Dřevostavby a používání betonu z recyklovaných surovin
Kvalita dřevostaveb souvisí (mimo jiné) s materiálem nosných prvků. V rámci projektu výzkumného záměru byly provedeny zatěžovací zkoušky na dvou různých modelech dřevobetonových stropních konstrukcí s využitím betonu z druhotných surovin.
1. EXPERIMENTÁLNÍ ČINNOST
1.1. Modely spřažených stropních konstrukcí
Beton z druhotných surovin byl použit z důvodu, že není v této oblasti využití běžnou záležitostí. Byl použit - dle speciálně navržené receptury - lehký beton s využitím popílku a kameniva liapor. Pro experimentální výzkum byly připraveny 2 modely stropních konstrukcí s různým způsobem spřažení:
- model konstrukce spřažené hřebíkovými spoji
- vzdálenosti řad hřebíků v krajních polích (cca do 1m od podpor) 200 mm a uprostřed rozpětí 300 mm od sebe, hřebíky v řadách po 2 ks,
- model konstrukce spřažené s betonovou deskou formou střídavého bednění
- pro spřažení bylo použito střídavé bednění z prken tl. 25 mm a šířky 80 mm umístěné na plnoplošný záklop z desek. Mezery mezi horními prkny střídavého bednění byly 70 mm.
Modely reálných stropů byly provedeny v rozměrech 3300x1280 mm, použity byly 3 dřevěné stropnice o průřezu 80/120 mm a byla provedena betonáž desky tl. 60 mm. Spřažení konstrukce bylo zajištěno běžnými stavebními hřebíky 5/150 mm.
1.2. Zatěžovací zkoušky
Experiment následně spočíval ve sledování několika různých charakteristik spřažené konstrukce, největší pozornost byla věnována provedení zatěžovací zkoušky na čtyřbodový ohyb - pro sledování závislosti průhybu zatěžovaného modelu na velikosti zatěžovací síly.
Zatěžování modelů spřažených stropů bylo prováděno až do porušení konstrukce a probíhalo cyklicky s pozvolným nárůstem zatížení po skocích 5 kN: rostoucí zatížení bylo střídáno odtížením modelu na výchozí hodnotu zatížení na lisu 5 kN.
Bylo zajímavé, že i při dosažení těch nejvyšších zatěžovacích sil v průběhu experimentu zůstala betonová deska u obou modelů neporušená a po odtížení konstrukce se dřevěné trámy i s nadbetonovanou deskou navrátily téměř k původnímu tvaru modelu (bez výrazného průhybu). Modely stropů, zejména betonové desky, se chovaly při zatížení velmi pružně.
 |
 |
Obr. 1 Schéma zatěžovací zkoušky na čtyřbodový ohyb a foto z její skutečné realizace
1.2.1. Model stropu spřaženého hřebíkovými spoji
Deformace modelu spřaženého stropu byla při konečné fázi zkoušky zřetelně viditelná a při dosažení celkové zatěžovácí síly na lisu S=62 kN (takže F=31 kN) došlo ke kolapsu konstrukce - porušil se krajní trám ve střední části (průhyb 50 mm) a zároveň došlo k porušení středního trámu v místě suku (cca uprostřed rozpětí). Průhyb středního trámu při porušení byl cca 37 mm.
Dále byl sledován posun jednotlivých vrstev skladby stropu vůči sobě v určitých bodech po délce krajního trámu. Nejvýraznější posun byl zaznamenán na styku trámu a záklopu z prken ve vzdálenosti 300 mm od kraje podpory, kdy u síly S=40 kN byl posun v hodnotě cca 4 mm. Mezi záklopem a betonovou deskou byl u stejné hodnoty zatížení sledován posun v max. míře 2 mm, ovšem v místech u podpory.
1.2.2. Model stropu spřaženého formou střídavého bednění
K porušení konstrukce modelu dřevobetonového stropu se střídavým bedněním došlo při zatížení na lisu S=56 kN, kdy u středního trámu došlo k destrukci vlivem tahového napětí a došlo k odloučení spodních vláken průřezu uprostřed rozpětí trámu. Průhyb byl v tom okamžiku naměřen v hodnotě cca 44 mm. Porušení v podobě viditelné trhliny bylo zaznamenáno také u krajního trámu ve vzdálenosti 1000 mm od podpory.
Mezi trámem a souvislým záklopem byl sledován max. posun 4mm ve vzdálenosti 400 mm od podpory. Mezi záklopem a deskou střídavého bednění byl potom posun v max. hodnotě 1,5 mm naměřen u podpory. Deska střídavého bednění a betonová deska vykazovaly vůči sobě max. horizontální posun o 2mm, také v místě u podpory.
 |
 |
Obr. 2 Ukázky ze zatěžovací zkoušky hřebíkového stropu - viditelná deformace modelu stropu při zatěžování, vpravo porušený střední trám (v důsledku zatížení na lisu S= 56 kN)
2. SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ EXLERIMENTŮ
Konstrukce modelu stropu se střídavým bedněním vykazuje o něco větší přetvoření při sledovaném zatížení oproti chování modelu spřažené konstrukce hřebíky. Největší deformace vykazoval strop čistě dřevěný bez spřažení, který byl stejnému experimentu podroben již dříve.
