Nenahraditeľný? Bez betónu to nepôjde (1. časť)

Z minulých životov

Egypt 3600 rokov p. n. l., rímsky panteón okolo roku 120 n. l., starorímske kúpele Marca Aurélia a betónový akvadukt, zachované úseky cesty Via Apia, stredoveký poznatok o tvrdnutí sopečného tufu s vápnom pod vodou, odvážna oprava majáka v roku 1756 v Edystone, vynaliezavý záhradník Monier a jeho vystužené kvetináče a nádrže z konca 19. storočia, prvý betónový poschodový bytový dom v USA z roku 1867, začiatok 20. storočia a železobetónový výškový dom – to je len niekoľko zmienok o ceste betónu z minulosti do obdobia, keď sa na nás valil z budovateľských päťročníc. Platí však stále: neberte nám betón! Prečo? Pre jeho pevnosť, tvárnosť, trvanlivosť a pevné miesto aj v najnáročnejších architektonických a stavebných projektoch.

Tri za jedného

Aké tri? Kamenivo, cement a voda. Tri základné zložky, bez ktorých sa betón nenarodí.

Kamenivo s objemovým podielom 75 až 80 percent je kostrou tohto stavebného materiálu. Zrná kameniva určitej veľkosti, čomu odborníci hovoria frakcia, majú hornú medzu najčastejšie 22 mm. Minimálne dve frakcie – to je osvedčená požiadavka na výrobu konštrukčného betónu. Prvý dojem, že štrkopiesok len jednej frakcie je najjednoduchšie riešenie pri výrobe tohto umelého kameňa, platí len do tej miery, aká je pre dané štádium výstavby dovolená. Jednoducho, ak je naprojektovaný betón s pevnostnou triedou najviac C12/15.

Cement to istí, lepí, spája. Ani s takým cementom nie je jednoznačný postup a výber druhu dovtedy, kým projekt neurčí použitie betónu a typ konštrukcie. Na kvalifikovaný výber je niekoľko akostných tried cementu 200, 250, 325, 400, 475.

Označenie zodpovedá desaťnásobku najmenšej predpísanej pevnosti v tlaku v MPa po 28 dňoch tuhnutia. Aby vôbec lepenie „zafungovalo“, musí sa cement spojiť s vodou; vtedy cement tuhne na kameň. Voda neumožňuje len rozmiešavanie a tvarovanie čerstvého betónu, ale súčasne je spúšťačom hydratácie cementu. Ak má voda splniť svoju úlohu, potom stačí jej minimálne množstvo – približne štvrtina z hmotnosti cementu. Samozrejme, podiel vody závisí aj od klimatických podmienok, ktoré majú vplyv na vlhkosť kameniva. Podiel zámesovej vody ovplyvňuje konzistenciu a súdržnosť stavebnej látky. Nie je voda ako voda. Kritériám STN vyhovuje vždy pitná voda, úžitková iba ak neobsahuje neprípustné množstvá solí, organických látok, tukov, olejov, chloridov. Zásadou je, že všeobecne vhodná zložka nemusí byť vhodná pre jednotlivý druh betónu. V dobrej betónovej zmesi sú všetky zložky rovnomerne rozložené a navzájom spojené. V jednom betóne je sila za troch.

Má charakter

Skladbu a pomer zmiešania základných zložiek tohto umelého kameňa „posväcuje“ kvalita a účel konštrukčného prvku, ktorý musí odobriť kvalifikovaný projektant. Na zlepšenie a „pribalenie“ špeciálnych vlastností slúžia prísady a prímesi. Ovplyvňujú spracovateľnosť a čas tuhnutia a aj konečný výsledok staviva: pevnosť, modul pružnosti, odolnosť a vytrvalosť. Treba si uvedomiť, že betón je v konštrukcii domu športovcom na dlhé trate s výraznými silovými predpokladmi, pričom tréningom (výrobným postupom) možno nasmerovať a prispôsobiť možnosti materiálu na požadovaný druh zaťaženia a podmienky, v ktorých bude podávať výkon (umiestnenie, funkcia a prostredie). Tréner, a teda ani výrobca nemôže mať stopercentnú predvídavosť: nič nie je navždy. Bez vlhkosti a zmien teploty, kyslých dažďov a iných výčinov vonkajšieho prostredia by betón vydržal bez ujmy na tele celé stáročia. Vekom sa jeho povahové črty menia. V niečom mu starnutie prospieva najmä v prvých týždňoch: v istom zmysle betón zreje ako víno – zvyšuje svoju pevnosť v tlaku, ktorá však závisí od ošetrovania. Recept: najneskôr do 24 hodín treba začať s polievaním a pokračovať ďalších 7 až 14 dní podľa druhu použitého cementu (PC, SPC).

