moznosti vyuzitia novej generacie betonu v betonovych konstrukciach
Galรฉria(10)

Moลพnosti vyuลพitia novej generรกcie betรณnu v betรณnovรฝch konลกtrukciรกch

Partneri sekcie:

Vย uplynulรฝch rokoch, ako aj vย sรบฤasnosti sa venuje vo vyspelรฝch krajinรกch sveta znaฤnรก pozornosลฅ vรฝskumu aย vรฝvoju druhov betรณnu novej generรกcie. Ide nielen oย betรณn sย vysokou pevnosลฅou, pri ktorom sa zaviedol nรกzov vysokopevnostnรฝ betรณn (VPB), resp. vย ลกirลกom pohฤพade na jeho komplexnรฉ fyzikรกlne vlastnosti vysokohodnotnรฝ betรณn (VHB), ale aj oย jemnozrnnรฉ cementovรฉ kompozity sย veฤพmi vysokรฝmi pevnosลฅami aย ลกpecifickรฝmi fyzikรกlnymi vlastnosลฅami. Pri nich sa zauลพรญval nรกzov ultravysokopevnostnรฝ, resp. ultravysokohodnotnรฝ betรณn (UVPB, resp. UVHB).

02hudoba big image
08hudoba big image
10hudoba big image
09hudoba big image
07hudoba big image
06bhudoba big image
06ahudoba big image
04hudoba big image
Tieto novรฉ druhy betรณnu sa vย porovnanรญ sย betรณnom sย beลพnou pevnosลฅou vyznaฤujรบ nielen vรฝnimoฤnรฝmi fyzikรกlnymi vlastnosลฅami, ale aj ลกpecifikami pri vรฝbere zloลพiek ฤerstvรฉho betรณnu aย nรกvrhu jeho zloลพenia, vรฝrobe aย spracovanรญ.

Charakteristika novej generรกcie betรณnov
Novรฝmi eurรณpskymi normami tรฝkajรบcimi sa oblasti betรณnu aย betรณnovรฝch konลกtrukciรญ, formรกlne zastreลกenรฝmi Eurokรณdomย 2 (EC2), sa podฤพa STN EN 206-1: 2002 zaviedla klasifikรกcia 16 pevnostnรฝch tried betรณnu โ€“ od najniลพลกej C 8/10 aลพ po najvyลกลกiu Cย 100/115. Normou na navrhovanie betรณnovรฝch prvkov aย konลกtrukciรญ [3] sa zaviedlo 14 pevnostnรฝch tried hutnรฉho konลกtrukฤnรฉho betรณnu โ€“ od najniลพลกej Cโ€ฏ12/15 po najvyลกลกiu
Cโ€ฏ90/105. Vย sรบฤasnosti vลกak vรฝrobcovia betรณnu vedia bez vรคฤลกรญch problรฉmov navrhnรบลฅ aย vyrobiลฅ vysokopevnostnรฉ druhy betรณnu sย pevnosลฅou vย tlaku aลพ do 140 MPa.

Vย odbornej literatรบre [1], [2] sa zaviedlo formรกlne rozdelenie druhov betรณnu podฤพa pevnostnรฝch parametrov vย tlaku, aย to na obyฤajnรฝ betรณn (OB), teda betรณn sย beลพnou pevnosลฅou do triedy Cโ€ฏ55/60, vysokopevnostnรฝ betรณn po najvyลกลกiu triedu Cโ€ฏ100/115 podฤพa [1] sย hornou hranicou pevnosti vย tlaku do 150 MPa, teda mimo rozsahu poลพiadaviek noriem, aย betรณn sย veฤพmi vysokou pevnosลฅou (UVPB) โ€“ sย pevnosลฅou vย tlaku viac ako 150 MPa. Oblasลฅ UVPB vลกak dosiaฤพ nie je kodifikovanรก vย normรกch. Napriek tejto skutoฤnosti sรบ uลพ sย praktickรฝm vyuลพitรญm UVPB vย nosnรฝch konลกtrukฤnรฝch prvkoch aย konลกtrukciรกch urฤitรฉ skรบsenosti, ktorรฉ dokazujรบ vรฝhody tohto progresรญvneho konลกtrukฤnรฉho materiรกlu. Ich praktickรฝ nรกvrh sa zvyฤajne opiera oย niektorรฉ zahraniฤnรฉ smernice, ktorรฉ nemajรบ charakter normy, ale sรบ nรกvodom pre navrhovateฤพa nosnรฉho prvku, resp. konลกtrukcie zย UVPB [5], [6], [7].

