Matrice může být mimo matrici minerální (cement), tvořena i matricí polymerní a smíšenou. Existují asfaltové betony, kde úlohu matrice plní asfalt.

Transkript

1 1/85

2 1.0 ÚVOD Učebnice nauka o materiálech má sloužit nově zavedenému předmětu Nauka o materiálech, který je obsažen v rámcovém vzdělávacím programu Geotechnika a navazujících školních vzdělávacích programech Těžba a zpracování ropy a zemního plynu a Těžba a zpracování kamene. Důvodem zavedení předmětu je skutečnost, že obor materiálového inženýrství se postupně vyděluje z obecných poznatků. Vývoj nových materiálů je neobyčejně dynamický a ukazuje se, že zevrubná znalost technických materiálů představuje velmi důležitou kompetenci u stupně vzdělání střední s maturitou. Technické materiály dnes nejsou vyvíjeny pouze s ohledem na užitné vlastnosti, ale nově se zde objevuje aspekt udržitelného rozvoje, kdy se předpokládá, že každý výrobek či stavba v budoucnu doslouží a bude nutné materiál posuzovat nikoli jako odpad, ale surovinový zdroj. Tzv. R materiály jsou zajímavou skupinou materiálů a vývoj technologií jejich dalšího využití je předmětem výzkumu na všech úrovních. Technický a technologický vývoj je naprosto nemyslitelný bez vývoje nových materiálů. Věk informačních technologií je podmíněn vývojem materiálů, které jsou schopny plnit požadavky na integrované obvody, počítačové paměti apod. s exponenciálním růstem jejich parametrů. U klasických materiálů se hledají další možnosti zlepšení jejich užitných vlastností a vývoj se ubírá k materiálům, které se obnovují v přírodě a po skončení jejich životnosti nekontaminují životní prostředí. V době globalizace dochází i k horečné normotvorné činnosti, která umožňuje zlepšit komunikaci v technické praxi. Proto se kniha, až na výjimky u slitin železa, vyhýbá označování některých materiálů, protože v krátké budoucnosti dojde ke změnám. Změny jsou výrazné i v oblasti zkoušení materiálů, zejména kamene. Škola pro tento účel vydává speciální učebnici Úvod do zkoušení kameniva. Je to proto, že řada zkoušek je do nových podmínek netransformovatelná, protože mají úplně jiný princip. Zkoušení materiálů a hledání jejich vlastností nebo prohlašování shody je rovněž novým aspektem technického rozvoje. Učebnice zařazuje do materiálů i zeminy a kámen, což není úplně obvyklé. S ohledem na orientaci rámcového vzdělávacího programu jsou i tyto materiály používány ke stavbám hrází, svahování, uložišť odpadu apod. Velkou perspektivu zaměstnanosti má i environmentální geotechnika, kdy sledujeme cíl sanovat vytěžené přírodní prostředí a dát mu jinou funkci v designu krajiny. Přeji všem, kteří budou tuto učebnici užívat, aby získali ucelené široké vědomosti o materiálech užívaných v oboru i mimo něj. Získané vědomosti by následně měly motivovat absolventy k vyhledávání bližších a speciálních informací v následné praxi, kterou život přinese. Josef Moravec 2/85