Lomová krehkosť ako charakteristika betónu sa zdá na prvý pohľad nepochopiteľná, ale stačí si predstaviť kameňolom: aj betón je len kameň, aj keď umelý, a podľa toho sa aj správa. Navyše je náchylný na tvorbu trhlín. Ináč povedané je pevný ako skala: keď sa naň tlačí, odoláva. Prosím, neťahať (pevnosť betónu v ťahu je iba 8 až 10 % hodnoty pevnosti v tlaku). Ak ťahať, tak len betón s oceľou, teda železobetón… skutočne sú záležitosti, v ktorých sa chlap nezaobíde bez ženy.

Betón v posiľňovni

Niekedy to bez nej nepôjde: ona je oceľ a môže byť účinná v podobe železných prútov s dostatočne vysokou pevnosťou v ťahu (železobetón, predpätý betón) alebo ako rozptýlená výstuž (vláknobetón, drôtikový betón určený napríklad na veľké podlahové plochy, ale nikdy nie na štíhle konštrukcie).

A kedy betón bez nej byť nemôže? Vždy vtedy, keď v prierezoch stavebných konštrukcií hrozí ťah pri ohybe, šmyku, prípadne krútení. Výstuž pomôže zvýšiť únosnosť aj pri tlačených prvkoch. Betón však nemôže oceľ zanedbávať: aby im to dlho vydržalo, musí sa mať celý čas pekne okolo nej – je taká chúlostivá na zmeny vonkajšieho prostredia, že nevyhnutne ju musí prekrývať vrstva betónu, ktorá ju chráni pred koróziou. Takto spolu môžu pretrvať v manželskom zväzku, plniť svoju statickú funkciu a v určitých prípadoch si navzájom pomáhať pri dynamických namáhaniach. Oceľ sa niekedy vyparádi kvôli priľnavosti s betónom: upraví si povrch rebierkovou štruktúrou. V prípade potreby nezabúda na kotvenie. Čo sa týka hodnôt teplotnej rozťažnosti, v nijakom prípade nemôže dôjsť k vzájomnému odcudzeniu, lebo rozdiel je taký malý, že pri zmenách teploty nemá vplyv na súdržnosť tohto páru.

Od chvíle spojenia s oceľou si betón už nemôže hovoriť, že je prostý. Oba materiály nesú spoločné meno: železobetón alebo predpätý betón. Nevýhodou takto potúženého betónu je jeho vysoká hmotnosť. V živote domu naozaj zaváži z každej stránky nezávisle od toho, či sa zrodil ako monolit odliaty do debnenia, alebo vo forme montovaných konštrukcií z prefabrikátov.

Ako sa dajú dokopy? Pri vytváraní stavebnej konštrukcie alebo jej časti začerstva. To znamená, že až tvrdnutím betónu dochádza k požadovanému spojeniu železných vložiek s betónom. Vzájomným statickým spolupôsobením celok odoláva účinkom vonkajších síl.

Betón sám alebo vo zväzku s oceľou to nemá vôbec jednoduché. Na to, aby mohol zastať svoje miesto v stavebnej konštrukcii, musí spĺňať viac požiadaviek na výrobu a kontrolu ako iní uchádzači z radu zaužívaných stavebných materiálov. Záväznosť požiadavky na dodržanie kvality vyplýva betónu aj z legislatívnej úpravy, ktorá ho zaradila do tzv. regulovanej oblasti s povinnosťou výrobkovej certifikácie (§ 5 zákona č. 22/97 Zb.).

Triedny priateľ:

Betón má rád triedenie a klasifikovanie na všetky spôsoby. Nie je to však samoúčelné. Na prospech navrhovania a realizácie betónových konštrukcií múdre hlavy vytvorili skupiny, triedy, druhy (STN EN 206 – 1) podľa:

• stupňa vplyvu prostredia (chemické a fyzikálne vplyvy),

• objemovej hmotnosti (od 2 000 kg/m³ do 2 600 kg/m³ – obyčajný betón,

• pevnosti v tlaku – pevnostné triedy (pre ľahký betón od LC 8/9 do LC 80/88 a pre obyčajný a ťažký od C 8/10 do C 100/115, pričom prvý údaj pred zlomkovou čiarou hovorí o minimálnej valcovej pevnosti v N/mm² (MPa) a druhý o kockovej pevnosti: zisťuje sa po 28 dňoch),

• spracovateľnosti podľa ľahkosti rozlievania čerstvého betónu,

• technológie výroby: vyrobený priamo na stavenisku alebo dovezený z výrobne,

• vystuženia: prostý, železobetón, predpätý betón, vláknobetón (vlákna rôznych materiálov),

• účelu: konštrukčný, výplňový.

