Jak se vyrábí beton

Ve své nejjednodušší podobě je beton směsí pasty a kameniva nebo hornin. Pasta je tvořená směsí portlandského cementu a vody. Pomocí chemické reakce zvané hydratace pasta tvrdne a vytvoří hmotu, která připomíná svojí tvrdostí kámen a nazývá se beton.

V procesu hydratace spočívá klíč k pozoruhodným vlastnostem betonu, kterými jsou plasticita a poddajnost u nově namíchaného betonu a pevnost a odolnost u betonu po vytvrzení. Tyto vlastnosti jsou tak specifické, že je možné z jednoho materiálu, kterým je beton, stavět mrakodrapy, mosty, chodníky, dálnice, domy, přehrady a další.

Klíčem k dosažení pevného a trvanlivého betonu je pečlivé dávkování a míchání jednotlivých složek. Směs, která nemá dostatek pasty (cementu a vody), velmi obtížně vyplní všechny prázdná místa a dutiny mezi kamenivem a bude vytvářet velmi hrubý povrch a póry v betonu. Naopak směs s nadbytkem cementové pasty velmi dobře vyplní dutiny mezi kamenivem a vytvoří velmi hladké povrchy. Nicméně z hlediska finančních nákladů není příliš efektivní, jelikož cement je nejdražší položka ze surovin pro výrobu betonu. Beton s nadbytkem cementové pasty je také náchylnější na praskání.

Chemický proces hydratace v portlandském cementu vzniká v přítomnosti vody. Cement a voda vytváří pastu, která pokrývá každou částečku kameniva a částečky písku. Pomocí chemické reakce hydratace cementová pasta tuhne a získává na síle.

Kvalita této cementová pasty následně určuje charakter výsledného betonu. Pevnost pasty naopak závisí na poměru vody a cementu. Poměr vody a cementu je určen hmotností záměsové vody vydělené hmotností cementu. Tento poměr se nazývá vodní součinitel a je označován w. Vysoce kvalitní betony jsou vyráběny snížením vodního součinitele, jak je nejvíce možné při zachování dobré zpracovatelnosti čerstvého betonu.

Správně navržená směs má požadovanou zpracovatelnost pro čerstvý beton a životnost a pevnost po vytvrzení betonové směsi. Obvykle je směs tvořena 10 – 15% cementu, 60 – 75% kamenivem a 15 – 20% vodou.

Téměř každá přírodní voda, která je pitná a nemá žádnou výraznou chuť nebo zápach, může být použita jako záměsová voda do betonu. Nadměrné znečištění v záměsové vodě může ovlivnit nejen dobu vytvrzování a výslednou pevnost betonu, ale také může způsobit zbarvení, tzv. výkvětek (viz obrázek 1), korozi výztuže, nestálost objemu a snížení odolnosti. Technické údaje betonové směsi stanovují limity pro chloridy, sírany, zásady a pevné látky v záměsové vodě, pokud je možné provést zkoušky pro stanovení vlivu nečistot na výsledné vlastnosti betonu.

Přestože většina pitné vody je vhodná pro použití do betonu, kamenivo se vybírá hodně pečlivě. Kamenivo tvoří 60 – 75% z celkového objemu betonu. Druh a velikost kameniva závisí na tloušťce a účelu použití výsledného produktu.

U relativně tenkých stavebních částí je dobré volit drobnější kamenivo, naopak u některých velkých přehradních staveb bývá použito kamenivo až do průměru 6cm. Postupné odstupňování velikosti částic kameniva je žádoucí pro efektivní využití cementové pasty. Kamenivo by mělo být čisté a bez jakýchkoliv částic, které by mohli mít vliv na výslednou kvalitu betonu.

Jakmile se kamenivo, voda a cementová pasta spojí, směs začíná tvrdnout. Všechny portlandské cementy jsou hydraulické a v kombinaci s vodou se vytvrzují chemickou reakcí zvanou hydratace. V důsledku této reakce se vytváří vazby na povrchu každé částice cementu. Vazby narůstají, rozšiřují se a spojují se s dalšími částicemi cementu a udržují tedy sousední částečky kameniva pospolu.

Jakmile je betonová směs důkladně promíchána, měla by být umístěna do forem a bednění dříve, než se stane příliš tuhou.

Během ukládání betonu je nezbytné beton zhutňovat ve formách a bedněních, aby byly odstraněny případné nedostatky, jakou jsou vzduchové bubliny a voštiny. Voštiny jsou nepravidelné povrchové jamky, připomínající buňky včelích plástev.

U betonových ploch se počká, až zmizí povrchová vlhkost a poté se dřevěnou nebo kovovou stěrkou betonová plocha vyhladí. Vyhlazování vytváří poměrně rovnoměrnou a poněkud hrubou texturu, která má velmi dobré protiskluzové vlastnosti a je často používána jako finální povrchová úpravu u venkovních betonových desek. Pokud je požadován hladký a pevný povrch, následuje po vyhlazování ještě leštění.

Vytvrzování začíná poté, co jsou povrchy dostatečně odolné. Vytvrzování zajišťuje pokračující hydratace cementu a beton tak získává dále na pevnosti. Betonové povrchy jsou vytvrzovány postřikem vodní mlhou a pomocí zakrytí navlhčené tkaniny, kterou je pytlovina nebo bavlněné rohože. Další vytvrzovací metody zabraňují odpařování vody z povrchu betonu jeho utěsněním plastem nebo speciálním sprejem.

Při extrémně teplém nebo extrémně chladném počasí se používají speciální techniky vytvrzování betonu. Čím delší dobu je beton vlhký, tím pevnější a odolnější bude. Rychlost vytvrzování závisí na složení a jemnosti cementových částic, objemu směsi, vlhkosti a teplotních podmínek. Beton získává na pevnosti tím, jak stárne. Největší část hydratačního cyklu a zesilování beton proběhne během prvního měsíce. Nicméně hydratace pokračuje pomalejším tempem po mnoho dalších let.