Při navrhování nového stroje se konstruktér rozhodne, jaký tvar dá určitým částem. Předem určí, jaká by měla být pevnost těchto částí. Pevnost ale bude záviset na materiálu! Takže je třeba zvolit vhodný materiál!
Stejně tak je to i ve stavebnictví. Stavitel musí předem vědět, jaké vlastnosti by měl mít beton, který vyrábí, jaká bude jeho pevnost, jak na něj bude působit teplo a mráz.
Složení betonu ale nemůže být univerzální. Nelze ho předepsat podle jednoho receptu, který je vhodný pro všechny případy.
Složení betonu, stejně jako složení slitiny v metalurgii, musí být navrženo předem. Záleží na typu konstrukce, ve které bude beton použit.
Aby se získal beton daného složení, je nutné vyvinout jeho „recept“. Ruští vědci N. M. Beljajev, S. A. Mironov, N. A. Popov a další vyvinuli technologii betonu, díky které bylo možné vyrábět beton s předem stanovenými vlastnostmi. K tomu je nutné správně zvolit nejvýhodnější poměry (množství) výchozích materiálů obsažených v betonu. Pevnost betonu však nezávisí jen na množství, ve kterém jsou jeho složky použity, velký význam bude mít i kvalita výchozích materiálů – plniva z velkého kamene, písku, cementu a vody. Ty se berou v určitém množství a poté se smíchají. Jaké vlastnosti by tyto výchozí materiály měly mít?
Začněme s velkým kamenivem – štěrkem a drceným kamenivem.
Štěrk je kulatý nebo vejčitý úlomek nejodolnějších hornin (žula, diorit, čedič, tmavě šedý vápenec), který je v různé míře zaoblený. s hladkým povrchem. Velikost těchto zrn je od 5 do 77 mm. Podle svého původu se štěrk dělí na (roklatý), říční a mořský.
Horský štěrk obvykle obsahuje škodlivé nečistoty jako je jíl, prach, písek, organické látky, síra a sloučeniny síry. Říční a mořský štěrk téměř žádné nečistoty neobsahuje.
Drcený kámen je materiál získaný drcením hornin nebo umělých kamenů na kusy o velikosti od 5 do 77 mm. Zrna drceného kameniva mají nepravidelný tvar, jejich povrch je drsný. Drcený kámen proto přilne k cementovému kameni pevněji než štěrk. Obzvláště důležitá je pevnost hrubého kameniva, protože tvoří kostru betonu. Hrubé kamenivo by proto mělo být zpravidla dvakrát až třikrát pevnější než samotný beton.
Pro zajištění vysoké kvality betonu musí být hrubé kamenivo čisté a bez škodlivých nečistot. Nesmí obsahovat více než 15 % (hmotnostních) zrn ve formě jehliček a destiček. Hrubé kamenivo nesmí vstupovat do chemických reakcí s látkami obsaženými v cementu. Pro snížení vlivu škodlivých nečistot se kamenivo před použitím promývá.
Mezi velké kamenivo patří také porézní kamenivo – pemza, tuf, sopečná struska. Toto kamenivo díky své struktuře absorbuje velké množství vody. Vysáváním přebytečné vody z betonu napomáhá jeho zpevnění. Nevýhodou porézního kameniva je, že beton s použitím takového kameniva vyžaduje více cementu než beton s použitím hustého kameniva.
Jemné kamenivo zahrnuje různé písky. Písek je sypká hornina, která se skládá ze zrn různých materiálů (nejčastěji křemene) o velikosti od 0,1 do 5 mm.
Písky se liší mineralogickým složením a v závislosti na podmínkách vzniku a místě výskytuPodle mineralogického složení jsou písky křemenné, živcové, vápencové a dolomitové.
Podle podmínek vzniku se písky dělí na horské, rokle, říční, mořské, štěrkové, balvanité, dunové a barchanové.
Liší se od sebe pouze strukturou a tvarem. Zrna mořského a říčního písku jsou zaoblená s hladkým povrchem, zatímco zrna horského písku, který nejčastěji vzniká destrukcí žuly a dioritu, mají hranatý tvar a drsný povrch. Zrna roklového písku mají také hranatý tvar, ale ve srovnání se zrny horského písku jsou poněkud vyhlazenější. Všechny písky obsahují nečistoty škodlivé pro beton: uhlí, prach, jíl, sádrovec, slídu, pyrit síry a různé organické nečistoty, které ovlivňují cementové lepidlo, snižují jeho pevnost a v konečném důsledku způsobují destrukci betonu. Mezi škodlivé nečistoty patří sírany a částice sádry. S částicemi cementu tvoří speciální sloučeniny ve formě tenkých jehliček. Často se jim obrazně říkalo „cementové bacily“.
Pod vlivem vody se „cementový bacil“ následně mění na tekutý bílý hlen vytékající z betonu. Takový „nemocný“ beton není vhodný k použití.
Mořský písek někdy obsahuje skořápky, které jsou převážně z vápence. To oslabuje přilnavost písku k ostatním složkám betonu. Mořský písek navíc obsahuje soli, které se uvolňují na povrchu betonu.
