Jak zajistit, aby beton byl kvalitní a pevný? Má to několik zásadních premis. Jednou z hlavních je příprava, aby nedocházelo k smršťování betonu. Smršťování má několik příčin. První je, když objem složek před hydratací, tedy cement a voda mají vetší objem, než má pak výsledný vyzrálý beton. Tomuto smršťování se říká chemické nebo také autogenní.
První část textu objasňuje, že chemické smrštění vzniká během hydratace cementu a vody, kdy hydratační produkty mají objem menší než vstupující suroviny, což vede k objemovým změnám. Doplňující vysvětlení zní, že autogenní smrštění je v podstatě změna objemu způsobená samotnou spotřebou vody při hydrataci a změna vnějších rozměrů prvku je potom nazývána autogenní smrštění. Dále se popisuje, že plastické smršťování nastává při špatném vysychání, kdy voda uniká z betonu příliš rychle, tvoří kapiláry a urychluje vysychání. Zvláštností je uvedení, že u velmi vysokohodnotných betonů se voda uvnitř spotřebovává při hydrataci a výsledný objem může být menší než objem původních složek.
Hlavní způsoby a zásady předcházení smršťování
Jak tomu předejít? U chemického smršťování se musí upravit dávka vody nebo se musí zvětšit frakce kameniva, protože kamenivo svůj objem nezmenšuje, upravuje se tak poměr mezi jednotlivými částmi. Plastické smršťování se upravuje snížením podílu vody (když je ve směsi méně vody, méně se jí také odpaří do okolí) a hlavně omezením vysychání. To znamená okamžité zakrytí betonu fólií, která sníží odpar. Možné je také přidat expanzivní přísadu, která s postupem času naopak nabývá na objemu.
Beton se musí kropit, aby nedocházelo k rychlému vysychání Samozřejmostí je pak kropení betonu. Ovšem tak, aby nedocházelo k vyplavování. Jako vždy je ovšem nejúčinnější posunout betonáž do doby, kdy jsou podmínky nejlepší, tedy nemrzne, nesvítí příliš slunce apod. Cílem článku je poukázat na závažnost problematiky smršťování betonu.
Rozdělení a dynamika vlivů na smršťování
Pojem smršťování betonu se obvykle používá ve spojitosti s vlhkostními objemovými změnami, případně s objemovými změnami hydratačními. Vlhkostní objemové změny - nabývání při dotaci vlhkosti, respektive smršťování při vysychání - se rozdělují podle doby, kdy je beton vystaven změně vlhkosti. V případě vyzrálého betonu jsou vlhkostní objemové změny vratné a velmi malé. V naprosté většině případů (na rozdíl například od dřeva) nepředstavují pro konstrukci žádné riziko. Zcela opačná však je situace v případě zrání betonu, protože v tomto případě se jedná o objemovou změnu nevratnou a současně relativně velkou.
U obvyklých betonových směsí se při standardních podmínkách (v tzv. normálním laboratorním prostředí) smršťování pohybuje na úrovni přibližně 0,7 mm/m. V případě jemnozrnných nebo nevhodně složených směsí však nejsou zcela výjimečné ani hodnoty okolo 2,5 mm/m. Hydratační objemové změny jsou vyvolány chemickou reakcí cementu s vodou, protože hydratační produkty v systému portlandský cement a voda mají objem významně menší, než je objem nezhydratovaného portlandského cementu a vody vstupující do reakce. Toto tzv. chemické smrštění dosahuje značných hodnot. Uvádí se, že pro úplnou hydrataci 1 kg portlandského cementu je potřeba zhruba 250 g vody. Výsledný hydratační produkt pak je menší o přibližně 60 ml (tj. přibližně o krychli o hraně 40 mm).