Materiรกlovรฉ aย technologickรฉ ลกpecifikรก UVPB
Princรญp dosiahnutia vysokej pevnosti zatvrdnutรฉho betรณnu sa zakladรก na ลกtyroch zรกkladnรฝch faktoroch. Sรบ to: zvรฝลกenie pevnosti zatvrdnutej cementovej matrice, vyuลพitie kameniva zย hornรญn vysokej pevnosti, zlepลกenie sรบdrลพnosti medzi cementovou matricou aย zrnami kameniva aย vyuลพitie trojosovรฉho (priestorovรฉho) stavu napรคtosti betรณnu vย nosnom prvku [2].

Zvรฝลกenie pevnosti cementovej matrice VPB aย UVPB sa zakladรก na vรฝraznom znรญลพenรญ vodnรฉho sรบฤiniteฤพa, ktorรฝ predstavuje pomer hmotnosti vody (V) kย hmotnosti spojiva (S). Spojivo spravidla predstavuje cement aย ฤalลกie aktรญvne prรญmesi, ako sรบ kremiฤitรฝ รบlet (Kรš), popolฤek (P) aย podobne. Vย prรญpade UVPB ide oย ฤerstvรฝ betรณn sย veฤพmi nรญzkym vodยญnรฝm sรบฤiniteฤพom sย hodnotou pribliลพne 0,2. Takรฝto nรญzky vodnรฝ sรบฤiniteฤพ moลพno dosiahยญnuลฅ iba sย vรฝrazne zvรฝลกenรฝm mnoลพstvom vysokoรบฤinnรฝch plastifikaฤnรฝch prรญsad.

Doterajลกie skรบsenosti sย VPB sย pevnosลฅou vย tlaku pribliลพne do 100 MPa dokazujรบ, ลพe takรบto รบroveลˆ pevnosti moลพno dosiahnuลฅ pouลพitรญm kameniva sย vysokou pevnosลฅou aย zlepลกenรญm sรบdrลพnosti medzi zrnami kameยญniva aย zatvrdnutou cementovou matricou. To sa dรก docieliลฅ pouลพitรญm druhov cementu najvyลกลกรญch pevnostnรฝch tried (najmรค portlandskรฉho cementu), aktรญvnych prรญmesรญ aย vysokoรบฤinnรฝch plastifikaฤnรฝch prรญsad.

Zloลพenie UVPB je vย porovnanรญ sย โ€žtradiฤnรฝmโ€œ VPB, ktorรฝ obsahuje hrubรฉ zrnรก kameniva, postavenรฉ na inom princรญpe. Ide zvyฤajne oย jemnozrnnรฝ cementovรฝ kompozit sย maximรกlnym zrnom kameniva menลกรญm ako 1โ€ฏmm, vysokรฝm obsahom cementu aย aktรญvnych prรญmesรญ (najmรค Kรš) aย neaktรญvnych kremennรฝch mรบฤok plniacich funkciu plniva. Vhodne zvolenรฉ zloลพenie uvedenรฝch zloลพiek UVPB umoลพลˆuje vznik veฤพmi hutnej cementovej matrice zaloลพenej na vysokej hustote usporiadania jemnรฝch neaktรญvnych ฤastรญc aย pevnรฝch vnรบtornรฝch vรคzieb hydraulickรฝch produktov vย mikroลกtruktรบre zatvrdnutรฉho UVPB. Vysokรก pevnosลฅ aย hustota zatvrdnutรฉho UVPB je prรญฤinou jeho nedostatoฤnej duktility (plastickรฉ pretvorenie pred dosiahnutรญm medze pevnosti). Preto pri praktickom vyuลพitรญ UVPB vย nosnรฝch betรณnovรฝch prvkoch sa na dosiahnutie jeho poลพadovanej ลฅaลพnosti pouลพรญva oceฤพovรก rozptรฝlenรก vlรกknovรก vรฝstuลพ.

