Jak dlouho trvá, než beton ztvrdne ve vodě?

Již od prvních řádků tohoto článku jsme nuceni říci, že termín „sušení betonu“ je zásadně nesprávný a kategoricky škodlivý. Jeho použití vede k tomu, že mnoho nezkušených amatérských stavitelů při lití betonových konstrukcí dělá fatální chyby, které vedou k přesně opačnému výsledku – místo monolitu, který může stát po tisíciletí, skončí s něčím amorfním, postrádajícím nosnost kapacitu a sílu.

Chemické a fyzikální základy pevnosti betonu

1. Silikáty jsou směsí oxidů vápníku a křemíku.
2. Hlinitany jsou směsí oxidů vápníku a hliníku.
3. Hliníkové ferity – směs obsahuje oxidy vápníku, hliníku a železa.

Zvláštností slínku je, že v přítomnosti vody se jeho složky přeměňují z amorfní hmoty na krystalickou strukturu. Tento proces, při kterém se absorbuje voda a jako vedlejší produkt se uvolňuje teplo, se nazývá hydratační reakce. Má rychlost, která závisí na řadě vnějších faktorů – o nich budeme hovořit zde, ale o něco později. A prochází několika fázemi.

Ihned po přidání vody do cementu začne směs houstnout. V první fázi reakce jsou jejími nejaktivnějšími účastníky alumináty a aluminoferrity. Při jejich interakci s vodou se uvolňuje až 1500 J/g – pojivo se zahřívá, což vede k aktivaci procesu a začátku růstu jehličkovitých krystalů. Po 8-10 hodinách vyplní celý objem pojiva, tato krystalická struktura se nazývá aluminát. Po této době již betonová hmota zalitá do bednění nebo rozložená po podlahách (podlahový potěr) drží tvar a nerozteče se. Ale nemá pevnost a nosnost.

Cement ve druhé fázi tvrdne a získává pevnost. Což zahrnuje především silikáty. Proces je také doprovázen uvolňováním tepla, ale v menším množství – až 800 J/g. A proto vydrží déle. V této době je křehká struktura velkých jehličkovitých krystalů hlinitanu nahrazena malými silikátovými. Výsledkem je vytvoření jednotné (homogenní) struktury s malými póry v důsledku uvolňování vedlejšího produktu kyslíku zbývajícího v tuhnoucí hmotě.

Tvrdnutí cementového roztoku trvá v průměru 28 dní. Stanovená doba je velmi stabilní hodnota a lze ji měnit pouze pomocí speciálních technik, což výrazně zvyšuje cenu a složitost betonářských prací. Během této doby se získá pevnost v rozsahu od 55 do 80 procent strukturální pevnosti.

Během obou fází se objem nalévané hmoty zmenšuje s klesajícím množstvím vody, která reaguje. Obecně může smrštění lité betonové hmoty dosáhnout 30 %. Norma je hodnota ne vyšší než 10 %.

Takto beton ve skutečnosti získává na síle. Nemá to nic společného s banálním sušením, tedy odpařováním vody.

Co určuje pevnost betonu?

Schopnost odolat zatížení hmoty sestávající z diskrétních frakcí plniva a krystalického cementu, který je váže, závisí na mnoha faktorech. Tyto zahrnují:

• Správný průběh hydratační reakce.
• značky cementu.
• Značky plniva a jeho typ.
• Poměr množství pojiva a plniva.
• Rovnoměrné rozložení plniva po celém objemu lité konstrukce.

Klíčovými faktory ovlivňujícími hydratační reakci cementu jsou teplota a množství vody. Pro betonářské práce jsou stejně škodlivé jak silné mrazy, tak syčící horko. Především proto, že voda, hlavní činidlo, mění svůj stav agregace. Po zmrznutí nereaguje s cementovým slínkem, ale po přeměně na páru ji opouští do atmosféry. Optimální množství vody je od 50 do 70 % celé nalévané hmoty.

Čím vyšší stupeň cementu, tím více účinných látek obsahuje. Čím vyšší je rychlost reakce výměny vody a množství generovaného tepla. Například doba tvrdnutí betonu M300 v bednění může být o 3-4 dny kratší než při použití malty M200. Všechny ostatní věci jsou stejné. A tím více silikátových krystalů se tvoří během procesu získávání síly. Mříž z nich vyrobená je hustší a tudíž odolnější.

