Vodní součinitel

Vodní součinitel (${\displaystyle w}$) je číslo, dané poměrem hmotnosti obsahu vody (${\displaystyle v}$ [kg/m³]) k hmotnosti pojiva (${\displaystyle p}$ [kg/m³]) v čerstvém betonu, v maltě, nebo v sádře. Platí, že s rostoucí hodnotou vodního součinitele klesá pevnost výrobku a zkracuje se jeho životnost. (Zákon vodního součinitele)

${\displaystyle w={\frac {v}{p}}}$

Obsah vody je především dán účinným obsahem a technologickým obsahem. Účinný obsah vody je množství vody, které je využitelné pro hydrataci pojiva. Od vody přidávané do směsi se proto odečte množství vody, která je adsorbovaná použitým kamenivem a do hydratace se nemůže zapojít.^{[pozn. 1]} Z technologických důvodů, tj. pro lepší transport a zpracovatelnost, se přidává ještě další voda a obě složky tvoří tzv. záměsovou vodu, čili vodu dávkovanou při míchání betonu. Abychom dostali celkový obsah vody,^{[pozn. 2]} musíme ještě přičíst množství vody z atmosférických srážek, která obvykle je v kamenivu uloženém na nekrytých skládkách, a případně i množství vody obsažené v přísadách či příměsích.

Hmotnost pojiva se udává v suchém stavu. U čerstvého betonu je to hmotnost cementu, k hydraulickým vlastnostem příměsí (např. elektrárenského popílku) se zpravidla nepřihlíží. U vápenných malt je to hmotnost suchého Ca(OH)₂, u jiných malt např. hmotnost suchého hydraulického vápna atd.

Vodní součinitel ${\displaystyle w}$ čerstvého betonu (water/cement ratio) je číslo, dané poměrem hmotnosti celkového obsahu vody (${\displaystyle v}$ [kg/m³]) k hmotnosti cementu(${\displaystyle c}$ [kg/m³]) v čerstvém betonu. (Celkovým obsahem vody se rozumí rozdíl mezi veškerou vodou obsaženou v čerstvém betonu a vodou adsorbovanou na povrchu a v pórech zrn kameniva.)

${\displaystyle w={\frac {v}{c}}}$

K tomu, aby proběhl procesu hydratace cementu, postačuje hodnota vodního součinitele^{[pozn. 3]} 0,23 až 0,25. Pro dobré zpracování betonu je ale zapotřebí hodnotu vodního součinitele zvýšit na 0,3 až 0,5. Při dopravě čerstvého betonu čerpadlem dosahuje hodnota vodního součinitele až 0,6.

Závislost pevnosti betonu v tlaku na vodním součiniteli poprvé stanovil americký výzkumník Duff Abrams, který své výsledky zveřejnil v práci Design of Concrete Mixtures, Bulletin 1, Structural Materials Research Laboratory, Lewis Institute, Chicago 1918. Tato závislost, tzv. Abrams Law, je vyjádřena rovnicí

${\displaystyle f_{c}={\frac {A}{B^{w}}}}$

kde ${\displaystyle f_{c}}$ je pevnost betonu v tlaku po stanovených dnech zrání,

${\displaystyle A,B}$ jsou empiricky zjištěné konstanty odvislé od užitého cementu, kameniva, příměsí, podmínek a doby zrání betonu,

${\displaystyle w}$ je vodní součinitel.

V České republice se pro výpočet složení betonové směsi obvykle používá upravená Bolomeyova rovnice z roku 1924 vycházející z předpokladu, že platí lineární závislost mezi pevností betonu v tlaku a cementovým součinitelem, (což je převrácená hodnota vodního součinitele), která se liší podle druhu použitého cementu a kameniva.

${\displaystyle f_{c}=a.R_{c}({\frac {1}{w}}-0,5)}$

kde ${\displaystyle f_{c}}$ je pevnost betonu v tlaku po stanovené době zrání,(zpravidla 28 dnů) [MPa]

${\displaystyle a}$ je koeficient podle druhu a kvality použitého kameniva (0,5 až 0,4)

• a = 0,50 pro říční kamenivo prvotřídní kvality
• a = 0,45 pro drcené kamenivo nebo říční kamenivo průměrné kvality
• a = 0,40 pro kamenivo s velkým obsahem jemného kameniva nebo pro kamenivo nižší kvality

${\displaystyle R_{c}}$ je výpočtová pevnost použitého cementu v tlaku po stanovené době zrání, (28 dnů) [MPa]

${\displaystyle w}$ je vodní součinitel.

