Jak se dosahuje pevnosti betonu?

Pevnost betonu je jednou z nejdůležitějších vlastností tohoto stavebního materiálu. Beton nejlépe odolává tlakovým silám. Proto se návrh provádí tak, aby na konstrukci působily především tlakové síly. Pokud bude konstrukce vystavena tahovým a ohybovým silám, pak se při výpočtu návrhu berou v úvahu pevnost v tahu a prodloužení v ohybu.

Pevnostní charakteristiky betonu

Pevnost betonu v tlaku je charakterizována jeho třídou nebo pevnostní třídou, která je ve standardním provedení stanovena na stáří 28 dní. V závislosti na provozních vlastnostech stavební konstrukce lze individuálně nastavit okamžik stanovení pevnosti materiálu v tlaku. Může to být 3,7, 60, 90, 180 dní.

Definice! Třída pevnosti charakterizuje zaručenou pevnost stavebního materiálu, vyjádřenou v MPa, s pravděpodobností 95 %. Třída je normovaná hodnota průměrné pevnosti betonu. Jednotka měření – kgf/cm2.

Při návrhu stavební konstrukce se používá pojem pevnostní třídy a pouze ve zvláštních případech – třída.

Tabulka závislostí mezi třídami a třídami betonu

Technologické faktory ovlivňující pevnost betonu

Pevnost betonu závisí na řadě faktorů, včetně:

• Cementová činnost. Mezi pevnostními charakteristikami betonového výrobku a aktivitou pojiva existuje lineární vztah. Čím vyšší aktivita, tím lepší ukazatele síly.
• Množství pojiva. Zvýšení obsahu pojiva má pozitivní vliv na pevnostní charakteristiky pouze do určitého procenta. Nad tím se mírně zvyšují pevnostní ukazatele, zatímco ostatní technické parametry se zhoršují – smršťování a tečení.
• Poměr vody a cementu. Optimální hodnotu určuje požadovaný stupeň zpracovatelnosti. Typicky směs obsahuje 40-70 % vody. Překročení optimálního množství tekutiny iniciuje tvorbu pórů, které snižují pevnost finálního produktu.
• Granulometrické a mineralogické složení kameniva. Pevnost betonového výrobku je negativně ovlivněna: neoptimálním složením jemného a hrubého kameniva, přítomností prachových a jílových částic v nich.
• Kvalita vody. Voda použitá k namíchání směsi je odebírána z pitné vody nebo laboratorně testována na přítomnost nečistot, které negativně ovlivňují kvalitu finálního produktu.
• Vibrace betonové směsi při pokládce. Při vibracích vychází ze směsi přebytečný vzduch a tím se snižují pevnostní charakteristiky. Nadměrné vibrace však vedou k oddělení směsi.
• Udržování optimálních podmínek vytvrzování.

Metody stanovení pevnosti

GOST 10180-2012 upravuje pravidla pro přípravu vzorků a provádění zkoušek pevnosti v tlaku v laboratorních podmínkách

V souladu s normou mohou být vzorky:

• kostka s délkou hrany 100, 150, 200, 250, 300 mm;
• válec s průměrem základny 100, 150, 200, 250, 300 mm, výška není menší než průměr základny.

Vzorky se připravují za dodržení podmínek odpovídajících skutečným podmínkám tuhnutí směsi. K vytvrzení produktu může dojít za normálních podmínek nebo za použití tepelného zpracování. Zkoušky se provádějí na zkušebním lisu. Vzorek je zatěžován stabilní rychlostí nárůstu síly, dokud nedojde k jeho poruše.

Existují nedestruktivní metody pro sledování pevnosti betonu, které vám umožňují řídit tento parametr v hotové konstrukci:

• Mechanické. Tyto testovací technologie jsou založeny na údajích přístroje. Hlavními metodami jsou elastický odskok, rázový impuls, trhání, vyštipování, odtržení s vyštípnutím.
• Ultrazvukový. Základem této metody je závislost rychlosti průchodu ultrazvukových vln materiálem na jeho pevnostních charakteristikách. Technologie je žádaná pro stanovení pevnostních charakteristik dlouhých stavebních konstrukcí – příčníky, sloupy, nosníky.