Okrem uvedenรฝch materiรกlovรฝch ลกpecifรญk UVPB zohrรกvajรบ pri dosiahnutรญ jeho poลพadovanรฝch vlastnosti vย zatvrdnutom stave vรฝยญznamnรบ รบlohu aj technologickรฉ postupy dรกvยญkovania, mieลกania, spracovania aย oลกetrovania.

Technologickรฝ postup pri prรญprave aย vรฝrobe ฤerstvej zmesi UVPB mรก vย porovnanรญ sย betรณnom sย tradiฤnรฝm zloลพenรญm viacerรฉ ลกpecifikรก. Vysokรฝ obsah jemnรฝch aลพ ultrajemnรฝch zล•n si vyลพaduje pouลพitie mieลกacieho zariadenia sย vysokou รบฤinnosลฅou mieลกania (obr.ย 1). Na dรกvkovanie jednotlivรฝch kvapalnรฝch aย pevnรฝch zloลพiek do ฤerstvej zmesi UVHB neexistuje jednotnรฉ pravidlo. Postup dรกvkovania sa vลพdy zakladรก na overovacรญch skรบลกkach sย cieฤพom hฤพadaลฅ optimรกlny postup na zรกklade spรคtnej vรคzby formou vyhodnotenia pevnostnรฝch parametrov vzoriek zatvrdnutรฉho UVPB.

Obr. 2ย  Dรกvkovanie oceฤพovรฝch vlรกkien do ฤerstvรฉho betรณnu UVPB vย mieลกacom zariadenรญ Obr. 3ย  ฤŒerstvรก zmes UVPB sย vlastnosลฅami samozhutniteฤพnรฉho betรณnu

Charakteristickรฝm znakom pri prรญprave
ฤerstvej zmesi UVPB je pouลพitie zรกmesรญ sย menลกรญm objemom vย porovnanรญ sย prรญpravou obyฤajnรฉho betรณnu, ktorรฝ obsahuje hrubรฉ zrnรก kameniva. Vysokรก lepivosลฅ jemnรฝch zloลพiek aย nรญzky obsah vody neumoลพลˆujรบ ich dokonalรฉ rozmieลกanie pri veฤพkom objeme jednej zรกmesi. Dรกvkovaniu oceฤพovรฝch vlรกkien poฤas mieลกania ฤerstvรฉho betรณnu treba venovaลฅ vลพdy zvรฝลกenรบ pozornosลฅ. Po zamieลกanรญ musia byลฅ oceฤพovรฉ vlรกkna rovnomerne rozptรฝlenรฉ vย celom objeme zรกmesi (obr.ย 2). ฤŽalลกรญm ลกpecifikom mieลกania ฤerstvej zmesi UVPB je tendencia โ€žnabaฤพovaลฅโ€œ znaฤnรฝ objem vzduchovรฝch bublรญn vย objeme ฤerstvรฉho betรณnu. Vysokรก lepivosลฅ aย moลพnosลฅ zhutลˆovaลฅ betรณn len vonkajลกou vibrรกciou pri jeho ukladanรญ zabraลˆujรบ intenzรญvnejลกiemu uvoฤพลˆovaniu vzduchovรฝch bublรญn poฤas jeho spracovania. To sa tรฝka vyuลพitia UVPB najmรค vย konkrรฉtnom nosnom prvku. Pri rozptรฝlenej oceฤพovej vlรกknovej vรฝstuลพi vย UVPB je pouลพitie ponornej vibrรกcie vylรบฤenรฉ, keฤลพe tento spรดsob zhutลˆovania nepriaznivo ovplyvลˆuje rovnomernosลฅ rozptylu oceฤพovรฝch vlรกkien vย cementovej matrici. Zย uvedenรฉho dรดvodu musรญ maลฅ ฤerstvรก zmes UVPB reologickรฉ vlastnosti samozhutniteฤพnรฉho betรณnu (obr.ย 3).