Plnivo se liší v síle a má také značku. Může v ní převládat drť vápencového původu nebo jiné usazené horniny. Beton na jeho bázi lze použít pro základy nízkopodlažních budov, obrubníků a dalších nepříliš kritických konstrukcí. Pro výškové budovy, mosty a další stavby se používá beton plněný sopečnými horninami – žula nebo čedič.

Značka plniva a pojiva se musí shodovat. Cement s vysokou pevností bude vytvářet nadměrné napětí a může způsobit selhání kameniva. A naopak – řešení s nízkou jakostí neudrží těžké a odolné plnivo. V obou případech bude konstrukce křehká.

Při betonářských pracích je velmi důležité dodržet poměr plniva a pojiva. Čím vyšší je kvalita cementu, tím méně je potřeba. Maximální poměr hmotnostních dílů je 1 ku 4 ve prospěch plniva. Pracovní hodnota je 1 až 8.

Pokud je cementu příliš mnoho, pak jak beton získává pevnost, intenzivně se smršťuje. Navíc krystaly vápníku, které tvoří zreagovanou hmotu, nejsou tak pevné. Chcete, aby byl váš betonový základ pevný? Přísně dodržujte doporučené poměry uvedené výrobcem na obalu.

Obrovskou roli při dosažení požadované konstrukční pevnosti litého betonu hraje správné umístění plniva v něm. Měl by být položen těsně a rovnoměrně. Při použití písku a lití podlahových potěrů to není příliš důležité – malé frakce jsou v husté hmotě tvrdnoucího cementu spíše neaktivní. Ale čím větší je drcený kámen, tím větší pozornost je třeba mu věnovat.

Aby bylo zajištěno, že leží těsně bez hromadění na dně bednění, používají se vibrační pěchy. U konstrukcí o tloušťce až metru je lze instalovat na povrch. Nejlepších výsledků dosahují hlubinné vibrátory, jejichž pracovní část vypadá jako velmi podlouhlá sbíječka. V krajním případě lze použít aktivní bodák s lopatou do celé hloubky. Ale tento proces vyžaduje velké fyzické úsilí.

Online konkrétní kalkulačka: výpočet složení a proporcí

Pro přibližný výpočet a výběr složení betonu můžete použít online kalkulačku. Vyberte požadované množství betonu v krychlových metrech, pevnostní třídu, kamenivo, jakost cementu a uveďte změkčovadlo. Samostatně zadejte údaje o cenách za materiály. Dále můžete přidat podrobnosti o hustotě, pohyblivosti směsi atd. Po kliknutí na tlačítko „vypočítat“ získáte podrobnou tabulku s množstvím stavebních materiálů, poměry směsi a celkovou cenou.

Doba trvání procesu

Práce s litím betonu je nejen objemově velká a pracná, ale také zabere poměrně slušnou dobu. Protože ihned po naplnění bednění drcenou kamenocementovou hmotou je nutné projít fázemi tuhnutí a nabírání síly. Dokud nebudou dokončeny, nemůžete zahájit žádnou další práci.

Doba trvání procesu je špatně regulována. Pokud vám chybí dovednosti, mohou být tyto pokusy fatální. Úplné vytvrzení betonu M20 v bednění při teplotě 0 200 C trvá minimálně 21 dní.

Existuje však něco jako „regulační bezpečná lhůta“, po které lze bednění odstranit a lité konstrukce postupně zatěžovat. V tomto případě dosahuje litá hmota pevnosti 70-80%. Níže uvedená tabulka ukazuje údaje o postupu procesu pro beton třídy M400, získané prakticky.

Tučně vyznačená data jsou přesně ty okamžiky, kdy můžete všechny konstrukce považovat za dostatečně pevné, aby unesly zatížení.

To znamená, že za krásného letního dne můžete začít stavět například stěny lázeňského domu pouhé tři dny po nalití betonu do základů. A pokud ještě dva dny strávíte demontáží bednění, pak se nemusíte vůbec o nic starat, vše bude stát jak má.

Takže pro ty, kteří s betonárskou prací začínají, nesnažte se nic uspěchat. Přirozený průběh procesu kompenzuje drobné chyby, jejichž spáchání je při absenci patřičných dovedností prostě nevyhnutelné.

Pochopení podstaty procesů, ke kterým dochází, když beton tuhne a získává sílu, umožní téměř každému nezávislému developerovi provést kvalitní lití základů nebo jiných konstrukčních prvků budovy. A zároveň získat výsledek docela slušné kvality.