Vodní součinitel výrazně ovlivňuje barvu betonu. Betony s nižším w mají tmavší barvu a rozdíl v barevnosti s časem mizí jen nepatrně. Zejména u pohledového betonu je proto velmi důležité přesně dodržovat recepturu při míchání směsi, aby nedocházelo ke změně vodního součinitele. Skvrny tmavší barvy se na hotovém betonovém prvku objevují tam, kde došlo k lokálnímu snížení vodního součinitele. (Např. jestliže je bednicí plášť zhotovený z prken, potom v místě suků dojde k většímu odsátí vody a vznikne tak malá tmavší skvrna.)

Naopak u betonu obarvovaného pigmenty je se zvyšujícím se w výsledná barva intenzívnější. Dochází k lepší hydrataci cementu a vykrystalizované produkty hydratace, které jsou barevnou fází v betonu, jsou lépe vyvinuty. Ještě více ovlivní dobrou barevnost použití plastifikačních přísad podporujících hydrataci cementu a zároveň rozložení barviva v čerstvém betonu.

S vyšším vodním součinitelem klesá u betonu

• tepelná vodivost
• vodotěsnost
• trvanlivost

S vyšším vodním součinitelem do jisté míry roste zpracovatelnost čerstvého betonu, hrozí však segregace jednotlivých částic, neboli tzv. krvácení betonu.
Krvácení betonu (bleeding) je odlučování vody, které nastane v čerstvém betonu při přebytku záměsové vody. Důsledkem je rozmísení cementové suspenze a oddělování zrn cementu i kameniva. Voda může vytvořit na povrchu uložené a zhutněné vrstvy tenký povlak, který může způsobit špatné spojení s nově ukládanou vrstvou. Krvácení betonu také zhoršuje spojení betonu s výztuží a významně snižuje schopnost dopravy čerstvého betonu čerpadlem.

Aby bylo možné dobře zpracovávat čerstvý beton i při nízkém vodním součiniteli, přidávají se do směsi plastifikátory, (snižují potřebu vody minimálně o 5%), superplastifikátory, (snižují potřebu vody minimálně o 12%), případně se u tzv. vysokohodnotných cementů bez potřeby zhutnění přidávají tzv. hyperplastifikátory.^{[pozn. 4]}

Obecně platí, že hodnota vodního součinitele vápenné malty pro omítku je přibližně 1 (w = 1,0). Malty s nižším vodním součinitelem (0,93–0,95) se obtížněji zpracovávají, jsou ale významně kvalitnější. Snižováním množství vody v čerstvé maltě klesá smrštění malty při tuhnutí a tvrdnutí, dochází k redukci vzniku a hlavně k omezení šíření smršťovacích trhlin, klesá porozita malty po zatvrdnutí, roste pevnost malty v tlaku a výrazně se zlepšuje odolnost zatvrdlé malty proti mrazu.^{[pozn. 5]} Při použití vápenné malty s nízkým vodním součinitelem je vhodné zvlhčovat provedené omítky jemným postřikem.

Vodní součinitel sádry, (w = v/s), se stanovuje disperzní metodou podle ČSN EN 13279-2, odst. 4.3.2. Určuje se tak množství sádrového pojiva, které je potřebné pro přípravu směsi požadované konzistence. Pro α hemihydrát se hodnota vodního součinitele pohybuje v mezích 0,2 až 0,4, pro β hemihydrát je vždy vyšší než 0,6.

• Beton
• Plastifikátor

• HANUŠ Vít et all: Vliv současných chemických příměsí a přísad na výsledné vlastnosti betonu, Výstup grantu FRVŠ 1381/2012/G1, ČVUT Praha 2012, dostupné: FRVS_2012_prisady_primesi.pdf
• MICHOINOVÁ Dagmar: Příprava vápenných malt v péči o stavební památky, Informační centrum ČKAIT, Praha 2014, ISBN 978-80-87438-57-2
• REITERMAN Pavel et all: Sledování vlastností povrchových vrstev betonu pro odhad jeho trvanlivosti, SSBK - Sanace 2011, dostupné [1]
• SCHULZE W. et all: Necementové malty a betony, SNTL, Praha 1990, ISBN 80-03-00188-9

• ČSN EN 206:2013 Beton - Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda
• ČSN 73 1314 Zkušební metody pro stanovení vodního součinitele čerstvého betonu
• ČSN EN 13279-2: červen 2005 (72 2486) Sádrová pojiva a sádrové malty pro vnitřní omítky - Část 2: Zkušební metody
• ČSN EN 1097- 5 Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – stanovení vlhkosti sušením v sušárně