3 2. 0 BETON Beton je i přes výrazný nástup jiných stavebních materiálů, nejpoužívanějším stavebním materiálem. Z hlediska jeho zařazení se jedná o kompozitní materiál. Pro účely této učebnice byl však z této skupiny vyňat a bude mít, s ohledem na své použití, vlastní kapitolu. Poznámka:Kompozit je každý materiálový systém, který je složen z více (nejméně dvou) fází, z nichž alespoň jedna z fází je pevná s makroskopicky rozeznatelným rozhraním mezi fázemi. Má vlastnosti, jež nemohou být dosaženy kteroukoli složkou (fází) samostatně, ani prostou sumací. (Bareš) Pro vysvětlení obecné definice kompozitů aplikované na beton je dobré si vysvětlit pojem fáze, který znamená: - pevné fáze. V betonu se vyskytují většinou dvě. Jedna z nich nese rozptýlené částice fáze druhé. Nesoucí fáze se odborně nazývá fází disperzní a tvoří matrici (matrix). Nejrozšířenější matricí je tzv. cementový kámen. Druhou pevnou fází je nejčastěji kamenivo, které je fází rozptýlenou, tedy dispergovanou, - kapalná fáze je voda v pórech betonu. Její podíl je vyšší v čerstvém betonu, který má vždy určitou tekutost pro jeho zpracování. Po vytvrdnutí čerstvého betonu vzniká konstrukční a stavební materiál beton, - plynná fáze je vzduch v pórech betonu. 2.1 HISTORIE BETONU Matrice může být mimo matrici minerální (cement), tvořena i matricí polymerní a smíšenou. Existují asfaltové betony, kde úlohu matrice plní asfalt. Praktická aplikace betonu sahá až do roku asi 3600 před našim letopočtem. Tuto informaci má lidstvo od Plinia staršího, který zaznamenal existenci sloupů z umělého kamene. Další zmínku o betonu lze nalézt v díle Deset knih o architektuře, kde autor Marcus Vitruvius Pollio popisuje jakéhosi předchůdce cementu, vzniklého smícháním sopečného tufu s vápnem. Takto vzniklý matriál tuhnul i pod vodou. V antice byl beton použit na stavbě římského Pantheonu. Jeho kopule má průměr 49 m. Dokonce beton je zde objemově vylehčen podle polohy jeho použití na vlastní kopuli. S určitou nadsázkou lze konstatovat, že beton byl po dlouhou dobu zapomenut od zániku Říma až do roku Velký rozmach použití betonu se však datuje až od počátku dvacátého století. 2.2 ROZDĚLENÍ BETONU Beton jako kompozitní stavební materiál lze rozdělit do více skupin podle různých kritérií. Podle vyztužení betonu jej dělíme na: - beton prostý - beton železový (železobeton) - beton předpjatý - vlákonobeton - síťobeton 3/85

4 Podle objemové hmotnosti rozdělujeme beton na: - lehký beton (LC) měrná hmotnost kg.m -3 - těžký beton (HC) měrná hmotnost kg.m -3 - obyčejný beton Podle použití betonů dělíme tyto na: - silniční beton - vodostavební beton - lehký beton - těžký beton - hutný lehký beton - beton pro masivní konstrukce - čerpaný beton - pohledový beton - architektonický beton - recyklovaný beton - pěnobeton Mimo toto dělení ještě rozeznáváme betony: - vysokohodnotný (vysokopevnostní) beton - samozhutňující beton 2.3 BETON PODLE VÝZTUŽE Z dalších možných dělení stojí za zmínku ještě beton asfaltový, kde matrici tvoří asfalt. Výsledkem je pro silničáře tzv. obalovaná směs PROSTÝ BETON Prostý beton je beton, který nepoužívá žádnou výztuž. Konstrukce z prostého betonu musí respektovat základní vlastnosti betonu. Tou je vysoká pevnost v tlaku a nízká pevnost v tahu. Pevnost v tahu je běžně 10x menší než pevnost v tlaku. Proto použití prostého betonu je možné pouze tam, kde se tahová napětí nevyskytují nebo jenom v nepatrné míře. Jeho základní použití je na nenáročné konstrukce namáhané v tlaku a to malým zatížením. Technologie zpracování je jednoduchá. Pevnostní charakteristika betonu je patrna z obrázku č. 1. Z betonových výrobků z prostého betonu jsou nejčastěji dlaždice a kostky. V případě zpracování prostého betonu litím jsou to malé opěrné zdi, nenáročné patky apod. 4/85

5 σ [MPa] TAH ε [-] TLAK σ [MPa] Obr. 1 Diagram namáhání prostého betonu v tahu a tlaku ŽELEZOVÝ BETON Je prostý beton, který je vyztužený ocelovými pruty nebo sítěmi. Ocel v tomto kompozitu představuje další pevnou fázi, která má stejnou pevnost v tahu i tlaku, jak je patrné z obrázku č. 2. σ [MPa] TAH ε [-] TLAK σ [MPa] Obr. 2 Diagram namáhání oceli v tahu a tlaku 5/85

