Betony pro zimní období

V zimním období je provádění betonářských prací značně ovlivněno nízkými teplotami prostředí. Kvalitu výsledné betonové konstrukce a rychlost dosažení požadovaných parametrů betonu ovlivňují zejména následující skutečnosti: teplota čerstvého betonu, složení betonu, teplota prostředí a ošetřování betonu.

Teplota čerstvého betonu a zimní opatření na betonárnách jsou zajišťovány a neustále kontrolovány samotnými výrobci betonových směsí. Problematika teploty prostředí a ošetřování betonu na stavbách je uvedena například v normě ČSN EN 13670 nebo v dokumentu Všeobecný (základní) návod na použití betonu od Svazu výrobců betonu ČR.

Všechny dokumenty se shodují na limitní teplotě 5 °C. Když teplota betonu poklesne pod 5 °C, hydratace se zásadním způsobem zpomaluje, téměř se zastavuje. Beton by tedy měl být na stavbu dovezen o teplotě vyšší než 5 °C a pomocí ošetřování by jeho teplota měla být nad touto hodnotou udržena až do dosažení pevnosti v tlaku minimálně 5 MPa. Je ovšem nutno počítat s tím, že když se po dosažení pevnosti 5 MPa přestane beton teplotně ošetřovat a vychladne na teplotu nižší než 5 °C, nárůst pevností se téměř zastaví. To může negativně ovlivnit čas odbednění, zejména stropních konstrukcí.

Tento článek se zabývá technologickými možnostmi, jak urychlit dosažení požadovaných vlastností betonu pomocí jeho složení. Uvedené výsledky je nutno brát jako příklad dosažených výsledků, nejedná se o zaručené chování dodávaných betonů. Konkrétní hodnoty platí pro betony dodávané firmou TBG Metrostav, s. r. o., z betonáren v Praze.

Použitý cement
Použitý cement zásadním způsobem ovlivňuje rychlost náběhu pevností betonu v čase. V zimním období je rychlost náběhu pevností betonu v konstrukci výrazně ovlivněna i vývojem hydratačního tepla cementu. V TBG Metrostav jsou standardně k dispozici následující typy cementů:
– CEM II/B-S 32,5 R – Základní typ cementu v TBG Metrostav. Betony s tímto cementem jsou optimální variantou z pohledu ceny a technických parametrů.
– CEM I 42,5 R – Typ cementu, určený zejména pro betony v prostředí XF2-4 nebo pro betony s rychlým náběhem pevností. Betony s tímto cementem jsou vhodné pro konstrukce prováděné v zimním období.
– CEM III/B 32,5 L – LH/SR – Cement s nízkým vývojem hydratačního tepla, určený zejména pro vodonepropustné a masivní konstrukce a pro konstrukce v prostředí se síranovou agresivitou.

Doporučení k volbě cementu
V zimních podmínkách přichází v úvahu použití rychlého portlandského cementu CEM I 42,5 R místo standardního cementu CEM II/B-S 32,5 R. Touto záměnou nezkrátíme zpracovatelnost betonu, ale zvýšíme samoohřev betonové konstrukce během tvrdnutí a urychlíme náběh pevností. Rozdíl v náběhu pevností ve venkovních chladných (cca 5 °C) a laboratorních podmínkách (21 °C) je uveden v grafu č. 1. V grafu je vidět rozdílný nárůst pevností betonů s různými cementy. Je vidět, že ve stáří 2–3 dny je pevnost betonu s portlandským cementem CEM I 42,5 R vyšší o 15–25 % než pevnost betonu se struskoportlandským cementem CEM II/B-S 32,5 R. 

Při použití receptur s portlandským cementem CEM I 42,5 dosáhneme rychlejšího nárůstu pevností, ale bez zkrácení zpracovatelnosti. Máme tedy stejnou dobu na zpracování a dopravu jako u běžné receptury, ale s podstatně rychlejším vývojem pevností a vyšším ohřátím konstrukce od hydratačního tepla. Tohoto rychlejšího nárůstu pevností dosáhneme jak v chladných, tak v teplých podmínkách. Záměna cementu naopak není řešením v případech, kdy je potřeba rychlejšího nastartování směsi, třeba kvůli rychlejšímu leštění (viz graf č. 2).

Použité přísady – varianty R
Typ plastifikační přísady ovlivňuje zejména počátek tuhnutí a tvrdnutí betonu. V TBG Metrostav je používána široká škála přísad, umožňující nastavení parametrů betonu na míru zákazníkovi. 

Pro zimní období jsou k dispozici superplastifikační přísady s urychlujícím účinkem. Betony s těmito přísadami jsou značeny jako varianta R. Jejich účinek je v urychlení počátku tuhnutí a tvrdnutí (graf č. 4). Tím se sice určitým způsobem zkracuje doba zpracovatelnosti, ale výrazně se omezí chladnutí betonu před počátkem hydratace a započetím samoohřevu betonu. Nárůst pevností na laboratorních vzorcích se zásadním způsobem neliší (graf č. 3). 

Efektu urychlení počátku tuhnutí a tvrdnutí se využívá i v případech, kde potřebujeme začít rychle po uložení betonu leštit jeho povrch. Efekt urychlení oproti standardnímu betonu je viditelný vždy, pouze se v závislosti na aktuálních podmínkách mění absolutní hodnoty.

Typ cementu

Varianta

Zpracovatelnost

Vývoj hydratačního tepla

Vývoj krátkodobých pevností (do 24 hod.)

Vývoj krátkodobých pevností (do 1–14 dní)

Kódové označení betonů pro snazší objednání

C20/25

C30/37

Účel receptury

CEM II/B-S 32,5 R

CEM I 42,5 R

standardní 0

rychlá R

standardní 0

rychlá R

standardní 0

rychlá R

standardní 0

rychlá R

standardní 0

rychlá R

XC1-2

XC1-4, XD1-2, XF1,XA1

XC1-2

XC1-4, XD1-2, XF1,XA1

standardní ekonomická

C310D40.22

C310J40.22

C380D40.22

C380J40.22

urychlené leštění

C310D4R.22

C310J4R.22

C380D4R.22

C380J4R.22

urychlené odbednování

C300D40.22

C300J40.22

C370D40.22

C370J40.22

zimní varianta

C300D40.22

C300J40.22

C370D40.22

C370J40.22

nejrychlejší zimní varianta

C300D4R.22

C300J4R.22

C370D4R.22

C370J4R.22

Pozn.: Uvedené receptury betonu jsou uvažovány v konzistenci S4 (sednutí kužele 160–210 mm).

ROBERT COUFAL
foto archiv firmy TBG Metrostav, s. r. o.

Ing. Robert Coufal, Ph.D., (*1980) absolvoval České vysoké učení technické v Praze, Fakultu stavební. Pracuje jako technolog ve firmě TBG Metrostav, s. r. o., kde má na starosti výzkum a vývoj nových produktů.