Vláknobeton jako konstrukční materiál s betonovým recyklátem

Spolehlivost navržených částí nosné konstrukce objektu je založena na návrhových hodnotách, které jsou odvozeny z výsledků provedených průkazních zkoušek.Uvedený příklad ukazuje, že je zcela reálné z pohledu statické spolehlivosti realizovat pro objekty občanské vybavenosti některé nosné konstrukce z vláknobetonu, kde přírodní kamenivo je plně nahrazeno přírodním recyklátem. Přestože statická spolehlivost je nejdůležitější, z uvedeného příspěvku vyplývá, že v případě využití tohoto vláknobetonu v občanské výstavbě bude nutné rozšířit experimentální výzkum do oblasti dalších fyzikálních charakteristik (např. tepelná a zvuková vodivost atd.).

1 Úvod

Úvodem je třeba zdůraznit, že konstrukční vláknobeton, při jehož výrobě se plně nahrazuje přírodní kamenivo recyklátem získaným ze stavební výroby nebo demolic staveb, je naprosto rozdílný od dnes vyráběných vláknobetonů a to jak ve složení, výrobě, vlastnostech i oblastí využití v praxi. Všechny tyto odlišnosti jsou dány volbou složením vláknobetonu a to pouze ze čtyř komponentů s pevnými hmotnostními dávkami pro:

• recyklát (100% náhrada přírodního kameniva),
• cement (260 kg/m³).
• hmotnostní dávku vody, při které bude dosaženo potřebné konzistence čerstvého vláknobetonu, vhodné ke zpracování válcováním nebo dusáním.

Pro zbylý komponent, syntetická vlákna, lze hmotnostní dávky měnit podle požadavku na charakteristiky vláknobetonu (pevnosti v tahu a tlaku, přetvořitelnost – duktilitu ztvrdlého vláknobetonu).

2 Základní charakteristiky vláknobetonu při užití betonového recyklátu

Při experimentálních zkouškách, provedených v delším časovém období, byly prokázány průměrné pevnostní charakteristiky vláknobetonu, které jsou uvedeny v následující tabulce 1.

Obr. 1 Záznam ze zkoušky čtyřbodovým ohybem na trámcích 150/150/700 mm

Uvedené průměrné pevnosti byly vyjmuty z databáze výsledků zkoušek shromážděných za delší časové období. Na výsledcích v databázi se tak projevuje kromě technologických vlivů i různorodost pevnosti použitého recyklátu, široká čára zrnitosti charakterizující nadrcený recyklát a velikost maximálních zrn recyklátu. V každém případě výsledky nových zkoušek by se neměly nějak výrazně lišit od hodnot uvedených v této tabulce. Při větších hmotnostních dávkách syntetických vláken, než je 1 % objemu, pro které byly zkoušky doposud realizovány, lze předpokládat, že pevnostní charakteristiky budou vyšší.

3 Dosud navrhované oblasti konstrukčního vláknobetonu s betonovým recyklátem

3.1 Liniové stavby

Obr. 2 Zemní hráz s využitím vláknobetonu v jeho konstrukci

3.2 Zemní hráze

Obr. 3 Propagační model hráze

4 Další oblasti využití konstrukčního vláknobnetonu – rodinné domy

4.1 Statická spolehlivost v konstrukci rodinného domu

Vyznačené nosné části objektu byly posouzeny výpočtem. Stanovené návrhové pevnosti nebyly nikde překročeny.

Obr. 4 Posuzované nosné části rodinného domu

4.2 Návrhová pevnost v tlaku

Pro získání návrhové pevnosti vláknobetonu v tlaku (f_fcd) nejdříve stanovíme volbou průměrnou hodnotu pevnosti v tlaku (f_fcm) dle tabulky 1. Od této hodnoty musíme dle normy, při malém počtu zkoušených vzorků, odečíst 8 MPa, abychom získali charakteristickou hodnotu pevnosti vláknobetonu v tlaku (f_fck). Podělením této charakteristické hodnoty součinitelem spolehlivosti materiálu γ = 2,5 (zatím jen volba) dostaneme hodnotu návrhové pevnosti vláknobetonu v tlaku (f_fcd). Tento postup je znázorněn pro zvolenou průměrnou pevnost v tlaku:

4.3 Návrhová pevnost v tahu

Při určení návrhové tahové pevnosti z průměrné pevnosti vláknobetonu v příčném tahu lze postupovat následovně.