Autogenní smrštění a vliv vodního součinitele
Změna vnějších rozměrů prvku, způsobená chemickým smrštěním, se nazývá autogenní smrštění. Přímý vztah mezi velikostí chemického smrštění a velikostí autogenního smrštění bohužel neexistuje a je závislý na konkrétním typu cementu a na složení betonové směsi (například vodním součiniteli). Autogenní smrštění může být významné zejména u betonů s velmi nízkým vodním součinitelem, které vykazují relativně malé smrštění v důsledku ztráty vlhkosti. Například pro vysokopevnostní beton s vodním součinitelem nižším než 0,3 se uvádí autogenní smrštění na úrovni přibližně 0,2 až 0,4 mm/m.
Ve vztahu k podlahovým konstrukcím a cementovým potěrům se smršťování považuje za jedno z hlavních rizik vzniku poruch během zrání. Typickými projevy jsou trhliny a curlingu, tedy zkroucení desek, kdy se nadzdvihnou rohy a hrany smršťovacích polí.
Normativní pohled na smršťování a praktická doporučení
Eurokód 2 uvádí normu pro navrhování betonových konstrukcí. V ní se uvádí, že smršťování betonu závisí na okolní vlhkosti, na rozměrech prvku a na složení betonu. Celkové smrštění betonu počítá jako součet smršťování od vysychání a smršťování autogenního. Pro betony vyrobené z cementu třídy N jsou velikosti smrštění od vysychání tabelovány a podle potřeb lze získat hodnoty z pevnostní třídy a relativní vlhkosti prostředí. Variantně lze smrštění od vysychání spočítat i s vlivem třídy cementu S, N nebo R. U betonu C20/25 z cementu třídy N jsou uvedeny tabelované hodnoty od 0,62 ‰ při 20% relativní vlhkosti vzduchu až po 0 při 100% vlhkosti; autogenní smrštění stejného betonu pak 0,025 ‰. Celkové smrštění při 20% vlhkosti tedy činí 0,645 ‰ (0,645 mm/m).
Stávající normová úprava klade hlavní odpovědnost za opatření bránící vzniku poruch způsobených smršťováním betonu na projektanty. ČSN EN 206-1 požaduje, aby specifikátor betonu doplnil doplňující požadavek na velikost smrštění v specifikaci typového betonu. Pro podlahy by měl být tento parametr vždy zahrnut. Kromě toho norma vyžaduje definovat rozmístění smršťovacích spár a jejich úpravy, zejména pro průmyslové podlahy, kde maximální vzdálenost spár má být 30 násobek tloušťky desky, maximálně 6 m. Cementové potěry v občanské a bytové výstavbě nemají v normě takto konkrétní doporučení. Z uvedeného vyplývá, že projektant je zodpovědný za rozmístění spár a za zajištění opatření proti vzniku poruch, zatímco samotná cementová norma EN 197-1 nestanoví smršťování jako cementový parametr a výrobci cementu tedy nemají garantovat míru smršťování jednotlivých dodávek.
Praktické řízení a realizace v podlahách
Úkolem dodavatele betonové směsi je vyrobit specifikovaný beton s ohledem na variabilitu materiálů, včetně kameniva, přísad a cementu. Zmíněná norma EN 197-1 tedy neřeší smršťování cementu mezi parametry a tedy nepožaduje garanty míry smršťování u jednotlivých typů cementů. Prováděcí firma musí správně uložit beton, včas nařezat smršťovací spáry a ošetřovat tak, aby v počáteční fázi zrání nevznikly trhliny od plastického smršťování. Současně výrobci betonu často nemají srovnatelné informace o smršťování použitých cementů a nemají k dispozici jednotné hodnoty pro všestranné použití.
Ukázky z praxe a vědecké poznatky zdůrazňují, že trhliny a dotvarování významně ovlivňují deformace a celkové chování konstrukce. Důsledná analýza a zohlednění vlivů smršťování, trhlin a dotvarování vede ke značnému nárůstu přesnosti predikcí a k lepší spolehlivosti podlahových konstrukcí. Průhyby, jejichž hodnoty mohou výrazně překročit lineární předpovědi, je nezbytné brát v potaz pro reálné chování železobetonových konstrukcí.