ฤŽalลกรญm ลกpecifickรฝm znakom ฤerstvej zmesi UVPB je tendencia vytvรกraลฅ krustu na povrchu uloลพenรฉho aย spracovanรฉho UVPB (obr.ย 4). Tento jav poskytuje spracovateฤพovi UVPB krรกtky ฤas na รบpravu povrchu zhotovenรฉho prvku. ฤŒerstvรก zmes UVPB si vyลพaduje vzhฤพadom na veฤพmi malรฝ obsah zรกmesovej vody (nรญzky vodnรฝ sรบฤiniteฤพ na รบrovni 0,2) intenzรญvne oลกetrovanie. Vรฝznamnรฝm faktorom ovplyvลˆujรบcim vlastnosti zatvrdnutรฉho UVPB je spรดsob jeho oลกetrovania. Doterajลกie skรบsenosti sย UVPB vย okolitรฝch krajinรกch (Poฤพsko, ฤŒR) ukรกzali, ลพe pri UVPB sย pevnosลฅou vย tlaku po 28 dลˆoch do รบrovne pribliลพne 130 MPa moลพno pouลพiลฅ beลพnรฝ spรดยญsob oลกetrovania kropenรญm vodou. Dosiahnutie vyลกลกรญch tlakovรฝch pevnostรญ zatvrdnutรฉho UVPB ako 140 MPa si vyลพaduje uลพ jeho pretepฤพovanie vย ฤase tuhnutia aย tvrdnutia.

Vyuลพitie UVPB vย nosnรฝch prvkoch aย konลกtrukciรกch
Na Slovensku neboli doteraz sย vรฝrobou aย praktickรฝm vyuลพitรญm UVPB ลพiadne skรบsenosti. Za prvรฝ pokus moลพno povaลพovaลฅ spoloฤnรฝ projekt pracovnรญkov firmy STACHEMA Bratislava, a.โ€ฏs., (Ing. Erik Zemรกnek, Ing. Martin Dovaฤพ, PhD.) aย Katedry betรณnovรฝch konลกtrukciรญ aย mostov SvF STU vย Bratislave (prof. Ing. Igor Hudoba, PhD., Ing.ย Jรกn Mikuลก) zaฤatรฝ vย roku 2012. Cieฤพom projektu je vyvinรบลฅ UVPB sย pevnosลฅou vย tlaku 130 aลพ 140 MPa pri prednostnom vyuลพitรญ zloลพiek domรกceho pรดvodu na jeho vรฝrobu. Prรญklad informatรญvneho zloลพenia ฤerstvej zmesi na vรฝrobu UVPB sย pevnosลฅou vย tlaku 140 MPa je zrejmรฝ zย tabuฤพky.

