Požadavky na provozní způsobilost. Aby konstrukce tyto požadavky splňovala, musí její výchozí vlastnosti při projektovaném zatížení zajistit vyloučení vzniku nebo nadměrného otevírání trhlin, nadměrných vibrací, pohybů a jiných poškození, která brání běžnému provozu nebo porušují požadavky na vnější vzhled konstrukce, technologické požadavky na práci se zařízením a další požadavky stanovené projektem.
3. Požadavky na trvanlivost. Výchozí charakteristika návrhu musí zajistit splnění požadavků na bezpečnost a provozní způsobilost po stanovenou dobu s přihlédnutím k vlivu vlivů návrhu, včetně nepříznivé teploty a vlhkosti, technologických, klimatických vlivů, dlouhodobého zatížení, agresivních vlivů prostředí apod.
4. Další požadavky, které mohou být specifikovány v projektu.

Všechny počáteční charakteristiky betonu jsou vypočteny na základě mezních stavů. Rozlišují se mezní stavy první a druhé skupiny.

Mezní stavy první skupiny činí konstrukci nevhodnou pro provoz; druhá skupina – komplikují normální provoz konstrukce nebo snižují její životnost ve srovnání s tou, která je stanovena v návrhu.

Veškeré výpočty jsou prováděny tak, aby vlivem případných vypočtených zatížení nevznikly mezní stavy po celou dobu životnosti uvedené v projektu.

Před zahájením stavby se tedy zjišťují všechny negativní vlivy, kterým bude konstrukce vystavena, provádějí se výpočty pro mezní stavy a na základě těchto výpočtů, stejně jako na základě předchozích zkušeností s výstavbou obdobných konstrukcí za stejných podmínek, je proveden výběr materiálů a technologií, které zajistí všechny potřebné výchozí vlastnosti konstrukce.

Pevnost, spolehlivost a trvanlivost betonu

Standardizované ukazatele kvality betonu jsou stanoveny v GOST 25192 a GOST 4.212. Podle těchto dokumentů jsou hlavní standardizované ukazatele betonu následující:

1. Třída pevnosti v tlaku. Označuje se písmenem B a číselným koeficientem, který odpovídá mezní síle v MPa, kterou kubický vzorek betonu s 10 cm hranou odolá bez destrukce (čím vyšší číselný ukazatel, tím vyšší pevnost betonu).
2. Značka pro střední hustotu. Označuje se písmenem D a koeficientem, který odpovídá hmotnosti jednoho metru krychlového betonu v kg.
3. Stupeň voděodolnosti se označuje písmenem W a koeficientem charakterizujícím maximální tlak vody, při kterém nepronikne do vzorku betonu.
4. Třída mrazuvzdornosti je označena písmenem F a číslem, které ukazuje, kolik cyklů zmrazování a rozmrazování beton vydrží, aniž by ztratil své normované vlastnosti.

Normalizované parametry betonu musí být stanoveny tak, aby bylo možné pro každý projekt vybrat vhodné složení betonové směsi, které za podmínek ošetřování uvedených v dokumentaci zajistí výrobu betonu se stanovenými vlastnostmi.

Proč se beton drolí?

Navzdory skutečnosti, že beton je velmi odolný materiál, mohou být výrobky z něj také zničeny pod vlivem určitých faktorů nebo z jiných důvodů. Hlavní důvody:

1. nesoulad charakteristik betonu s vypočteným zatížením působícím na konstrukci;
2. nesprávný výpočet zatížení;
3. vliv neplánovaného zatížení (například požár v případech, kdy se nepředpokládalo použití ohnivzdorných materiálů).

Všechny se scvrkají na skutečnost, že vlastnosti betonu z toho či onoho důvodu neodpovídají zatížení, které ovlivňuje konstrukci. Důvody mohou spočívat v nesprávných výpočtech, porušení technologie, použití nekvalitních materiálů, ale výsledek je stejný – beton se rozpadá.