Zveme vás na náš telegram!

Uveřejňujeme zde výběry projektů, možnosti krásných řešení interiérů venkovských domů, stavební tipy od hlavního architekta Domamo a další užitečné informace.

Betonová směs je plastická hmota, ve které po uložení do bednění probíhají složité fyzikální a chemické procesy. V důsledku toho vzniká beton – pevný a odolný umělý kámen. U betonu jakéhokoli složení probíhá vývoj pevnosti ve dvou fázích – tuhnutí a tvrdnutí. Doba trvání každé fáze je určena mnoha faktory, z nichž hlavní jsou: složení směsi a podmínky teploty a vlhkosti. Ve standardní verzi trvá vývoj pevnosti značkového betonu 28 dní. Mnoho vnitřních procesů pokračuje po 28 dnech, ale jejich vliv na pevnost a další vlastnosti umělého kamene je obecně nevýznamný.

Doba tuhnutí betonu – standardní a upravená

Prvotní tuhnutí betonové směsi ve standardním provedení (při teplotě +20 °C a vlhkosti 95 %) se provádí během prvních dvou hodin po smíchání suchých složek směsi s vodou. Jednou z chemických složek betonu je trikalciumhlinitan 3CaO*Al₂O₃. Intenzivně reaguje s vodou a ovlivňuje tvorbu primárních vazeb v umělém kameni. Po dokončení nastavení nemá toto spojení vliv na pevnost materiálu.

Použití speciálních polymerních přísad zajišťuje velmi rychlé tuhnutí betonu – proces trvá několik desítek minut. Tato metoda se však obvykle používá pouze při hromadné výrobě železobetonových výrobků.

Doby tvrdnutí pro beton různých pevnostních tříd

Nástup tuhnutí a doba trvání procesu jsou ovlivněny teplotou vzduchu. Jestliže při +20 °C tuhnutí obvykle začíná 2 hodiny po smíchání cementu s vodou a trvá hodinu nebo dvě, pak při teplotě 0 °C začíná tuhnutí 5-6 hodin po přípravě plastového výrobku a trvá 9-10 hodin. Příliš dlouhé tuhnutí má negativní vliv na konečné pevnostní charakteristiky. Vysoké okolní teploty vyvolávají urychlené tuhnutí směsi v důsledku rychlého odpařování vody, což také negativně ovlivňuje pevnost umělého kamene.

V jakých případech může být nutné oddálit nástup tuhnutí:

• Betonování v horkém počasí;
• přeprava továrně připravené plastové směsi na velké vzdálenosti;
• dlouhé doby cestování kvůli dopravním zácpám;
• výroba vysoce kvalitních směsí s vysokou koncentrací portlandského cementu;
• nalévání směsi po etapách, v tomto případě je nutné, aby si připravená, ale nepoužitá směs zachovala své výkonnostní charakteristiky.

Náhrady tuhnutí „Linamix“, „Poliplast Retard“, „Sika Retarder“ mohou zpomalit tuhnutí směsi a zároveň zachovat její výkonnostní vlastnosti. Tuhnutí lze zabránit neustálým mícháním směsi, takže plastová hmota je na vzdálená staveniště dodávána pomocí domíchávače betonu s neustále se otáčející nádobou. Ale doba, po kterou si směs zachovává své výkonnostní charakteristiky, i při míchání, je omezená, zejména v horkém počasí.

Urychlovače tuhnutí se používají při zimní betonáži a výrobě železobetonových výrobků. V tomto případě musí být přípustné množství přísad stanoveno v laboratorních podmínkách. Funkce urychlovačů tuhnutí a následného tvrdnutí betonu plní:

• síran sodný – ne více než 2% z celkové hmotnosti betonu;
• sůl kyseliny dusičné – ne více než 4 %;
• chlorid vápenatý – do 3 %.

Při zahřívání betonových výrobků v autoklávu pod vysokým tlakem se výrazně zkracuje doba tuhnutí a následné nabytí pevnosti. Pro zaručení efektivního tuhnutí betonu při zimní betonáži se spolu s přidáním urychlovačů používá předehřev směsi na +80°C a následně ohřev elektrickým proudem a párou, zakrytí tepelně izolačními materiály.

