5.6.1.1
Ultra vysokohodnotný beton 01: Úvod
Ing. Bohumír Číhal
Od počátku využívání betonu jako konstrukčního materiálu byla snaha o zlepšování jeho vlastností. S rozvojem stavební chemie v 70. letech 20. století, zejména v oblasti superplastifikátorů, bylo umožněno vyrábět beton s pevnostmi v tlaku přes 60 MPa. Tato hodnota pevnosti je technologicky odůvodnitelná a betony s pevností nad touto hranicí se začaly nazývat vysokohodnotné (HPC – high-performance concrete).
Dalším vývojovým krokem vysokohodnotného betonu jsou ultra-vysokohodnotné betony (UHPC – ultra-high-performance concrete). Na rozdíl od "klasického" betonu se jedná o cementové kompozity vyznačující se vysokým obsahem cementu, malou frakcí kameniva (zpravidla jednotky milimetrů), extrémně nízkým vodním součinitelem, nízkoporézní cementovou matricí a všesměrně rozmístěnou vláknitou výztuží (nejčastěji ocelová vlákna). Hranice mezi označeními HPC a UHPC není přesně určena. Jak uvádíme dále, některé publikace, technické předpisy výrobců a normy udávají pomyslnou hranici kolem pevnosti 150 MPa, jiné připouštějí i nižší pevnosti UHPC s důrazem na kvalitu a trvanlivost.
NahoruCesta k vysokohodnotnému betonu
Základní myšlenka spadá do oblasti poznání betonářů v duchu Sherlocka Holmese "jak prosté": beton má vyšší pevnost, je-li pečlivě zpracován s přiměřeným množstvím vody. Scházel však vědecký důkaz. V roce 1955 publikoval T. C. Powers práci zaměřenou na vliv vodního součinitele na permeabilitu (propustnost) ztvrdlé cementové pasty (matrice). Jako jeden z prvních potvrdil obecnou zkušenost, že permeabilita cementové pasty výrazně klesá se snižováním vodního součinitele, jak uvedl na následujícím grafu.
Obr. č. 1: Závislost permeability ztvrdlé cementové pasty na vodním součiniteli w/c
T. C. Powers prokázal, že pórovitost cementové matrice je v přímé vazbě na výslednou tlakovou pevnost betonu. Snížením množství vzduchových pórů v ztvrdlé cementové pastě na minimum dosáhneme velmi vysoké pevnosti betonu v tlaku. Vztah mezi pórovitostí a tlakovou pevností definoval v roce 1958 a je považován za základní poznatek umožňující vývoj betonů vysokých pevností.
Další výzkum se zaměřoval především na praktický způsob dosažení potřebných nízkých vodních součinitelů (w/c – poměr vody a cementu). Snižování vodního součinitele s použitím plastifikátorů na bázi lignosulfátů funguje spolehlivě do hodnoty w/c = 0,35, které odpovídá beton pevnosti 60 MPa. Dalšímu zvyšování pevnosti betonů napomohl až rozvoj účinnějších plastifikátorů a superplastifikátorů.
V roce 1981 vyrobil H. H. Bache beton o pevnosti v tlaku 280 MPa a odstartoval éru vysokohodnotných a ultra-vysokohodnotných betonů. Vodní součinitel tohoto betonu (w/b – poměr vody a pojiva zahrnující cement a příměsí) dosahoval úctyhodného poměru w/b = 0,16. Takto nízkého vodního součinitele dosáhl díky použití speciálního mikrocementu s příměsí křemičitého úletu a vysokým dávkám plastifikátorů. V roce 1989…