Vstup na stavbu len na legitku

alebo preukázanie zhody betónu (sa zakladá na predpísanom zložení) v rozsahu požiadaviek STN (špecifikácia): áno, aj betón sa musí preukázať, či je spôsobilý – ako typový (údaje o pevnostnej triede, stupni vplyvu prostredia, horná frakcia kameniva, obsah chloridov, stupeň konzistencie, teda súdržnosti v čase ukladania betónu, ľahký betón to nemá vôbec ľahké, lebo musí udať aj svoju triedu objemovej hmotnosti) alebo s predpísaným zložením (obsah, druh a trieda cementu, súdržnosť, množstvo a druh prísad, maximálny obsah chloridov, maximálna hrúbka kameniva, pôvod zložiek betónu…) na základe preukázaných skúšok alebo informácií z dlhodobých skúseností s porovnateľným betónom.

Ak sú betóny niečím zvláštne, tak sa im to tiež pripíše: napríklad odolnosťou proti účinkom mrazu (obsah vzduchu), rýchlejším nárastom pevnosti, nižším vývinom tepla počas hydratácie, pevnosťou v priečnom ťahu.

Najčastejšie sa návrh zloženia betónu opiera o triedu pevnosti v tlaku pri požadovanej spracovateľnosti čerstvého betónu, pričom rozhodujúcou hodnotou je vodný súčiniteľ (w/c), ktorý hovorí o koncentrácii, teda o pomere vody a cementu v cementovom tmeli. Čím nižšia je jeho hodnota, tým vyššia je pevnosť betónu.

Návrh betónu cez špecifikáciu je súhrnom všetkých požiadaviek na vlastnosti, zloženie čerstvého a zatvrdnutého betónu, je neoddeliteľnou súčasťou projektu stavby, medziiným obsahuje spôsob použitia, podmienky na ošetrovanie, rozmery konštrukcie…

Povolené podporné prostriedky

Špeciálne prísady a prímesi sú doplnkové zložky, ktoré sa môžu pridať do betónu počas miešania, aby nadobudol onakvejšie vlastnosti.

Pre prísady platí: neprekračovať maximálne povolené dávky. Pri kombinovaní viacerých prísad je nevyhnutné preukázať ich vzájomnú znášanlivosť – priveľa a všeličoho škodí, tak teda pozor aj na prísady na báze chloridov: nepatria do železobetónu.

K najčastejším kvapalným alebo práškovým chemickým látkam, ktoré upravujú vlastnosti betónu, sa radia:

Plastifikátory redukujú vodu – úspora vody závisí od použitého druhu prísady a môže dosiahnuť aj desiatky percent pri zachovaní rovnakej spracovateľnosti betónu. Prináša to nižšiu pórovitosť betónu a tým jeho vyššiu pevnosť a trvanlivosť. V tomto prípade ide skôr o dôsledky použitia väčšieho množstva vody, ako je nevyhnutné na ľahké spracovanie betónu a pre masívne betóny. Prináša to aj menšiu náchylnosť na zmrašťovanie, ktoré spôsobuje vznik neželaných trhlín v betóne. Transportbetón môže dostať svoju dávku superplastifikátorov aj priamo na stavbe. Pomocou superplastifikátorov a optimálnym zložením betónu možno dosiahnuť také vlastnosti betónovej zmesi, že nie je vôbec potrebné zhutňovať a pritom náš umelý kameň dosiahne vysokú pevnosť.

Prevzdušňujúce – v betóne vznikajú malé od seba oddelené vzduchové bublinky, ktoré zostanú v betóne po jeho zatvrdnutí, znižujú však pevnosť o približne 5 % na každé percento prevzdušnenia, výsledkom je materiál odolný proti účinkom striedavého zmrazovania a rozmrazovania betónu, obsah vzduchu v čerstvom betóne môže byť maximálne do 6,5 %.