6 Umístění výztuží v objemu výrobku nebo lité konstrukce je věcí projektantů. Její poloha je v místech, kde se mohou vyskytnout malá tahová napětí. Nikdy se nevyskytuje v blízkosti neutrální osy. Ocel je materiál, který má téměř stejnou hodnotu teplotní roztažitelnosti jako beton, což je základní předpoklad pro použití v železovém betonu. Dále ocel v prostředí betonu nekoroduje, protože hodnota ph je asi 12, tedy zásadité prostředí. Výrobky z železobetonu jsou panely, trubky větších průměrů, obrubníky. V železobetonových konstrukcích, které jsou lity na stavbě se používají k betonáži patek, pilířů, pilot, podlah apod. Výztuž v podobě drátů nebo sítí může mít profil kruhový, kdy se jedná o hladké dráty. Druhou možností je ocel s hřebínky, které jsou vyválcované na povrchu drátů. Průměry výztuže jsou od 4 do 32 mm. Na ocel do železobetonu jsou kladeny požadavky na zaručenou mez kluzu. v hodnotách MPa. Dalším požadavkem je vysoká tažnost a pevnost. Tažnost proto, že ohyby výztuže do bednění se provádějí za studena. Více informací o oceli do železobetonu poskytuje tabulka PŘEDPJATÝ BETON U betonových konstrukcí, které jsou navrhovány jako velmi lehké nebo se u nich předpokládá tahové napětí, by použití ocelové výztuže nepostačovalo. Ocelová výztuž v betonové konstrukci má za cíl vyvolat u nezatížené konstrukce při tuhnutí a ztuhnutí betonu tlakové předpětí v místech, kde se po sejmutí bednění a uvedení do provozu bude vyskytovat tahové napětí. Poznámka: Pro vysvětlení pojmu předpjatý beton použijme příkladu. Máme vyrobit polotovar nosníku průřezu I pro mostní konstrukci. Takový nosník je namáhán ohybem a v dolní části ohyb vyvolává tahová napětí. V bokorysu jsou na jeho průřezu viditelné otvory, kterými se povedou předepínací kabely po celé délce nosníku. schéma zatížení druh namáhání tlak (předpětí) ohyb + tlak (předpětí) Obr. 3 Předpjatý beton 6/85

7 Celý nosník se odlije do bednění i s otvory.po zatvrdnutí betonové směsi protáhnou po délce nosníku kabely. Na čela nosníku se umístí podložky pro roznesení namáhání.dráty kabelu se napínají a vyvolají tlakové namáhání nosníku, které je po průřezu konstantní a je označeno červenou barvou. Do otvorů s předepjatými kabely se tlakem vstřikne cementová kaše, která se nechá zatvrdnout a dokonale spojí předepnuté ocelové dráty kabelu s materiálem betonu. Nosník se vyjme z bednění. Po jeho instalaci na mostní podpěry je namáhán ohybem od vlastní zátěže a od zátěže např. dopravní. Ohybové napětí je nakresleno žlutou barvou.obě napětí, tedy předpětí tlakem z výroby a napětí ohybem se sečtou (superponují).pokud je předpětí alespoň stejně veliké jako tah na dolní části nosníku při ohybu. Vůbec nedojde k namáhání tahem. 7/85

8 Obr. 4 Betonářské oceli Mezi výrobky z předpjatého betonu lze zařadit např. betonové pražce pro kolejovou dopravu, polotovary pro konstrukci nosníků mostů, celé nosníky apod. V případě výroby konstrukce z předpjatého betonu na stavbě jsou to především mostní konstrukce lité do bednění, nosné konstrukce staveb apod. 8/85

9 2.3.4 VLÁKNOBETON A SÍŤOBETON V objemu betonu mohou být rozptýlena vlákna. Někdy se tyto betony nazývají betony s mikrovýztuží. Vlákna tu však nemají úlohu jakési náhrady ocelové výztuže u železového betonu. Jejich posláním je změna křehkosti betonu a vlákna rovněž omezují jeho smršťování. Dávkování vláken se odvozuje od objemu matrice a tvoří 0,1 2% jejího objemu. Použití vláknobetonu je u podlah a desek. Vedle zvýšení houževnatosti betonu, se zvyšuje odolnost proti otěru, pevnost v rázu apod. Materiál vláken je ocel, skelná vlákna polypropylenová vlákna. Ocelová vlákna se s výhodou používají také do stříkaných betonů technologií, která se nazývá torkret. Ocelová vlákna nebo spíše drátky jsou používány v délkách mm. Průměr drátků je 0,25 1 mm. Pro dostatečné ukotvení drátků jsou tvarovány tak, aby v betonu držely. Tvarovány jsou buď zalomením, kdy se osa z přímky změní na zalomenou čáru. Další možností je zploštění konců drátků nebo jejich ohnutí. Skelná vlákna musí mít upravené složení skloviny pro chemickou odolnost v zásaditém (alkalickém) prostředí matrice betonu. Polypropylenová vlákna se používají s cílem zamezení vzniku trhlin, které vznikají v ranném stadiu tuhnutí betonu vlivem smršťování. 2.4 BETON PODLE POUŽITÍ SILNIČNÍ BETON Z názvu je zřejmé, že se jedná o materiál, který je používán u dopravních staveb, které vynikají specifickým namáháním. Specifikum spočívá v tom, že požadavek není pouze na pevnost, ale také na obrusnost jeho povrchu, odolnost proti solím jmenovitě chloridům, útlum hluku při styku s dezénem pneumatiky apod. Vedle betonů s matricí cementovou se zde vyskytuje asfaltový beton. Konstrukce betonové vozovky nebo letištní plochy se pak technologicky provádí ve dvou vrstvách, kdy na spodní vrstvu nanášíme obrusnou vrstvu pokládanou na čerstvý beton. Výsledkem je spojení dvou kompozitů. Kamenivo betonu má spojitou i přetržitou křivku zrnitosti. Maximální velikost zrna je do 32 mm. Složení betonu je logicky odvislé od zatížení komunikace. To je odvozeno od typu silnice I, II, III a IV třídy. Zvláštní požadavky jsou pak na letištní přistávací dráhy L VODOSTAVEBNÍ BETON Beton pro vodní stavby je poněkud obecnější pojem. Jeho složení a požadavky vyplývají z jeho polohy na vodním díle. Zda se jedná o část trvale pod vodou, omývanou, ze statiky konstrukce apod. Požadují se zde vlastnosti podobné jako u betonu silničního mrazuvzdornost, odolnost proti korozi, proti abrazi splavných částic a navíc také vodotěsnost. Vodostavební beton má náročnou křivku zrnitosti a maximální velikost zrna se připouští do 32 mm. Speciální požadavky jsou na konstrukci a technologii při velkých tloušťkách stěn při betonování. Tyto bez bližšího popisu souvisí s procesy hydratace betonu, vznikem tepla a délkou tuhnutí čerstvého betonu. 9/85