Nejčistší písek je říční písek. Ten ale ne vždy uspokojí stavitele, protože je často velmi jemný. A to při výrobě betonu vyžaduje velké množství cementu.
Stejně jako hrubé kamenivo musí být písek před použitím promyt vodou v pračkách písku.
Pro dosažení vysoké pevnosti betonu je nutné zvolit správné zrnité složení plniva. To znamená, že je nutné připravit směs tak, aby mezi zrny bylo co nejméně dutin, které je třeba vyplnit cementovou pastou. Písek jedné velikosti má ve svém objemu asi 40 % dutin. Písek složený ze zrn různých velikostí má mnohem větší hustotu.
Je možné dosáhnout co nejmenší prázdnoty? Ano, je to možné.
Za tímto účelem se nejprve velké a malé kamenivo rozdělí podle velikosti nebo, jak říkají stavitelé, do několika frakcí. Poté se podle určitého pravidla použijí k vytvoření tzv. optimální směsi zrn (v této směsi jsou všechny částice tak těsně přiléhající k sobě, že pro cementovou pastu zůstávají pouze malé mezery). Beton připravený na takové optimální směsi kameniva má již vysokou hustotu a pevnost. Spotřeba pojiva je v tomto případě velmi malá.
Pokud se beton vyrábí z náhodného složení kameniva odebíraného z přírodních lomů nebo získaného drcením kamene, pak není možné dosáhnout vysoké hustoty. V tomto případě je zapotřebí obrovský přebytek cementu. Navíc je nemožné z takové náhodné směsi získat vysokopevnostní beton.
Voda potřebná k vytvoření vysokopevnostního betonu musí být čistá a nekyselá. Ale i relativně čistá voda obsahuje různé nečistoty, které mají škodlivý vliv na proces tvrdnutí betonu: organické kyseliny, sírany, tuky atd.
V betonárnách a na staveništích se pro výrobu betonu obvykle používá pitná voda. V některých případech se používá podzemní, bažinatá, rašelinová a říční voda. Tyto vody jsou však nasycené organickými nečistotami. Někdy je nutné použít odpadní a průmyslové vody, které mohou obsahovat významné nečistoty jako kyselina sírová nebo její soli, huminová kyselina nebo sádrovec. Tyto nečistoty způsobují destrukci betonu. Proto se tyto vody před použitím analyzují v chemické laboratoři.
Povrch betonu připraveného mořskou vodou nebo vystaveného jejímu působení je pokryt skvrnami ve formě solných usazenin – “výkvětů”, které výrazně kazí vzhled betonu. Navíc je pevnost takového betonu nízká. Proto je při stavbě obytných budov z betonu zakázáno používat mořskou vodu.
Cement je hlavní složkou betonu. Čím vyšší je adhezní kapacita cementu a čím silněji přilne k povrchu plniva, tím pevnější bude beton.
Cement se vyrábí z cementového slínku, který se získává vypalováním přírodních surovin nebo směsi umělých surovin až do slinování.
Takové směsi by měly obsahovat přibližně tři díly vápence a jeden díl jílu. Někdy se tyto směsi vyskytují přirozeně – jedná se o horninu zvanou vápencový slín. Protože jsou však ložiska těchto slínů vzácná, většina cementáren používá umělé směsi vápence a jílu. Místo jílu lze použít křemelinu, tripol a další silikátové horniny, které se svým chemickým složením blíží jílu. Po vypálení takových směsí vznikne tvrdá slinutá hmota – slínek, sestávající z tmavě šedých zrn o velikosti ořechu. Poté se slínek mele na jemný prášek v kulovém mlýně. Pro zlepšení kvality cementu se do něj během mletí slínku přidávají hydraulické přísady – až 3 % sádry a až 15 % křemeliny, tripolu. Nyní je cement hotový!
Co je cement?
Jedná se o šedý, velmi jemný prášek, připomínající pudr. Čím déle je mletý, tím je kvalitnější a tím větší je jeho adhezní schopnost. Při ultrajemném mletí se chemické reakce mnohonásobně zrychlují. To se vysvětluje tím, že cementový prášek se vždy spojuje s vodou po celém povrchu. Povrch zrn bude tím větší, čím jemnější je mletí. Například měrný povrch zrn 1 gramu cementu je 2000 – 3000 cm², a u vysokopevnostních cementů – asi 6000 cm².
K přípravě betonu, železobetonových výrobků a konstrukcí se používají různé druhy cementu. Výběr cementu závisí na typu konstrukce, pro kterou se beton vyrábí. V Rusku se vyrábí více než 30 druhů cementu. Hlavními jsou portlandské cementy, struskové portlandské cementy, pucolánové portlandské cementy, hlinitanové cementy a další. Výrobě a studiu cementů je v naší zemi věnována velká pozornost. Ruští vědci A. A. Bajkov, V. A. Kind, V. N. Jung, P. P. Budnikov významně přispěli k vědě o cementu.
- Žáruvzdorný beton
- Beton a mráz. Zimní beton
- Zrání betonu
- Úspora cementu – zahraniční zkušenosti
- Zimní betonování
- Reologie zpracovatelnosti
- Jak dlouho trvá, než beton ztvrdne?