Abnormální zatížení

Pevnost betonu v tlaku je hlavním standardizovaným ukazatelem betonu. Třída betonu podle pevnosti v tlaku se volí v závislosti na funkčním účelu konstrukce, pro kterou se používá.

Například založení vícepodlažní budovy vyžaduje použití betonu výrazně vyšší pevnostní třídy než základ lehkého dřevěného domu a betonová dálnice je vyrobena z odolnějšího betonu než zahradní cesta.

Čím výraznější je vliv negativních faktorů a čím větší zatížení konstrukce nese, tím vyšší by měla být třída betonu z hlediska pevnosti v tlaku.

Požadované pevnosti betonu je dosaženo kombinací metod:

1. výběr složení a konzistence směsi;
2. výběr granulometrie kameniva;
3. optimalizace obsahu vody ve směsi;
4. správná pokládka betonové směsi a zpracování položeného betonu;
5. zajištění optimálních podmínek vytvrzování;
6. aplikace primárních a sekundárních opatření k ochraně betonu.

Pevnost betonu by měla být dostatečná pro výrobu konkrétní konstrukce, ale ne více. Nadměrná pevnost betonu pro konstrukci vede ke zvýšeným finančním nákladům na její výrobu, protože přímo závisí na množství cementu v betonové směsi a cement je její nejdražší složkou.

Pevnost betonu je ve skutečnosti spojena s jeho spolehlivostí a trvanlivostí. Aby však byla zajištěna trvanlivost konstrukce, beton musí být nejen pevný, ale také spolehlivý. Pevnost betonu není něco statického; Jedná se o dynamický ukazatel, který je spojen se strukturálními vlastnostmi betonu.

Mechanismus tvrdnutí betonu není dodnes plně objasněn, ale byla přijata obecná oficiální koncepce.

Bezprostředně po přidání vody do cementu jsou zahájeny chemické hydratační reakce, při kterých v první fázi vzniká přesycený roztok hydroxidu vápenatého (produkt hydrolýzy alitu). Poté vstupují do reakcí další sloučeniny slínku, v důsledku čehož je téměř okamžitě po promíchání betonu detekována vysoká koncentrace vápenatých iontů a po několika minutách se tvoří první hydrátové fáze.

Po 2–6 hodinách nastupuje druhá etapa hydratace cementu, při které se zvyšuje množství uvolněného tepla. Na konci této fáze ztrácí betonová směs svou plasticitu a mění se na křehčí materiál – beton.

Ve třetí fázi začíná krystalizace hydroxidu vápenatého z roztoku, jejímž výsledkem je vytvoření základní struktury cementové pasty. Vzniklé póry se postupně zaplňují produkty hydratace cementu, cementová pasta tvrdne a mění se v tvrdou hmotu podobnou kameni.

V praxi se tento proces nejeví tak hladce, jak je znázorněno na zobecněných grafech. Jak v počáteční plastické fázi, tak v pozdějších fázích kalení, proces, když se podíváte na graf znázorňující jej, vypadá jako pilový zub: po období nárůstu síly je pozorován dočasný pokles pevnosti.

Tvrzený betonový kámen má na rozdíl od kamenných materiálů a keramiky se stabilní strukturou heterogenní strukturu, která zahrnuje krystalické útvary, špatně uspořádané amorfní shluky, minerální inkluze, nerozložená cementová zrna, mezikrystalové dutiny, kapiláry, póry a vodu v různých formách konektivity.

Přítomnost povrchově hydratovaných částic slínku vede k tomu, že i ztvrdlý beton může v podmínkách formovaného cementového kamene podléhat dalším hydratačním přeměnám.

Zjednodušeně řečeno, i v betonových výrobcích vyrobených před lety a desetiletími jsou cementová zrna, která jsou hydratovaná pouze ve vrchní vrstvě. Uvnitř zůstávají nezměněny a za určitých podmínek mohou vstupovat do hydratačních reakcí.