10 2.4.3 LEHKÝ BETON Lehký beton se vyznačuje nízkou měrnou hmotností. Vylehčení je způsobeno záměrným vytvořením dutin a pórů v textuře betonu. Jejich praktické použití je především u konstrukcí, kde se požadují dobré izolační vlastnosti. Některé konstrukce, kde hlavním zatížením je vlastní hmotnost lze také odlévat z lehkého betonu. Dutiny obecně mohou být uzavřené (polystyren) nebo otevřené (houba). V případě otevřených pórů mohou tyto betony mít funkci drenáže, kdy jsou schopné odvádět určité množství vody. Pórovitosti lze také dosáhnou použitím úzké frakce pórovitého kameniva a nízkou objemovou hmotností. Póry se tak vyskytují i v dispergované fázi kamenivu. Jinou možností je vytvoření pórů napěňovaní přísadou TĚŽKÝ BETON Těžké betony se používají na stínění rentgenového a radioaktivního záření. Velká měrná hmotnost je zajištěna použitím kameniva ze speciálních materiálů. Těmi jsou magnetit, ocel, ferrofosfor, limonit, baryt apod HUTNÝ LEHKÝ BETON Měrná hmotnost hutných lehkých betonů je snížena pouze použitím pórovitého kameniva, čímž se odlišuje od lehkého betonu, kde jsou použity jiné cesty pro snížení měrné hmotnosti. Tyto betony obvykle nedosahují vysoké pevnosti, ale při použití vhodného kameniva lze dosáhnout i relativně vysoké pevnosti kolem 100 MPa BETON PRO MASÍVNÍ KONSTRUKCE Beton pro masivní konstrukce je nutné chápat jako beton, který se odlévá do bednění, kde jsou tloušťky stěn v řádech metrů. Takové betony mají složení, které při hydrataci (tuhnutí) vyvíjí menší množství tepla. Zde se logicky volí maximální velikost zrna co dovolí konstrukce a mezery v armatuře. Takové konstrukce vyžadují někdy i chlazení při tuhnutí. Typickou masivní konstrukcí jsou hráze přehrad. Řešením je také rozdělení na lamely ČERPANÝ BETON Technologie čerpání betonu patří mezi moderní metody technologie transportu čerstvého betonu. Pokud technologie vyžaduje čerpání betonu musí mít tento zvláštní reologické vlastnosti. Těch se dosahuje složením kameniva, především vyšším podílem jemných frakcí a druhem cementu. Dále se do směsi přidávají další komponenty, které zvyšují tekutost neboli snižují viskozitu (plastifikátory) POHLEDOVÝ BETON (ARCHITEKTONICKÝ BETON) Užitnou vlastností pohledového betonu je jeho povrch, který musí vyhovovat nejenom určitým technickým parametrům, ale i hledisku estetiky. Mezi technické požadavky patří obvykle vodotěsnost a obrusnost. Mezi estetické požadavky pak barva a textura. Pro technologii výroby betonu to vyžaduje přesnost dávkování všech složek a časté zkoušky. Barvy se dosahuje přidáním přesných množství anorganických barviv. Organická barviva nepadají prakticky v úvahu. Jako barviva lze použít tyto látky: - červená Fe 2 O3 10/85

