Návrh specifikace vyrobeného drátkobetonu

1. Úvod

Větší využívání drátkobetonu v betonovém stavitelství nutně vede k jejich výrobě na centrálních betonárnách. Způsob výroby drátkobetonu odebráním běžného betonu do mixu v požadované pevnostní třídě s následným nadávkováním vláken není vhodný pro výrobu konstrukčních vláknobetonů, zejména jsou-li užita vlákna ocelová.

Odebrání vláknobetonu vyrobeného přímo na mísících centrech betonáren nutně vyžaduje, aby betonárna deklarovala a garantovala pevnostní třídy typových drátkobetonů (SFRC), nejen charakteristickými pevnostmi SFRC v dostředném tlaku (válcová a krychelná pevnost), ale též charakteristickými pevnostmi v dostředném tahu, které jsou vázané alespoň na dva mezní průhyby (δ_tm,cr a δ_t,1) viz bod 2 (obr. 1).

Právě tato skutečnost, v případě vláknobetonu, se ukazuje komplikovaná pro betonárny, které výrobu vláknobetonu budou zajišťovat. Komplikovanost plyne ze skutečnosti, že vláknobeton lze navrhovat při jedné charakteristické pevnostní třídě v tlaku podle ČSN EN 206-1 a novější změny Z3 [1] současně ve více variantách charakteristických pevnostních tříd v tahu. Např.:

• FRC 40/50 – 2,4/0,6
• FRC 40/50 – 3,0/1,2

Pevnostní třídy v tahu jsou totiž ovlivňovány hmotnostní koncentrací vláken (kg/m³), typem vláken (délka, štíhlost, tvar), pevností vláken, ale současně i složením betonové matrice kompozitu.

Omezení vláknobetonu pouze na jeden druh užitých vláken (vyhovuje nabídce betonáren u typových konstrukčních vláknobetonů) zužuje charakteristiky vláknobetonu, který by obecně vláknobeton měl, bude-li se využívat většího sortimentu vyráběných vláken.

Jako reálná se ukazuje cesta deklarovat betonárnou pevnostní třídy vláknobetonu včetně jeho tahových charakteristik přímou nabídkou typových drátkobetonů. Jeho základní charakteristiky bude prokazovat podle obdobných zásad jako pro obyčejné betony podle [1]. Tato skutečnost nutně povede k omezení pevnostních tříd vláknobetonu, protože požadovat na betonárně pevnostní třídu drátkobetonů, kromě těch uvedených v katalogu, si vyžádá výrazně větší finanční náklady k tomu, aby betonárna mohla vyrobený drátkobeton deklarovat a garantovat.

V těchto případech lze postupovat tak, že betonárna vyrobí typový drátkobeton na přání investora a vydá výsledky průkazních zkoušek (tlak, tah) ze zkoušky ohybem trámců s odvozenými pevnostními třídami.

Podrobné vyhodnocení zkoušek a zatřídění vláknobetonu v souladu s Technickými podmínkami TP FC 1-1: Vláknobeton – Část 1 [2] a s připravovanými návrhy ČSN pro vláknobetony (2013-14) (např.: Vláknobeton (FRC) – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda; Zkoušení čerstvého FRC; Zkoušení ztvrdlého konstrukčního FRC) provede navrhovatel vláknobetonové nosné konstrukce (projektant statik).

2. Doplňující specifikace k vyráběným konstrukčním vláknobetonům

Vláknobetony pro nosné stavební konstrukce, které mají přispět k jejich bezpečnosti a spolehlivosti, vyžadují při navrhování rozšíření specifikace charakteristických hodnot pevnostních tříd a další požadavky na vlastnosti těchto vláknobetonů.

Pro prosté konstrukční vláknobetony (tj. FRC nevyztužené betonářskou a/nebo předpínací výztuží) je třeba, aby jejich výrobce garantoval charakteristické pevnostní třídy, které má ve výrobním programu v tzv. certifikátech.

Důležitou specifikací konstrukčního vláknobetonu je požadavek, aby charakteristická odolnost zkušebního trámce FRk,1 (obr. 1) při mezním průhybu δ_t,1 = 3,5 mm splnila podmínku

Obr. 1: Průměrný a charakteristický diagram odolnosti odvozený ze zkoušky ohybem normových trámců s vyznačeným vznikem makro-trhliny δ_tm,cr a při dohodnutém průhybu δ_t,1 = 3,5 mm

Doplňující specifikace u vláknobetonů tak musí navíc (oproti specifikaci běžného betonu) obsahovat záznamy průkazních ohybových zkoušek trámců (min. 6 ks).

Statistické vyhodnocení zkoušek ohybem normových trámců vede k získání průměrného (F_Rm,i / δ_t,i) a především charakteristického (5% kvantilu) diagramu odolnosti (F_Rk,i / δ_t,i) (obr. 1).