Oblasti použití betonu různých pevnostních tříd

• B7,5. Takové betony obsahují malé množství pojiva a patří do kategorie „štíhlé“. Používají se především při přípravných stavebních pracích. S jejich pomocí se vyrobí betonové patky, na které se postaví železobetonový základ. Takováto přípravná betonová vrstva zabraňuje úniku cementového mléka ze základové betonové směsi do země.
• B10-B12,5. Takové materiály mají také nízkou pevnost. Používají se pro zhotovení podbetonové vrstvy, tenkovrstvých potěrů a základů lehkých stavebních konstrukcí.
• B15-B20. Betonové směsi těchto pevnostních tříd jsou žádané v nízkopodlažní individuální výstavbě při výstavbě drobných staveb, pro montáž vnitřních příček a schodišť.
• B22,5. Široce žádaný v nízkopodlažní bytové a průmyslové výstavbě, při výrobě železobetonových výrobků.
• B25-B22,7. Používají se při výstavbě vysoce zatížených stavebních konstrukcí – nosné nosníky, desky, sloupy ve vícepodlažních budovách.
• B30 a vyšší. Takové betony, které mají vysokou pevnost, se používají v průmyslové výstavbě a pro stavbu objektů vysokého nebezpečí a odpovědnosti. Díky vysoké přilnavosti se používají s přísadami, které regulují rychlost tvrdnutí směsi.

Oblíbené značky

Autor: Andrey Vasiliev

• Stavitel s 20letou praxí
• Expert na rostlinu „Mladý Udarnik“

V roce 1998 absolvoval St. Petersburg State Polytechnic University, studoval na katedře stavebního inženýrství a aplikované ekologie.

Podílí se na vývoji a realizaci opatření k zamezení uvolňování nekvalitních výrobků.

Vypracovává návrhy na zlepšení výroby betonu a malt.

Při stavbě betonových konstrukcí byste měli pochopit, na čem závisí pevnost betonu. Pevnostní parametry materiálu lze posuzovat různými způsoby – od laboratorních zkoušek až po nedestruktivní zkušební metody přímo na stavbě. Na základě těchto studií se určí třída a třída betonu, které mají rozhodující význam při jeho použití v určitých stavebních pracích. Pokud víte, co ovlivňuje pevnostní charakteristiky, můžete správně připravit betonovou směs a postavit objekt, který bude dobře sloužit po mnoho desetiletí.

Dělení betonu podle síly

Než zjistíme, na kterých faktorech závisí pevnost betonu, zvažte klasifikaci materiálu podle tohoto ukazatele. Všechna řešení jsou rozdělena do tříd a značek, které si mohou přibližně odpovídat. Třída je označena písmenem B a udává krychlovou pevnost v MPa. Značka pod písmenem M umožňuje určit meze pevnosti v tlaku v kgf/cm². Poměr nejběžnějších značek a tříd je vidět níže.

Metody stanovení pevnosti

Abychom pochopili, jak pevnost betonu závisí na čase, aplikovaném zatížení a dalších faktorech, používají se laboratorní testy. K tomu je vyroben prototyp ve formě krychle o straně 150 cm a podroben různým destruktivním metodám. Zejména:

• lisování kulovým kladivem a ražení;
• trhání a štípání vytažením předem nainstalované kovové tyče z kostky;
• elastický odskok pomocí Schmidtova kladiva.

V posledních letech se k monitorování aktivně využívá ultrazvukové testování. Jeho podstatou je měření doby, za kterou se akustické vlny rozšíří. Následně jsou získané údaje porovnány s elasticitou a hustotou materiálu.