11 - hnědá a černá Fe 2 O 3.FeO - žlutá (Ti, Ni, Sb)O 2 nebo (Ti, Cr, Sb)O 2 - modrá Cr 2 O3.2H 2 O a Cr 2 O RECYKLOVANÝ BETON Tendence recyklovat člověkem vytvořený materiál, podobně jako tak činí příroda, je přirozená. Recyklace tak přispívá k udržitelnému rozvoji. V případě betonu je snahou postupovat obdobně. Likvidovaná betonová konstrukce nebo výrobek musí být ze zákona podrobena jakémusi posloupnému procesu: - odpady využívat sám ve výrobním procesu, - odpady nabídnou k využití jiné právnické nebo fyzické osobě, - odpady zneškodnit. Recyklovaný beton je drcený beton z asanovaných konstrukcí, který se přidává do čerstvého betonu. Recyklovaný beton má poněkud jiné vlastnosti: - zrna recyklovaného betonu mají poměrně dobrý tvarový index, nižší měrnou hmotnost a vyšší nasákavost, - hrubá frakce drceného betonu neovlivňuje zpracovatelnost čerstvého betonu ve srovnání s přírodním kamenivem, ale drobná a jemná frakce zpracovatelnost zhorší, - je doporučeno nepoužívat drcený beton s větší frakcí než mm, jinak se vyskytuje více trhlinek, - pevnost v tlaku je u recyklovaných betonů nižší v rozmezí 4 20%, - modul pružnosti recyklovaného betonu je o 10 30% nižší než betonu z přírodního kameniva PĚNOBETON Pěnobeton je beton, kde cíleně snižujeme hmotnost. Toho lze docílit kombinací několika faktorů ve výběru komponent a technologií zpracování: - použitím pórovitého kameniva podobně jako u hutného lehkého betonu, - provzdušněním provzdušňovací přísadou, - vytvořením pěny pěnotvornou přísadou. 2.5 VÝROBKY Z BETONU Výrobek z betonu je prefabrikovaný stavební prvek. Vyrábí se ve speciálních provozech a na místo užití se transportuje. Opakem jsou betonové konstrukce, které se odlévají přímo namístě stavby. Tyto výrobky jsou vyráběny prakticky ze všech druhů betonu. Patří sem panely, silniční panely, betonové obrubníky, příkopové tvárnice, dlažba, trouby, schodiště, rámy, desky, kolektory, sloupy, mostní konstrukce, betonové pražce, stropní desky, překlady, roštové stropy, styčníky, rámy, střešní krytina, panely poprsních zdí, panely ke zpevnění svahů, protihlukové clony apod. 11/85

12 železobetonové mostní prefabrikáty mostní nosníky z předpjatého betonu rámový propust kolektorový rám uzavřený prefabrikát pro opěrné zdi dělící stěna GREFA železobetonová pilota IZP 12/85

13 Obr. 5 Příklady výrobků z betonů 2.6 SLOŽENÍ BETONU příčný řez nosníkem prefabrikovaného mostu Složení betonu je patrné ze schématu níže. Je zřejmé, že existuje téměř nekonečné množství různých kompozic pojivých složek, množství vody, druhu a zrnitosti plniva (kameniva). Směs čerstvého betonu však ovlivňují ještě poměrná zastoupení jednotlivých složek a jejich druhy. Vlastnosti materiálu jsou tedy stochastického charakteru, což volně interpretováno znamená, že k požadovaným vlastnostem se dostaneme s určitou statistickou pravděpodobností. Makroskopické vlastnosti betonu jsou vedle jeho složení a vlastností složek dány ještě technologií jeho zpracování. BETON DOPLŇUJÍCÍ SLOŽKY PŘÍSADY PŘÍMĚSI CEMENT KAMENIVO DROBNÉ HRUBÉ VODA CEMENT Cement je polydisperzní látka, která ve vodní suspenzi mění v čase svoje vlastnosti. Změna se projevuje od tekutosti suspenze až po zatuhnutí, které probíhá chemickou cestou zvanou hydratace. Zatuhnutá látka vzniklá z cementu a vody se nazývá cementový kámen, který tvoří matrici betonu. 13/85