Výrobce drátkobetonu (betonárna) má kromě deklarování diagramů odolnosti, především určit z charakteristického diagramu odolnosti pro dva mezní průhyby (δ_tm,cr a δ_t,1) dvě charakteristické pevnosti v dostředném tahu:

1. při vzniku makrotrhliny (mez vzniku trhliny) – f_fc,tk,cr
2. při mezním průhybu δ_t,1 = 3,5 mm (mez duktility vláknobetonu) – f_fc,tk,eq,1

2a. Tahová pevnost při vzniku makrotrhliny normového trámce

Do průhybu δ_tm,cr, jak je patrné z obr. 1, lze chování vláknobetonu považovat za kvazilineárně pružné pro vyhodnocení jeho charakteristické pevnosti v tahu za ohybu f_fc,tk,fl podle pružnostního vztahu (obr. 2) pro normový trámec.

Pro navrhování konstrukcí je však nutné odvodit obecnější hodnotu tj. charakteristickou pevnost vláknobetonu v dostředném tahu f_fc,tk,cr pro zkušební normový trámec. Podle TP-FC 1-1 [2] jsou rozhodující rozměry normového trámce b = h = 0,15 m a rozpětí L = 0,6 m. Pro rozměrový součinitel (size effect) platí

Odvozená charakteristická pevnost se určí vztahem:

a betonárna ji může garantovat a zatřídit jako pevnostní třídu typového vláknobetonu v tahu při vzniku makrotrhliny.

Obr. 2: Napjatost průřezu normového trámce do vzniku makrotrhliny při kvazilineárně pružném chování

Obr. 3: Poměrná přetvoření a napjatost v kritickém průřezu při poměrném stlačení ε_fc,c1 ≤ 2 ‰

2b. Tahová pevnost při dohodnutém průhybu normového trámce δ_t,1 = 3,5 mm

Po vzniku makrotrhliny až do meze duktility normového trámce z prostého (nevyztuženého) vláknobetonu, lze chování vyjádřit v kritickém průřezu (obr. 3) jako:

• ekvivalentní rovnoměrné kvaziplastické v tažené oblasti průřezu,
• zpravidla kvazipružné v tlačené oblasti průřezu.

Tlačená oblast kritického průřezu se chová pružně pokud krajní tlačený okraj vláknobetonu nepřekročí poměrné stlačení ε_fc,c1 ≤ 2 ‰ při mezním poměrném protažení vláknobetonu ε_fc,tu,1 = 18 ‰ na taženém okraji kritického průřezu normového trámce (obr. 3).

Při mezní napjatosti podle obr. 3 je poloha neutrálné osy x1 závislá na poměru krajních poměrných přetvoření podle vztahu:

O porušení zkušebního trámce ohybem rozhoduje v tomto případě tahová oblast kritického průřezu (s makrotrhlinou), kde se uplatňují aktivovaná vlákna a jejich soudržnost s betonovou matricí při mezním průhybu δ_t,1 = 3,5 mm.

Charakteristický moment odolnosti normového trámce M_Rk,1 odpovídá momentu dvojice vnitřních normálových sil N_fc,tk,1 = N_fc,c1 (obr. 3) i ohybovému momentu od zatížení nosníku M_Fk,1.

kde:

• ohybový moment od zatížení nosníku
• rameno vnitřních sil

Charakteristická síla v tažené oblasti odpovídá tak vztahu:

Charakteristická mezní ekvivalentní pevnost v dostředném tahu při mezním průhybu δ_t,1 = 3,5 mm se určí ze vztahu:

Betonárna ji může garantovat a zatřídit do pevnostní třídy typového vláknobetonu v tahu při mezním průhybu δ_t,1 = 3,5 mm.

Kontrola napětí vláknobetonu u tlačeného okraje kritického průřezu při (obr. 3) se určí z podmínky:

která prokáže, že tlačená oblast průřezu se bude chovat kvazipružně.

3. Závěr

Uvedený článek by měl sloužit k diskusi odborné veřejnosti o certifikátech vydávaných k výrobě vláknobetonu betonárnou, tj. vláknobetonu vyrobeného přímo na betonárně. Rozšíření specifikací pevnostních tříd při výrobě drátkobetonu je v každém případě nezbytné pro jeho tahové charakteristiky.

Poděkování

Uvedený příspěvek byl zpracován za finanční podpory SGS13/040/OHK1/1T/11.

Literatura

• [1] ČSN EN 206-1: Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda; ČNI; 2001.
• [2] TP FC 1-1 Technické podmínky 1: Vláknobeton – Část 1 Zkoušení vláknobetonu Vyhodnocení destruktivních zkoušek a stanovení charakteristického pracovního diagramu vláknobetonu pro navrhování vláknobetonových konstrukcí (ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra betonových a zděných konstrukcí, Praha 2007).
• [3] ČSN EN 1990 Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí; ČNI; 2004.