Faktory určující pevnost betonu

Betonová směs je na bázi cementu, vody a plniv. S ohledem na tyto přísady závisí pevnost betonu na následujících faktorech:

• aktivita cementového prášku;
• poměr složek roztoku;
• druh použitého plniva;
• způsoby míchání roztoku;
• přítomnost výztuže;
• ekologické předpoklady.

cementárenská činnost

Jedním ze zásadních faktorů je aktivita cementu, která je chápána jako mezní pevnost v tlaku 28 dní starého vzorku cementu. Parametr může kolísat v závislosti na následujících typech faktorů:

• chemické složení (cement obsahující nehašené vápno je aktivnější);
• čerstvost (při použití cementu, který byl skladován 3 měsíce ve vlhkých podmínkách, je pevnost hotového denního vzorku snížena o více než 60 %);
• přítomnost nečistot;
• jemnost mletí (čím jemnější frakce, tím rychleji se zvyšují pevnostní charakteristiky).

Poměr cementu a vody

Při zvažování toho, co ovlivňuje pevnost betonu, je třeba poznamenat ještě jeden důležitý faktor – množství vody a cementu použitého k přípravě roztoku. Čím tekutější, tím je směs pohyblivější. Po přidání vody se roztok stává plastičtějším a je položen bez vytváření dutin, ale jeho pevnostní parametry se snižují.

Typ výplně

Plnivy mohou být materiály malých a velkých frakcí. Patří sem písek, štěrk, drť atd. Pevnostní parametry lze ovlivnit jak tvarem nebo čistotou plniv, tak i jejich zrnitostním složením. Pokud jsou zrna hrubá a nepravidelného tvaru, lépe přilnou k ostatním složkám kompozice a zvýší pevnost materiálu.

Metody hnětení

Konečná pevnost betonu závisí na způsobu a kvalitě jeho míchání. Směs se připravuje vibrační aktivací nebo mokrou aktivací. V prvním případě se všechny složky smíchají najednou, ve druhém se při míchání směsi přidává písek. Je důležité dobře promíchat všechny přísady, protože při nedostatečném promíchání budou pevnostní parametry nižší.

Vnější podmínky

Optimální teplota pro vytvrzení roztoku je +15. +20℃, vhodná relativní vlhkost je od 90 do 100%. Při pokládce směsi za takových podmínek se pevnostní parametry konstrukce zvyšují spolu s dobou tuhnutí. Ukazatel nabývá nejvyšších hodnot 28 dní po povodni.

Pevnost betonu navíc závisí na množství dusíku použitého k chlazení směsi. Kapalný dusík se obvykle používá pro velké objemy staveb (například při výstavbě tunelů, mostů, nadjezdů). Potřeba jeho použití je způsobena skutečností, že teplota takových konstrukcí se uvnitř a venku liší, takže betonový roztok může nerovnoměrně tvrdnout.

Vzhledem k tomu, že cement je vodou tvrdnoucí pojivo, je po nalití směsi nutné zajistit podmínky pro jeho vytvrzení. Dokud beton nedosáhne kritické pevnosti, musí být udržován při vysoké vlhkosti, jinak výsledná struktura nebude tak pevná, jak by měla být.

Výztuž

Betonové konstrukce, které jsou vyztuženy kovovou výztuží, jsou pevnější a odolnější. Alternativně můžete použít objemovou výztuž, prováděnou přidáním různých typů vláken (například polypropylenu). Díky jeho použití se výrazně zvyšuje pevnost materiálu, protože se při tuhnutí méně smršťuje.

Kromě výše uvedených faktorů závisí pevnost betonu na jeho hustotě, která může ovlivnit i další kvality stavebního materiálu (voděodolnost, mrazuvzdornost). Pevnostní parametry jsou také ovlivněny stářím, pořadím ukládání (kontinuální nebo přerušované) a používáním vibrátorů. Pokud vezmete v úvahu tyto body, můžete vytvořit spolehlivou a odolnou stavební konstrukci, která si zachová své vlastnosti po dlouhou dobu.

Viktor Filoncev

Vzdělání:
NRU MSGU, Katedra pojiva a technologie betonu, 2003.

Pracovní zkušenosti:
12 let v oboru výroby betonu.

Současná aktivita:
nezávislé poradenství v oblasti stavebnictví.