Stabilizačné – zadržiavajú vodu: strážia, aby sa neodmiešala chemicky neviazaná voda z cementového tmelu (aby betón „nekrvácal“), zlepšuje súdržnosť betónu s oceľou a akosť povrchu konštrukcie.

Spomaľujúce tuhnutie a tvrdnutie – majú vplyv na čas, za ktorý čerstvý betón stvrdne, význam pri doprave na väčšie vzdialenosti, na obmedzenie počtu pracovných škár a vzniku trhliniek …

… alebo urýchľujúce – o 1 až 3 hodiny skôr, na dosiahnutie vysokých počiatočných pevností, napr. v zime, keď potrebujeme chrániť betón proti účinkom mrazu.

Odpudzujúce vodu… – zníženie nasiakavosti

Protikorózne – ochrana výstuže
Biocídne – protiplesňové, baktérie, plesne, lišajníky…
Adhézne – zlepšenie priľnutia k podkladu,
Na zimné betonáže – aj v mraze sa dá betónovať.

Prímesi: popolček, jemne mletá vysokopecná troska, kremičitý úlet (odpad z hút – silika), farbivá do betónu – sú jemne práškovité látky, ovplyvňujú vlastnosti, dávkujú sa vo väčších množstvách ako prísady: viac ako 2 % dávky cementu a započítavajú sa do objemovej skladby betónu, cieľom je napríklad zlepšenie zrnitosti kamennej kostry betónu (aby bolo v tejto kostre čo najmenej pórov), lepšie zhutnenie, zlepšenie prídržnosti k podkladu, odolnosti proti vplyvom prostredia, súdržnosti čerstvého betónu, čiastočne zvýšenie pevnosti, trvanlivosti. Pre niektorých stavebníkov sa takto dajú namiešať farebné odtiene (zámková dlažba) alebo vybieliť betón bielym cementom.

Čo by ešte nechcel

Spracovať. Ak betón poriadne nespracujete, neposlúži. Čerstvý mäkký, nie tekutý betón je výsledkom zmiešania presne nadávkovaných zložiek za minimálny čas. Začerstva sa ukladá do debnenia, foriem po vrstvách s hrúbkou 30 až 40 cm a čaká na zhutnenie alebo skôr odvzdušnenie. Čím menej pórov zostane v betóne, tým lepšie. Za úspech receptu (výrobného predpisu) môže ručiť dobrý kuchár – betonár iba v prípade, že má potraviny čerstvé a dobre uskladnené. Oddelené skladovanie zložiek betónu (napríklad kameniva podľa veľkosti zŕn a bez prímesí hliny, cementu v silách a nie starší ako tri mesiace, čistej vody bez neprípustných organických látok, tukov, olejov a chloridov) je bežnou záležitosťou v betonárňach, ktoré sú už dnes väčšinou v dosahu najviac 35 km od staveniska.

Čas prepravy nesmie presiahnuť 90 minút. Moderné a spoľahlivé je teda doviezť si betón priamo na stavbu. V takom prípade si betón nárokuje nielen na vyberané meno „transportbetón“, ale aj na vyberané spôsoby pri doprave. Vozí sa zásadne v autodomiešavačoch s objemom otáčavého bubna od 4 do 12 m³ pri mäkšej konzistencii, pri navlhnutej vo vaňových prepravníkoch. Na mieste určenia možno pridať nanajvýš plastifikačné prísady. Čerpadlom (umiestneným priamo na autodomiešavači alebo na samostatnom podvozku) sa pred začiatkom betonáže najprv prečerpá mazacia zmes (cement a voda v pomere 1 : 1), ktorá na potrubí vytvorí film, ale táto zmes sa nesmie dostať do debnenia. Čerstvý betón voľne padá z výšky 0,5 m do požadovaného miesta uloženia. Hrubú stavbu treba nechať prezimovať. Sadanie stavby je najvýraznejšie po zime. Záver Celé stáročia žijú ľudia v schizofrénii zo striedania pocitu nadradenosti nad prírodou a hlbokou pokorou k nej samej. Celé kontinenty sú posiate kameňom. Tak prečo vôbec napodobňovať výtvor matky Zeme. Asi pre vlastnú cestu k nej samej, pre rýchlosť, pohodlie a potrebu dať veciam nový tvar. Skaly z vyhne geologických a klimatických premien dávajú stavebné technológie opäť do pohybu, až kým nedozrejú do skeletov nových ľudských obydlí.