Nekonstrukční trhliny v maltách a betonech

Je dostatečně známou skutečností, že jednou z největších slabin všech cementových materiálů (betonu, malt) způsobující snížení pevnosti a životnosti je tvorba trhlinek v jejich struktuře. Trhlinkami nazýváme malé diskontinuity, které nevedou k úplnému oddělení částí materiálu a často nemusí být a také nejsou na první pohled viditelné. Oproti tomu lom znamená úplné oddělení a ztráta integrity materiálu. Často se o lomu také mluví jako o trhlině.

Není-li na materiálu viditelný lom, neznamená to, že by v něm nebyly trhlinky. Bohužel přítomnost trhlin lze předpokládat v každém betonu. Jejich charakter a frekvence má nezanedbatelný vliv na pevnost a zejména dnes velmi frekventovanou trvanlivost betonových a železobetonových konstrukcí. Zabránění vzniku a šíření trhlin má proto velký praktický význam.

Proč nekonstrukční trhliny vznikají?

Jakýkoli cementem pojený komposit se v průběhu vysychání a ochlazování smršťuje. Není-li tomuto procesu bráněno hovoříme a tzv. volném smršťování. Jestliže je však nějakým způsobem tento proces omezován vyvolá proces smrštění napětí, které je vlivem procesem dotvarování redukováno v čase. Jestliže v kterémkoli okamžiku tohoto procesu dojde k překročení tahové pevnosti materiálu vznikne trhlina.

Vznikající trhliny v betonech lze rozdělit v zásadě do dvou skupin.

Konstrukční trhliny (statické) vznikají vlivem stálých a nahodilých statických i dynamických zatížení působících na konstrukce. V řadě případů jsou tato zatížení předvídatelná a lze i výpočtem vyčíslit např. jejich šíři.
Nekonstrukční trhliny (nestatické) jsou výslednicí vlastností samotné hmoty a mají náhodný charakter.

Konstrukční - statické trhliny jsou dokladem přetížení konstrukce vyvolaného nevhodným návrhem, provedením nebo nepředvídaným zatížením a jsou důvodem pro zásah spojený se zesilováním konstrukce nebo celkovou výměnou.
Tento článek je však zaměřen na problematiku trhlin nekonstrukčních, nestatických jejichž vznik je spojen zejména s konkrétním provedením a technologií materiálů. jsou výslednicí vlastností samotné hmoty a mají náhodný charakter (smršťovací, expanzní). Pro cementem pojené materiály, tj. betony a malty, lze rozdělit nekonstrukční trhliny na 5 základních typů:

plastické smršťovací trhliny,
teplotní trhliny v počátečním stádiu tuhnutí a tvrdnutí,
smršťovací trhliny vzniklé vlivem hydratace (autogenní smršťování),
smršťovací trhliny vlivem vysychání,
expanzní trhliny vlivem alkalické reakce kameniva, koroze výztuže nebo síranové koroze

Typy nekonstrukčních (nestatických) trhlin

Pokusme se podrobněji popsat jednotlivé typy nekonstrukčních (nestatických) trhlin. Slovní popis je doplněn zobrazením na obrázku 2, kde jsou znázorněna charakteristická místa vzniku trhlin.

Plastické trhliny

vznikají v době kdy je beton v plastickém stavu před zahájením tvrdnutí, a to v čase cca 0,1 – 6 hodin po uložení směsi. Tento typ trhlin lze rozdělit na další dva podtypy:

sedáním směsi přes pruty výztuže
v horních částech sloupů nebo stěn, kdy kvůli klenbovému účinku nedojde k
rovnoměrnému sednutí betonu po celé výšce sloupu
v místech změn výšek průřezů

Trhliny vzniklé vlivem sedání směsi

Plastické smršťovací trhliny vzniklé rychlým odpařením záměsové vody . Trhliny tohoto typu vznikají v okamžiku rychlého odpařování záměsové vody ze směsi (např. vlivem horkého počasí). Výsledkem vzniklých kapilárních sil jsou náhodně vzniklé diagonální trhliny, nebo všesměrně propagující se trhliny tvořící plošné mapy trhlin. Propagaci tohoto typu trhlin napomáhá i výztuž blízko pod povrchem.

