Jak beton tvrdne?
Pro přípravu betonu se cementové pojivo smíchá s kamenivem a přidá se voda. Tím se nejprve vytvoří čerstvý beton, který zůstává měkký a poddajný pro uložení. Vytvrzení trvá asi 24 hodin, tato doba se také nazývá doba tuhnutí. Mezitím dochází k něčemu, čemu se říká hydratace: cementové lepidlo se promění v cementový kámen. Co se ale během tohoto procesu v betonu vlastně děje?
Vlhká hustá konzistence čerstvého betonu má obrovskou výhodu. Jen díky tomu dosahuje stavební materiál své jedinečné pružnosti, která umožňuje stavby výjimečných a složitých tvarů. Dlouhá doba, po kterou lze zpracovat čerstvě uložený beton, je způsobena tím, že vytvrzování je relativně pomalý chemický proces.
Hydratace cementu a vody
V tomto případě má rozhodující význam reakce mezi cementem a záměsovou vodou. Tomu se říká hydratace, protože voda je v podstatě vázána chemicky. Proto je přísně vzato nesprávné říkat, že beton vysychá. K tomu by došlo v případě, že by voda použitá k přípravě směsi byla uvolněna do životního prostředí. Beton však tvrdne kvůli přítomnosti vody, ne proto, že se voda odpařuje. Molekuly H2O překvapivě reagují s cementem za vzniku pevných částic. Cement se vyrábí převážně ze surovin vápence a jílu. Obvykle se přidává křemenný písek a železná ruda. Suroviny se drtí a vypalují při teplotách od 1400 do 1500°C. V důsledku toho se tvoří tvrdé, vypálené a velmi husté kuličky. Tyto tzv. cementové slínky se smíchají s přísadami jako je hutní písek, popílek, vápenec a sádrovec a následně se to celé znovu mele. Cement je připraven.
Co přesně se stane, když smícháte cement s vodou a kamennou drtí?
Kamenné přísady obsažené v betonu zůstávají nezměněny a nehrají žádnou roli v chemické reakci. Směs cementu a vody, která je obklopuje – tzv. cementové lepidlo – však mění konzistenci a mění se v tvrdý cementový kámen. Skutečnost, že se v praxi do betonových směsí obvykle přidávají přísady a přísady k dosažení určitých požadovaných vlastností, nemá na základní princip ošetřování betonu žádný vliv. Brzy si můžete přečíst samostatný příspěvek na toto téma o vyšetření v této fázi.
Tvorba krystalů CSH
Při kontaktu cementu s vodou dochází téměř okamžitě k takzvané hydrolýze. Voda v tomto případě reaguje s povrchem cementových slínků, což vede k prvotnímu vytvrzení cementového lepidla. Ale poté se spontánní reakce zpočátku zastaví. Nejdříve hodinu po přidání vody se povrchy slínku otevřou a začne vlastní proces tuhnutí cementového lepidla. Touto hydratací jsou vodou vyplněné prostory mezi pevnými částicemi cementu postupně nahrazeny hydratačními sloučeninami. Jedná se o krystalické pevné látky, ve kterých je chemicky vázána voda. V závislosti na typu použitého cementu se vytvoří různé krystaly hydrátu. V portlandském cementu, který obsahuje hodně křemičitanů vápenatých, se jedná především o hydráty křemičitanu vápenatého (CSH). Zpočátku jsou tyto krystaly stále velmi malé a teprve asi po čtyřech hodinách se tvoří větší sloučeniny CSH, které jsou stále schopnější překlenout mezery mezi částicemi cementu. Vznikají tak dlouhovláknité, jehlovité struktury. Tento tvar hraje velkou roli ve vysoké pevnosti cementové cihly, která následně ztvrdne, a tedy betonuje. Zdá se, že krystalické jehličky k sobě „přilnou“.
Dlouhodobá reakce
Cementy s vysokou pevností jsou podstatně vytvrzeny přibližně za 24 hodin. To však neznamená, že beton plně získá veškerou svou sílu. Jde spíše o zdlouhavý proces, který v závislosti na složení cementu může trvat čtyři týdny až několik měsíců. Tento proces konečného tuhnutí je také známý jako třetí fáze hydratace – po tuhnutí a vytvrzení. Mimochodem, pro získání vysoce kvalitního betonu je velmi důležité, aby kvantitativní poměr vody a cementu byl správný. Teprve potom je možná optimální reakce tuhnutí, při které je většina kalící vody chemicky vázána. V tomto ohledu je třeba dbát na poměr voda-cement, což znamená poměr mezi hmotností vody pro míchání směsi a hmotností cementu. Mělo by být mezi 0,3 a 0,6. Z nuly před desetinnou čárkou můžeme usoudit, že „dobrá“ betonová směs bude obsahovat více cementu než vody.