Výběrem z intervalu hodnot v tabulce 1 stanovíme průměrnou hodnotu pevnosti v příčném tahu (f_fct,m,spl). Tuto hodnotu podělíme součinitelem pro převod mezi pevnostmi v příčném a osovém tahu γ = 1,3 – zatím součinitel zavedený mezi uvedenými pevnostmi pro prostý beton. K získání charakteristické hodnoty pevnosti vláknobetonu v tahu (f_fct,k) je nutno tuto hodnotu přenásobit součinitelem 0,7 (též využívaným pro prostý beton). Charakteristickou hodnotu pevnosti vláknobetonu v tahu je nutné ještě podělit součinitelem spolehlivosti materiálu γ = 1,8 (zatím volba) a získáme hodnotu návrhovou (f_fct,d). Tento postup je znázorněn dále:

4.4 Experimentální zkoušky na nenormových tělesech

Cílem zkoušek je zjistit další charakteristiky vláknobetonu, které je třeba uvážit při návrhu konstrukcí.

Obr. 5 Ukládka čerstvého vláknobetonu do forem

Obr. 6 Zkušební těleso – hranol délky 1200 mm

Obr. 7 Zkouška pevnosti v tlaku

Obr. 8 Porušení v patě hranolu

5 Způsob provedení vertikálních nosných konstrukcí

Betonáž stěny může probíhat do připraveného bednění. Bednění musí být pevné a stabilní (dostatečně tuhé), těsné a jeho vnitřní povrch musí být čistý. Pokud se jedná o nasákavé bednění musí být jeho povrch před betonáží dostatečně navlhčen, aby čerstvému vláknobetonu neodebíral vodu. Pro řešené konstrukce není potřeba do bednění ukládat žádnou betonářskou výztuž. Vlastní betonáž musí být provedena tak, aby bylo dosaženo stejných vlastností ve všech částech konstrukce.

Velice důležitým procesem je ukládání vláknobetonu s recykláty do bednění a následné jeho hutnění. Při klasických způsobech hutnění (vibrování, propichování) by mohlo dojít k narušení homogenity vláknobetonu, tj. k nežádoucímu rozptylu vláken nebo ke stečení měkkého cementového tmelu ke spodní straně hutněné vrstvy. Čerstvý vláknobeton s recykláty je tedy nutné hutnit dusáním (pěchováním). Pro hutnění dusáním je nutno uzpůsobit i bednění, které bude instalováno postupně po cca 1 m na výšku. Tato část vláknobetonové konstrukce, např. stěny, bude zhutněna dusáním, a to po vrstvách cca 150 mm, aby bylo dosaženo dobrého zhutnění a zachování homogenity vláknobetonu.

Pro realizaci svislých nosných konstrukcí lze zvolit i jiné postupy, které nabízí např. užití betonových dutých tvárnic.

6 Další charakteristiky potřebné pro aplikaci vláknobetonu v těchto konstrukcích

Rodinné domy a nižší objekty občanské vybavenosti se ukazují jako perspektivní oblast pro využití uvedeného vláknobetonu, neboť pevnostní charakteristiky vláknobetonu pokryjí požadavky na konstrukční materiál. Vláknobeton, jakožto nový konstrukční materiál může přispět i k dalším efektům, které lze předpokládat až na základě výsledků nově provedených zkoušek, v tomto případě:

• tepelná propustnost vláknobetonu,
• zvuková propustnost vláknobetonu,
• požární odolnost vláknobetonu.

Další charakteristiky vláknobetonu, které se ještě prokazují u standardních betonů, mohou být v případě této aplikace vyloučeny, neboť v těchto konstrukcích bude vždy vláknobeton chráněn minimálně omítkou nebo dalšími vhodnými obklady.

7 Závěr

Rozšíření oblastí pro smysluplné využití recyklátu z demolic staveb a stavební výroby by mělo být zájmem všech zainteresovaných stavařů. Uvedený příklad, který naznačuje využití recyklátu při výstavbě bytové a občanské vybavenosti, zatím pouze založeném na prokázaných výsledcích statické spolehlivosti objektů, by měl být podnětem ke komplexnímu posouzení reálné možnosti tohoto využití.

Příspěvek vznikl za finanční podpory grantu č. 14-17636S Grantové agentury ČR.

Literatura

1. Vytlačilová V.; Kohoutková A.; Vodička J.: Vláknobetony s plnou náhradou přírodního kameniva recykláty, ČVUT v Praze, prosinec 2011, 1. vydání, ISBN: 978-80-01-04968-6;
2. Vodička J.; Šeps K.; Vytlačilová V.: Nový způsob využití stavebních recyklátů v praxi, ČVUT v Praze, 2012, 1. vydání, ISBN: 978-80-01-05185-6;
3. Trhlík M.: Vláknobeton s užitím recyklátů využitelný pro objekty bytové a občanské výstavby, diplomová práce, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra betonových a zděných konstrukcí, 2014;