Teplotní trhliny v ranném stádiu tuhnutí a tvrdnutí

tyto trhliny jsou vyvolány teplotami vyvozenými chemickou reakci cementu s vodou tj. hydratací. Vznik trhlin může být vyvolán dvěma způsoby:

Teplotním gradientem mezi jádrem a povrchem betonového prvku
Omezením smršťovacího procesu v okamžiku, kdy ohřátá konstrukce začne chladnout, např. nabetonování nové konstrukce na starou. Tento typ trhliny se projeví na konstrukci v čase 2-7 dní po betonáži

Smršťovací trhliny vzniklé vlivem hydratace (autogenní smrštění ) a vysychání

Mnoho trhlin, které jsou považovány za smršťovací vlivem vysychání jsou při bližším studiu ve skutečnosti trhliny teplotní nebo plastické. Hlavním vodítkem pro rozlišení tohoto typu trhliny je doba jejího vzniku. Tyto trhliny vznikají v časovém horizontu týdnů a měsíců.
Dominantní vliv na vznik těchto trhlin má vysychání. Vliv chemického procesu hydratace je pro běžné betony minoritní. Znamená to, že rozhodující pro smrštění je obsah vody v betonu či maltě. Minimalizací obsahu vody je sníženo i konečné smrštění betonu. Tento typ smrštění se projevuje až v delším čase a obvykle ho lze připsat na vrub špatného návrhu konstrukce nebo spatně provedeného detailu. Např. nebudou-li trny procházející dilatací mezi sousedními betonovými deskami vozovky opatřeny v jedné desce vrstvou zaručující posun, dojde ke vzniku trhliny za touto dilatací. Dalším příkladem je vybetonování vrstvy betonu až ke sloupům nebo rohům bez použití dilatační mezery. Specifickým typem smršťovacích trhli je jemná síť trhlinek vznikající zejména na površích přehlazených (podlahy) nebo na styku hladkých bednění s betonem, kdy dojde ke vzniku vrstviček s vysokým obsahem jemných složek a pojiva. V kombinaci se špatným ošetřováním tak vzniká síť trhlinek, která se nejlépe projeví při navlhčení povrchu.

Trhliny vzniklé expanzí

Tento typ porušování je vyvoláván obvykle procesy, které mají dlouhodobý charakter (roky) a jejichž důležitým činitelem je přítomnost vlhkosti. Lze mezi ně zařadit:

Alkalickou reakci kameniva s cementem
Korozi výztuže, při které korozní zplodiny vyvolávají expanzní tlaky a vedou k oddělování povrchových vrstev betonu
Působení vlhkosti a mrazu
Síranovou korozi vyvolávající obdobné trhliny jako alkalická reakce

Jak se jejímu vzniku účinně bránit?

Důležitá je však nejen identifikace příčin vzniku trhlin, ale znalost způsobů jak se jejímu vzniku účinně bránit. Z výše uvedeného vyplývá, že značná část trhlin vzniká při zpracování betonu či malty těsně po uložení a zhutnění. Vzniklé zárodky trhlin se pak dále šíří a propagují. Stav hmoty v prvních hodinách až dnech po výrobě je tedy fundamentální pro dlouhodobou životnost konstrukce. Proto je důležité a nezbytné věnovat vysokou pozornost všem faktorům, které zmírňují počáteční negativní faktory vedoucí ke vzniku trhlin zejména v plastickém stavu směsi, kdy jsou pevnostní vazby minimální.

Jako důležité technologické faktory mající značný vliv na omezení vzniku trhlin lze vyjmenovat:

Granulometrická skladba směsi = vyvážené (přiměřeně nízké) množství jemných podílů do 0,25 (kamenivo + cement) přispívá k nižší dávce vody a tím k nižšímu plastickému sedání, plastickému smrštění a dále smrštění vlivem vysychání.
Aplikace plastifikačních přísad redukuje dávku záměsové vody a tím i redukuje smrštění vlivem vysychání .
Aplikace provzdušňovací přísady způsobuje změnu reologie směsi tak, že redukuje plastické sedání a odlučování vody a tím i plastického smršťování.
Aplikace rozptýlených vláken (zejména polypropylénových případně i ocelových a skleněných). Rozptýlená vlákna ( u polypropylánu dle typu až stamilióny vláken v 1 m 3 směsi) redukují plastické smršťování, plastické sedání a odlučování vody. V zatvrdlém stavu dále zvyšují lomovou houževnatost a redukují vznik a konečnou šíři trhlin trhli vznikajích vlivem vysychání.

Technologie provádění

revibrace směsi ve vhodný okamžik tj. před počátkem tuhnutí redukuje plastického smršťování a sedání
vhodné hlazení povrchů redukuje vzniku sítě jemných trhlin a plastického smršťování
tepelná ochrana při zhotovování masivních konstrukcích zamezí vzniku gradientu teplot

Včasné a důkladné ošetřování vlhčením omezí smršťovací trhliny z vysychání a vzniku sítě jemných trhlin. Aplikace prostředků proti rychlému odpaření záměsové vody omezí vznik plastického smršťování.