Aplikรกcia UVPB vย praxi je vzhฤพadom na uvรกdzanรฉ ลกpecifikรก vย sรบฤasnosti obmedzenรก. Dรดvodmi sรบ zvรฝลกenรฉ technologickรฉ, ako aj ekonomickรฉ nรกroky. Napriek tรฝmto nevรฝhodรกm aย vzhฤพadom na mimoriadne mechanickรฉ aย fyzikรกlne vlastnosti zatvrdnutรฉho UVPB je vย niektorรฝch prรญpadoch jeho aplikรกcia prรญnosom. Publikovanรฉ vรฝsledky vรฝskumu vย zahraniฤnรญ dokazujรบ, ลพe vย sรบฤasnosti sa dรก vyrobiลฅ UVPB sย pevnosลฅou vย tlaku viac ako 200 MPa. Prvรฝ vรฝskum moลพnosti vyuลพitia UVPB na zhotovenie veฤพmi namรกhanรฝch stฤบpov sa uskutoฤnil vย Japonsku [8]. Ak sa pevnosลฅ zatvrdnutรฉho UVPB vย tlaku blรญลพi kย pevnosti ocele vย tlaku, je legitรญmne uvaลพovaลฅ naprรญklad oย moลพยญnostiach nรกhrady tuhej oceฤพovej vรฝstuลพe vย spriahnutรฝch tlaฤenรฝch prvkoch. Prvรฉ vรฝsledky vรฝskumu vย Nemecku ukรกzali, ลพe ide oย reรกlnu moลพnosลฅ nรกhrady drahej ocele lacnejลกรญm UVPB vย centricky tlaฤenรฝch nosnรฝch spriahnutรฝch stฤบpoch.

Obr. 5ย  Tuhรฉ vรฝstuลพovรฉ jadrรก zย UVPB spriahnutรฉho stฤบpa sย hladkรฝm (a) aย rebrovanรฝm (b) povrchom
ย 
Obr. 6ย  Rรดzne typy vรฝstuลพovรฝch jadier zย UVPB Obr. 7ย  Vรฝstuลพovรฉ kostry spriahnutรฝch stฤบpov sย tuhรฝmi jadrami zย UVPB

Informatรญvne zloลพenie ฤerstvรฉho betรณnu aย zรกkladnรฉ parametre UVPB

Vย sรบฤasnosti prebieha na Stavebnej fakulte STU vย Bratislave vรฝskum moลพnostรญ vyuลพitia tuhรฝch vรฝstuลพnรฝch jadier zย UVPB rรดzneho typu vย spriahnutรฝch stฤบpoch. Na obr.ย 5 aย 6 vidieลฅ rรดzne typy tuhรฝch vรฝstuลพovรฝch jadier zย UVPB. Kompletnรฉ vรฝstuลพovรฉ kostry spriahnutรฝch stฤบpov na experimentรกlny laboratรณrny vรฝskum overenia ich efektรญvnosti zย hฤพadiska odolnosti pri centrickom namรกhanรญ vidieลฅ na obr.ย 7.

Vรฝnimoฤnรฉ vlastnosti UVPB umoลพลˆujรบ jeho vyuลพitie vย nosnรฝch prvkoch rรดzneho typu. Veฤพmi vysokรฉ pevnosti vย tlaku aย vย ลฅahu aย nรกhrada oceฤพovej prรบtovej vรฝstuลพe oceฤพovou vlรกknovou vรฝstuลพou na bรกze mikrovlรกkien umoลพลˆujรบ dosiahnutie extrรฉmne subtรญlnych prierezov nosnรฝch prvkov. Vย sรบฤasnosti sa ukazujรบ moลพnosti ลกirลกieho vyuลพitia najmรค vย oblasti prefabrikovanรฝch dielcov. Na obr.ย 8 aย 9 sรบ uvedenรฉ prรญklady prefabrikovanรฉho streลกnรฉho TT-nosnรญka aย prefabrikovanรฉho schodiskovรฉho ramena zย UVPB.

Obr. 8ย  Prefabrikovanรฝ streลกnรฝ TT-nosnรญk zย UVPB Obr. 9ย  Prefabrikovanรฉ schodiskovรฉ rameno zย UVPB

Zรกvery
Ultravysokopevnostnรฝ betรณn (UVPB) patrรญ do skupiny jemnozrnnรฝch cementovรฝch kompozitov, ktorรฉ sรบ charakteristickรฉ vysokรฝmi pevnostnรฝmi parametrami aย vynikajรบcimi fyzikรกlnymi vlastnosลฅami umoลพลˆujรบcimi vysokรบ odolnosลฅ proti vplyvom agresรญvnych prostredรญ.