Obr. 3 Deformační diagram u experimentů na modelech spřažených stropních konstrukcí a na modelu čistě dřevného stropu (jen trámy s bedněním z prken). Průběh je zaznamenám u krajních trámů (znázorněno průměrnou hodnotou) a u středního trámu každého modelu. [1]
Provedení spřažené dřevobetonové konstrukce má tedy značný význam a dochází zde k využití nejlepších vlastností obou použitých materiálů - přenos tlaku betonem a tahu dřevěným trámem. Dílčí výsledky můžeme shrnout následovně:
- Vytvořením kompozitní konstrukce dochází ke značnému zvýšení tuhosti, což souvisí s typem použitého spřažení: největší deformace vykazoval strop čistě dřevěný bez spřažení, následuje strop spřažený pomocí střídavého bednění a dále strop s hřebíkovými spoji s recyklovaným betonem,
- Pro dosažení stejné hodnoty průhybu musí být hodnota zatěžovací síly oproti dřevěnému stropu u modelů spřažených stropů s betonem z recyklovaných surovin přibližně 1,7x vyšší (jak u stropu spřaženého hřebíky, tak u stropu se střídavým bedněním),
- Dále je možno pozorovat v souvislosti se způsobem použitého systému spřažení rozdílné hodnoty vodorovných posunů mezi jednotlivými vrstvami skladby stropu. Mezi dřevěnou stropnicí a betonovou deskou byl posun u stropu spřaženého hřebíky menší než u stropu se střídavým bedněním, což dokladuje lepší smykovou únosnost hřebíkového spoje (viz. Tab.1)
- Vzhledem k tomu, že lehčený recyklovaný beton má nižší objemovou hmotnost, a proto méně zatěžuje stávající dřevěný strop ve fázi aplikace mokré směsi i následně v průběhu jeho životnosti, můžeme předpokládat nižší průhyb konstrukce - při srovnání s konstrukcí s aplikací hutného betonu;
- dá se předpokládat, že nižší objemová hmotnost lehčeného betonu z recyklovaných surovin má ovšem negativní vliv co se týká modulu posunutí hřebíkového spoje, nicméně pro reálné smykové zatížení u kompozitní konstrukce má tento beton zřejmě dostačující parametry.
Tab.1 Srovnání výsledků provedených experimentů u obou modelů spřažených stropů.
3. ZÁVĚR
V současné době již jsou dokončeny experimenty u modelů spřažených stropů s použitím betonu z druhotných surovin. Základní dosažené výsledky jsou popsány v předchozích odstavcích, k úplnému dokončení této části výzkumu je potřeba nyní ještě vyhodnotit část sledovaných veličin:
- napětí v betonové desce (pomocí zabudovaných tenzometrů);
- podrobněji popsat deformace v podobě horizontálního posunu jednotlivých vrstev skladby konstrukce;
- vyhodnotit vlhkostní namáhání dřevěné části kompozitu při použití mokrého procesu betonáže.
Výsledkem již provedených a následných experimentů bude optimalizace návrhu spřažené dřevobetonové konstrukce a soubor doporučení pro stavební praxi. Možnost aplikace betonu s využitím druhotných surovin u dřevobetonových konstrukcí by jistě byla pro stavebnictví a zejména ekologický záměr výstavby značným přínosem, nyní jsme dokázali v rámci experimentální činnosti vhodnost použití tohoto typu betonu pro spřaženou konstrukci.
V další fázi výzkumu bychom se rádi zaměřili na kročejovou neprůzvučnost u dřevěných stropů. Pokusíme se uplatnit ve skladbě podlahy opět materiál na bázi druhotných surovin a na základě výpočtových simulací ověřit jeho vhodnost z hlediska kročejové neprůzvučnosti.
Poděkování: Příspěvek vznik za podpory výzkumného záměru MSM 0021630511 "Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí".
Literatura
[1] PEXOVA, J., NOVOTNÝ, M., ŠUHAJDA, K. Spřažené dřevobetonové stropy s aplikací betonu z druhotných surovin v oblasti rekonstrukcí. Sborník konference Poruchy a rekonstrukce 2008, Ostrava, 2008, str. 26, ISBN 978-80-248-886-3
[2] PEXOVÁ, J., NOVOTNÝ,M. Experimentální analýza vlastností dřevobetonové stropní konstrukce. Sborník přednášek z odborného semináře se zahraniční účastí Dřevostavby 2008, Volyně: VOŠ Volyně, 2008, str. 188-192, ISBN 978-80-86837-18-5
The quality of a wooden building depends (among other things) on the materials of the supporting structures. Within a research project, load tests were carried out on two different wood and concrete roofing structures that used recycled materials.