14 Cementový kámen je pórovitá látka, která má měrný povrch 210 m 2.g -1. To znamená, že jeden gram cementového kamene má při součtu povrchu všech pórů plochu 210 m 2. Pro představu je to plocha čtverce o straně 15,5 m. Těžko si lze představit např. supertenkou fólii, která by takovou plochu pokryla a měla hmotnost jednoho gramu. Samotný cement má však měrný povrch přibližně 0,3 m 2.g -1. Z objemu 1 cm 3 cementu se vytvoří 2,2 cm 3 cementového gelu. Velikost pórů je kolem 2 nm (nanometů 10-9 m, milióntina mm). Právě tyto póry jsou příčinou obrovských měrných povrchů. Matrice cementového kamene je velmi závislá svými vlastnostmi na množství vody přidané k cementu. Pro tyto účely se zavádí pojem vodní součinitel, který je poměrem hmotnosti vody ku hmotnosti cementu. mv (hmotnost vody) w = mc (hmotnost cementu) Obecně lze konstatovat, že čím větší je hodnota vodního součinitele (více vody), tím horší jsou především mechanické vlastnosti betonu po zatvrdnutí betonu DRUHY CEMENTŮ Cementy lze dělit podle jejich složení (směsnosti) a podle jakosti. Hodnocení podle jakosti má určitá kriteria, která jsou dána normou. Dalším dělením je dělení podle použití. Podle použití dělíme cementy na: - cementy pro obecné použití - bílý cement - síranovzdorný vysokopecní cement - silniční cement - hlinitanové cementy Dělení cementů podle směsnosti dobře ilustruje následující tabulka. Cement je složen ze slinku, složky a plniva. jejich druh a množství rozhoduje o jeho zařazení a vlastnostech. druhy cementu podle směsnosti název cementu označení obsah složek v hmotnostních % slinek složka plnivo Portlanský I Portlanský II/A II/B Vysokopecní III/A III/B III/C Pucolánový IV/A Směsný IV/B V/A V/B /85

15 Složky uvedené jako hmotnostní podíl v [%] se uvádí do označení cementu. Namísto písmene je jako složka použito: S struska D křemičitý úlet P přírodní pucolán Q průmyslový pucolán T kalcitová břidlice L vápenec Cementy lze podle pevnosti dělit na tři normalizované pevnosti, kterými je pevnost v tlaku v MPa. Jsou to pevnosti 32,5 MPa, 42,5 MPa a 52,5 MPa. Způsob měření pevnosti v tlaku je mimo rámec této učebnice. Bílý cement se používá pro dekorativní účely pro architektonický a pohledový beton. Vyznačuje se mimořádně nízkým obsahem oxidů železa a manganu, které cement barví. Síranovzdorný vysokopecní cement (Prachovice) vyniká vyšší mírou odolnosti proti vlivům prostředí, kde se mohou vyskytnout sírany. Silniční cement vykazuje vyšší pevnost v tahu ohybem, malé objemové změny a vyšší odolnosti proti agresivnímu prostředí. Je to nutné s ohledem na výskyt tahových napětí u silničních betonů a chemickou agresivitou prostředí silnic např. solení. rovnoměrný. Jejich užití je v žárobetonů a děl, kde se nevyžaduje pevnost. Hlinitanový cement se vyznačuje rychlým tuhnutím. Do betonových konstrukcí se nesmí používat, protože beton ztrácí pevnostní vlastnosti. Na rozdíl od ostatních betonů, které časem měřeným lety zvyšují svoji pevnost, zde je tomu naopak. Navíc průběh ztrát pevnosti není MINERALOGIE CEMENTŮ Chemické složení cementu je různé. Z oxidů minerálů lze jmenovat CaO, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, P 2 O 5, MgO, SO 3, Na 2 O+K 2 O, TiO 2. Slinkové materiály mají chemizmus velmi složitý VÝROBA CEMENTU Obecně výroba cementu technologicky závisí na jakosti vstupních surovin. Základem je vápenec, kde je nutné mít k dispozici i určité jeho znečistění (nikoli každé znečistění). Nepřípustným složením vápence je vyšší obsah dolomitu. S ohledem na čistotu vstupních surovin může být schéma obr č. 6 doplněno i jinými vstupními surovinami než je břidlice. 15/85