Je to novodobรฝ konลกtrukฤnรฝ materiรกl urฤenรฝ vย sรบฤasnosti predovลกetkรฝm na vybranรฉ รบฤely najmรค tam, kde nejde oย veฤพkรฉ objemy, ale oย vysokรบ pridanรบ hodnotu betรณnovรฉho prvku ฤi konลกtrukcie. Je vรฝzvou nielen pre konลกtrukฤnรฝch inลพinierov, ale aj pre architektov. Potenciรกl jeho vyuลพitia vย praktickรฝch aplikรกciรกch vย oblasti nosnรฝch ฤi nenosnรฝch betรณnovรฝch prvkov aย konลกtrukciรญ je vย budรบcnosti veฤพmi veฤพkรฝ.

Tento prรญspevok vznikol za finanฤnej podpory vedeckรฉho projektu VEGA ฤ. 01/0180/10 Faktory ovplyvลˆujรบce vyuลพitie vysokohodnotnรฉho betรณnu vย nosnรฝch betรณnovรฝch prvkoch aย konลกtrukciรกch.

TEXT: prof. Ing. Igor Hudoba, PhD., Ing. Jรกn Mikuลก, Ing. Martin Dovaฤพ, PhD.
FOTO: archรญv autorov

Prof. Ing. Hudoba, PhD., pรดsobรญ na Katedre betรณnovรฝch konลกtrukciรญ aย mostov Stavebnej fakulty STU vย Bratislave.

Ing. Jรกn Mikuลก je doktorandom na Katedre betรณnovรฝch konลกtrukciรญ aย mostov Stavebnej fakulty STU vย Bratislave.

Ing. Martin Dovaฤพ, PhD., pรดsobรญ vย spoloฤnosti STACHEMA Bratislava, a. s.

Literatรบra
1.ย ย ย  Aitcin, P. C.: Vysokohodnotnรฝ betรณn.
Praha: EBS, 2005.
2.ย ย ย  Hudoba, I.: Vysokohodnotnรฝ betรณn; materiรกly, vlastnosti, vรฝroba, vyuลพitie. Bratislava: STU , 2008.
3.ย ย ย  STN EN 1992-1-1: 2006: Navrhovanie betรณnovรฝch konลกtrukciรญ. ฤŒasลฅ 1-1: Vลกeobecnรฉ pravidlรก aย pravidlรก pre pozemnรฉ stavby.
4.ย ย ย  STN EN 206-1: 2002: Betรณn. ฤŒasลฅ 1: ล pecifikรกcia, vlastnosti, vรฝroba aย zhoda.
5. SETRA-AFGC Ultra High Performance Fibre Reinforced Concretes. Interim Recommendation. AFGC Groupe de travail BFUP, January 2002.
6. DAfStB, State of Art Report on Ultra-High-Performance Concrete โ€“ Concrete Technology and Design, Deutscher Ausschuss fur Stahlbeton/German Associaยญtion for Reinforced Concrete. Berlin, Draft 3, 2005.
7. Japan Society of Civil Engineers (JSCI): Recommendations for Design and Construction of Ultra High Strength Fibre Reinforced Concrete Structures (Draft). September 2004.
8. Park, CH. โ€“ Kim, D. S. โ€“ LEE, J. R. โ€“ Sung, Y. H. โ€“ Park. K. Y. โ€“ Tanimura, M.: Development of 200 MPa
Ultra-High Strength Concrete and Test Application for Super High Rise Buildings. In: Zbornรญk 8. medzinรกrodnรฉho sympรณzia oย vyuลพitรญ vysokopevnostnรฉho aย vysokohodnotnรฉho betรณnu, Tokio, Japonsko, 2009, s. 1 276 โ€“ 1 281.

ฤŒlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise Stavebnรฉ materiรกly.