Pevnost betonu

Beton je v současnosti nejrozšířenější stavební materiál. Pro laika je beton pouze směs cementu, písku, kameniva a vody, která se vyznačuje značnou pevností.

Pro odborníka je beton složitou soustavou různých druhů cementu, kalibrovaného kameniva přesně určené frakce, přesně dávkovaného množství vody a řady pomocných látek. Pevnost betonu se může vhodným složením a technologií zpracování betonové směsi ovlivňovat.

Pevnost v tlaku

Pevnost betonu v tlaku je nejcennější vlastnost, pro kterou beton ve stavebnictví používáme. Pevnost betonu v tlaku se nejčastěji stanovuje destruktivní metodou ve zkušebním lisu na betonové krychli přesně stanovených rozměrů (nejčastěji 150 mm). Takto zjištěná hodnota se nazývá krychelná pevnost betonu. Krychelná pevnost může nabývat hodnot až 20 MPa u podomácku, od oka míchaných betonů a hodnot až 43 MPa u betonu z betonárky.

Pevnost betonu v tahu je přibližně 25 krát nižší, než jeho pevnost v tlaku.

Jak se zvyšuje pevnost betonu

Zvyšování pevnosti betonu na hodnoty přesahující 43 MPa se dosahuje několika metodami. Prvním způsobem je snížení množství vody v betonu, druhým způsobem je změna mikrokrystalické struktury betonu.

Vodní součinitel, plastifikátory

Vodní součinitel je hodnota, která určuje poměr hmotnosti účinného obsahu vody k hmotnosti cementu v čerstvém betonu.

Pro úplné proběhnutí hydratační reakce, která zaručuje dokonale pevný beton, postačuje, aby hodnota vodního součinitele byla 0,3. (Na 100 kg cementu 30kg vody). Bohužel takto namíchaný beton se prakticky nedá zpracovat. Běžně se proto vodní součinitel udržoval na hodnotě 0,6, takto připravený beton je dobře tekutý a snadno zpracovatelný. Nadbytečné množství vody se však nepodílí na hydratační reakci. Během tuhnutí betonu se tato voda odpařuje a tím vznikají kapiláry, které snižují pevnost betonu.

Pro snížení obsahu vody v betonu při zachování dobré zpracovatelnosti se používají plastifikátory. Plastifikátory betonu jsou organické chemické sloučeniny, které různým způsobem zlepšují smáčivost složek betonové směsi a umožňují vyrobit dobře zpracovatelný beton s použitím minimálního množství vody.

Použitím vhodných plastifikátorů se podařilo udržovat vodní součinitel na hodnotě 0,3 a vyrábět betony s pevností mezi 60 až 80 MPa.

Změna mikrostruktury betonu

Pro další zvyšování pevnosti betonu se používají mikrofiltry. Úkolem mikrofiltrů je vyplnit mezery mezi zrny cementu.

Jako první mikrofiltr se osvědčily křemičité úlety. Křemičitý úlet je amorfní oxid křemičitý, který vzniká jako odpadní produkt při řadě metalurgických procesu. Jedná se o látku, která se vyznačuje velmi velkým aktivním povrchem ((až 30 000 m²/kg). Křemičitý úlet je tvořen dokonale kulatými částicemi, které mají průměr přibližně 100 krát menší, než je charakteristický rozměr zrna cementu a dokonale vyplní všechny volné mezery mezi zrny.

Použitím křemičitého úletu se podařilo vyrobit betony s pevností přes 130 MPa. Křemičitý úlet se v průmyslu betonu nejčastěji používá pod názvem mikrosilika. V současné době bývá mikrosilika často nahrazována mikrofiltry na bázi metakaolinu.

Další zvyšování pevnosti

Pro další zvyšování pevnosti betonu se používají zejména metody zmenšování zrna kameniva (žula, diabas, tavený bauxit) a speciální postupy proteplování tuhnoucí betonové směsi.

Těmito postupy se podařilo připravit ultrapevnostní betony, u kterých přesahuje pevnost v tlaku hodnotu 250 MPa. Pro tyty betony se používá označení DSP betony (Densified systems with Small Particles).

V současnosti nejpevnějšími betony jsou RPC betony (Reactive Powder Concrete), u kterých se použitím kombinace superplastifikátorů, kameniva o zrnitosti 0,06 mm, ocelových vláken a řízeného teplotního režimu tuhnutí betonu, dosáhlo pevnosti v tlaku 800 MPa.