16 vápenec břidlice palivo sádrovec primární drcení sekundární drcení drcení sušení mletí suroviny homogenizace rotační pec úprava paliva mletí cementu drcení sádrovce expedice Obr. 6 Obecné schéma výroby cementů KAMENIVO Kamenivo zaujímá v kompozitu betonu 75 80% jeho objemu. Hlavní funkcí kameniva je vytvoření pevné kostry obvykle požadavkem na minimální mezerovitost. Minimální mezerovitosti se dosahuje použitím zrn různé velikosti v různém hmotnostním poměru. Vazbu hmotnostního množství a velkost zrn vyjadřuje tzv. křivka zrnitosti. Právě křivka zrnitosti činí betony rozdílnými od malt, které mají úzkou křivku zrnitosti. Kamenivo je nejčastěji přírodní zrnitá látka určená pro stavební účely. Vyloučeno však není ani umělé kamenivo, recyklovaný beton nebo dokonce ocelová zrna. Kamenivo rozdělujeme podle petrografie. Petrografické složení vypovídá o vlastnostech kameniva, které je nositelem pevnosti v kompozitu betonu. Kamenivo může být těžené, kdy jde o těžený štěrk, 16/85

17 štěrkopísek a písek. Dále může výt kamenivo drcené, které bylo vyrobeno technologií drcení. Vlastnosti takovýchto zrn jsou odlišné. Těžené kamenivo má hladší povrch, protože při rozpadu hornin bylo obvykle transportováno a došlo k ohlazení povrchu. Evropská norma dělí kamenivo na tyto skupiny: - hrubé - směs kameniva - drobné (písek) - filer zrna do 0,125 mm Pro navrhování betonů je velmi důležitá znalost granulometrie kameniva. S ohledem na obor vzdělání pro který je učebnice určena nebude této kapitole věnována větší pozornost. Pro metriku granulometrie byla zvolena jakási normová základní řada sít, kde každé následující síto má čtvercové otvory dvojnásobného rozměru. Základní řada má tedy otvory 0,063 0,125 0,25 0, Granulometrie má vést k tvorbě křivky zrnitosti. Existují ideální křivky zrnitosti, které však vycházejí z ideálního tvaru zrn, kterým by byla koule. Realita bývá upravována různými koeficienty. Zrno k propadnutí otvorem čtvercového síta musí vyhovovat tvarem a dvěma rozměry podmínce, že musí být menší než otvor v sítu. Síto však neřeší rozměr třetí. Proto se u zrn sleduje další parametr a tím je tvarový index. Kde je poměřován třetí rozměr k stávajícím dvěma. Tvarový index tedy vyjadřuje poměr největšího rozměru zrna k nejmenšímu. Ideálním tvarovým indexem pro použití v betonu je hodnota 1. Taková zrna lze opsat krychlí. Kamenivo do betonu podléhá řadě zkoušek, které spadají do zkoušení kamene a kameniva. Jejich podrobnější popis je v učebnici Úvod do zkoušení kameniva. Pro základní přehled slouží tabulka: vlastnost kategorie parametr vlastnost kategorie parametr tvar zrn F1 SI index plochosti tvar zrn schránky SC obsah živočišných schránek jemné částice f síto do 0,063 mm drcení LA hrubé drobné ráz SZ odolnost proti otěr M DE zkouška rázu mikro ohladitelnost PSV odolnost proti obrus A N nordická ohlazení pneumatikami zkouška mrazuvzdornost F hrubé kamenivo zdravost MS Podle MgSO 4 Pórovité kamenivo, které se označuje v ČR jako LIAPOR, je umělé kamenivo, které se vyrábí z jílů, které v žáru expandují nebo se spíše nadýmají. Plyny uvnitř zrna nemohou uniknout přes povrch a snižují měrnou hmotnost. Liapor se vyrábí v různých frakcích. 17/85