Tvrdnutí betonu – rychlost procesu v závislosti na podmínkách

Po ztuhnutí betonové směsi začíná fáze tvrdnutí, ke kterému dochází v důsledku odstranění volné vody ze směsi. Část kapaliny se vypařuje a část se váže na perzistentní chemické sloučeniny. Normální podmínky pro tvrdnutí betonu, zajišťující rovnováhu mezi odpařující se a vázanou vodou: teplota vzduchu – +18. +25 °C, vlhkost na povrchu betonové konstrukce – minimálně 90%. Požadovaných vlhkostních podmínek se dosáhne navlhčením betonového povrchu a jeho pokrytím hydroizolačními materiály – plastovou fólií nebo střešní lepenkou.

Zvýšená okolní teplota urychluje odpařování kapaliny, která narušuje úplnou hydrataci a tím se snižuje pevnost v tlaku a vytváří se nerovnoměrné pevnostní charakteristiky ve vnějších a vnitřních vrstvách betonové konstrukce.

Pokud beton během procesu tvrdnutí zmrzne, existují dva možné způsoby, jak mohou teploty pod nulou ovlivnit pevnost umělého kamene. Po zmrazení a následném rozmrazení ztrácí beton, který nedosáhl kritické pevnosti, své pevnostní charakteristiky o 50 %. Materiál, který dosáhl kritické pevnosti, po rozmrazení pokračuje v získávání pevnostních charakteristik až na standardní hodnotu. Kritická pevnost je vyjádřena jako procento značkové pevnosti betonu a závisí na jeho třídě:

• B 7,5, B 10 – 50 %;
• B15-B 27,5 – 40 %;
• In 30-In 40 – 30%.

Pokud mluvíme o masivních, silně zatížených betonových konstrukcích, pak se za kritickou pevnost bez ohledu na třídu betonu považuje 70 %.

Existuje další koncept pevnosti – odbedňovací pevnost, která je dostatečná pro odstranění bednění. Obvykle je to 70 % hodnoty značky, ale může mít jinou hodnotu uvedenou v projektové dokumentaci. Předčasné odstranění bednění negativně ovlivňuje pevnost umělého kamene a přeexponování prodlužuje dobu výstavby a její cenu.

Metody péče o čerstvě položený beton pro zajištění normálních podmínek tuhnutí a tvrdnutí

Dodržování pravidel péče o beton zajišťuje normální podmínky tuhnutí směsi a rozvoj pevnosti značky při optimální rychlosti. Opatření pro péči o betonovou konstrukci po nalití a zhutnění betonové směsi:

• Ochrana před příliš intenzivním odpařováním vlhkosti z povrchu betonového prvku, které vede k tlakovému rozdílu v tloušťce betonu a na jeho vnější části a následně ke vzniku trhlin. K tomu je blok pokryt plastovou fólií, střešní lepenkou nebo plachtou. Lze použít piliny a písek, pokud jsou pravidelně navlhčeny.
• Zajištění rovnoměrných teplotních podmínek v celém objemu betonu při jeho tvrdnutí. To je zvláště důležité při lití masivních konstrukcí. Soubor technologických opatření k vyrovnání teploty na povrchu a v tloušťce konstrukce je uveden v projektové dokumentaci. Může zahrnovat umělé chlazení povrchovým zavlažováním jednotky studenou vodou nebo systémem spirálových trubek.
• Ochrana před nízkými teplotami během tvrdnutí betonu na kritickou pevnost. Tato opatření jsou nezbytná pro zimní betonování. K zajištění normálních podmínek pro hydrataci cementu se používá: zavedení nemrznoucích přísad, izolace konstrukce tepelně izolačními materiály, vytápění ocelovými dráty, elektrodami, infračervenými paprsky, instalace skleníků s ohřátým vzduchem. Často se kombinuje několik technologických technik.

Jak dlouho trvá vytvrzení betonu v bednění?

Přibližnou dobu, za kterou beton nalitý do bednění dosáhne určité hodnoty pevnosti, lze určit z grafů a tabulek uvedených v regulačních dokumentech.

Tabulka závislosti doby nárůstu pevnosti pro beton třídy B 15-B 22,5 připravený s použitím cementu jakosti M400 a M500 na okolní teplotě

Přesný obraz o nárůstu pevnosti betonové konstrukce lze získat pomocí vzorků, jejichž tuhnutí a tvrdnutí se provádí za stejných podmínek jako u hlavního prvku.