Vystavení betonu různým zatížením, jako je vysoká teplota, vibrace, elektromagnetické zpracování atd., může buď snížit jeho pevnost, nebo jej zničit, nebo jej posílit, protože „získávání“ a „ztráta“ pevnosti je typické pro beton téměř v každém věku.

V tomto ohledu jsou nebezpečné zejména různé havarijní situace, například požár, při kterém je beton vystaven zvýšeným teplotám. Tyto účinky mohou vést k destrukci betonu.

Použití speciálních přísad do betonu umožňuje při nevýznamné spotřebě samotných přísad výrazně ovlivnit vlastnosti betonových směsí, dynamiku tuhnutí a výsledné vlastnosti betonu.

Podle mezistátní normy GOST 24211-2008 „Přísady do betonu a stavebních malt. Obecné specifikace“, přísady jsou organické a anorganické látky přírodního i umělého původu, používané jako modifikátory vlastností betonových směsí na bázi cementu a jiných pojiv. Jsou rozděleny do skupin, podskupin a tříd (uvedené v tabulce níže).

Nesprávný výběr složení betonové směsi

Častým důvodem, proč se beton drolí, je nesprávný výběr složení směsi.

Betonová směs se skládá z cementu, vody, hrubého a jemného kameniva (nebo pouze jemného kameniva pro jemnozrnný beton).

Aby se získal beton s určitými vlastnostmi, musí být tyto složky smíchány v určitých poměrech. Čím vyšší je množství cementu v betonu a čím vyšší je pevnostní stupeň cementu, tím vyšší je pevnostní třída betonu.

Beton vyšších tříd pevnosti v tlaku má hustší strukturu, ve které je méně pórů a kapilár, a kapiláry mají menší průměr, díky čemuž beton nasává méně vody.

Beton s nízkou nasákavostí je také odolnější vůči mínusovým teplotám. Pokud se voda dostane do pórů a kapilár betonu, při teplotách pod nulou zamrzne a při zamrznutí zvětší svůj objem a naruší strukturu betonu. To je častý důvod, proč se beton po zimě začíná drolit.

Příliš mnoho vody v betonové směsi

Voda je nezbytná pro tvorbu betonového kamene, protože je produktem hydratačních reakcí sloučenin cementového slínku. Pro chemické reakce je dostatečný poměr voda-cement 0,3, ale v tomto případě má betonová směs vysokou tuhost a po pokládce vyžaduje výrazné vibrační ošetření.

Na základě zpracovatelnosti se betonové směsi dělí do několika tříd, které jsou uvedeny v tabulce níže.

Jak vidíme, mohou být supertuhé, tuhé a flexibilní.

Mobilní směsi se dělí do tříd podle pohyblivosti od P1 – nízko pohyblivé směsi až po P5 – lité (samozhutnitelné, samonosné) směsi. V moderní výstavbě je největší poptávka po směsích střední a vysoké pohyblivosti, které lze pokládat bez vibrační úpravy (a to šetří čas, elektřinu a práci a eliminuje nutnost použití specializovaného zařízení).

Tuto směs lze získat zvýšením poměru voda-cement, tedy přidáním více vody, ale v tomto případě část vody zůstane nezreagovaná, což oslabí strukturu betonu. Nevázaná voda bude postupně vysychat a v této době již betonová směs ztratí svou plasticitu a v tělese betonu zůstane příliš mnoho pórů a kapilár.

Takto uvolněný beton bude mít nejen sníženou pevnost, ale bude také aktivněji absorbovat vlhkost při kontaktu s ním. To je zvláště důležité pro konstrukce s vlhkými provozními podmínkami nebo při použití venku. Bez ochranných opatření se nekvalitní beton začne brzy drolit.

Co jsou změkčovadla?

Problém zvýšení pohyblivosti betonové směsi bez snížení pevnosti betonu lze vyřešit použitím plastifikátorů.

Použití plastifikátorů je způsob, jak zvýšit pohyblivost betonové směsi bez přidání přebytečné vody, a tedy bez snížení pevnosti betonu.