18 2.6.6 VODA Z technologické pohledu na výrobu, zpracování a užití betonů rozdělujeme vodu na: - záměsovou - ošetřovací Záměsová voda se dodává do čerstvého betonu při procesu míchání. Její množství ovlivňuje vodní součinitel. Požadavky na tuto vodu jsou dány normou. Obvyklé použití studniční nebo povrchové vody vyžaduje v určitých cyklech zkoušky. Vody splašková a znečistěná se používat nesmí. Ošetřovací voda slouží k ošetřování betonu po zatuhnutí, kdy je nutné udržovat beton ve vlhkém stavu. Jistou zajímavostí je možnost u prostého betonu použití i mořské vody. U ostatních betonů ji použít nelze kvůli obsahu iontů chlóru PŘÍSADY Přísady do betonu zlepšují nebo vytvářejí určité vlastnosti, kterých potřebujeme docílit pro výrobu čerstvého betonu, jeho zpracování, tuhnutí a užitné vlastnosti. Mechanizmy jejich působení jsou složité chemicko-fyzikální děje. Přísady působí především na cementovou suspenzi vzniklou smícháním cementu s vodou. Na ostatní složky betonu je působení přísad velmi omezené. Působení přísad je ovlivněno také druhem použitého cementu. Jejich dávkování se podobně jako u vody řídí poměrem hmotnosti ke hmotnosti cementu. Přísady lze rozdělit na: - plastifikační (redukují množství vody při zachování zpracovatelnosti betonů), - superplastifikační (redukují silně množství vody při zachování zpracovatelnosti betonů), - stabilizační (zadržují vodu), - provzdušňující (zvětšující v čerstvém betonu póry), - urychlující tuhnutí cementu, - urychlující tvrdnutí cementu, - zpomalující tuhnutí, - hydrofobizační (odpuzují vodu), - plynotvorné (vytvářejí póry naplněné plynem z chemické reakce), - pěnotvorné (vytvářejí v čerstvém betonu pěnu), - protikorozní (mění prostředí betonu s ohledem na parametry koroze), - biocidní (snižují riziko zasažení betonu biologickými účinky) PŘÍMĚSI Příměsi jsou, na rozdíl od přísad, práškovité látky, které se přidávají do čerstvého betonu za účelem zlepšení některých vlastností nebo k docílení vlastností zvláštních. Do příměsí řadíme také barevné pigmenty a organické polymery, které se přidávají do polymercementových betonů. Příměsi se dělí na dva typy: - inertní příměsi - pucolány 18/85

19 Poznámka: Pucolány jsou latentně hydraulické aktivní látky. Chemicky je sjedná o křemičitany. Název je odvozen od názvu lokality Puzzoli v Itálii, kde se těžil a zde byl cement také objeven a užíván. Původ pucolánu je sopečného původu. Do skupiny pucolánů patří také tras, trachyt, sopečný tuf a pemza. Pucolány mohou mít i původ organický např. křemelina rozsivková zemina, rozsivková břidlice apod. Poznámka: Latentní hydraulicita je schopnost látky tvrdnout ve vodním prostředí za normální teploty. Terminus technicus latentní hydraulicita je tzv. pucolánová vlastnost.chemicky se jedná o reakci Ca(OH) 2 ve vodném prostředí. Podobné vlastnosti jako pucolány mají látky, které se vyznačují vysokým obsahem aktivního amorfního SiO 2. Podmínkou reakce je alkalické prostředí, které v roztoku vytvoříme jinými sloučeninami. Tyto látky získáváme i z odpadů průmyslových výrob. Patří sem odpady z výroby jako jsou popílky, struska, pálené hlíny, pálené jílovité zeminy, křemičité úlety, sopečné sklo apod. Je nutné zdůraznit, že pucolány nejsou např. v každém popílku např. tepelných elektráren, kterého se produkují desetitisíce tun. Při použití těchto látek je nutné hlídat chemické složení, které se mění podle těžby v různých lokalitách a hloubkách. U pucolánů musíme také sledovat zrnitost, která souvisí s reaktivitou, protože menší frakce má větší povrch TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ ČERSTVÉHO BETONU Zpracování čerstvého betonu se z pohledu jeho technologie rozděluje na tyto složky: - míšení čerstvého betonu - transport - ukládání - zhutňování Cílem je dosažení homogenity betonu a splnění technických požadavků za přijatelných nákladů. Míšení betonů v sobě zahrnuje dávkování jeho složek, které se provádí hmotnostně (složky se váží). Technologický proces je ovlivněn typem míchačky, dobou míchání a požadovanou konzistencí čerstvého betonu. Transport betonu je dnes většinou zajištěn kontinuální dopravou nebo dopravou cyklickou. Kontinuální doprava je řešena pásovými dopravníky, šnekovými dopravníky, pneumatickou dopravou apod. Cyklická doprava je řešena domíchávači, vozíky a kontejnery. Použití dopravy závisí na možnostech dodavatele a druhu výrobku. Ukládání betonu je část technologického zpracování čerstvého betonu, kdy beton ukládáme do bednění nebo jiným způsobem k zatuhnutí a zatvrdnutí. Zhutňování se technologicky provádí mnoha způsoby, kdy nejčastěji je využíváno vibrací. jinou možností je vakuování, propichování, lisování, injektování, odstřeďování, lití, válcování, pěchování, torkretování apod. Zpracování čerstvého betonu souvisí také s hydratačním teplem. Hydratace je exotermická reakce. Hodnoty hydratačního tepla souvisí s použitým cementem: - portlandský kj. kg -1 - struskoportlandský kj. kg -1 - vysokopecní kj. kg -1 19/85