Použitie vláknobetónu v prefabrikácii

Hoci sa podmienky povoľujúce použitie vlákien ako výstuže so statickým účinkom, najmä ako doplnkovej a v niektorých prípadoch ako hlavnej výstuže, sprísňujú, ich použitie sa stále viac presadzuje. Čoraz častejšie sa používajú aj pri výrobe prefabrikovaných stavebných dielcov.

Oceľové vlákna, ktoré sa používajú v súčasnosti, musia vyhovovať požiadavkám STN EN 14889-1: 2006 (Vlákna do betónu. Časť 1: Oceľové vlákna. Definície, špecifikácie a zhoda). Vlákna so statickým účinkom musia spĺňať požiadavky tejto normy týkajúce sa skupiny vlákien 1 a pri skúške na skúšobnom prvku musia preukázať dostatočnú zostatkovú pevnosť. Ak sa výrobky z vláknobetónu navrhujú v súlade s podmienkami uvedenými v DAfStb Richtlinie Stahlfaserbeton, musia sa aj skúšky realizovať v súlade s predpísaným spôsobom v tejto norme. Nie je možné postupovať v súlade s prevzatou európskou normou.

Pôsobenie vlákien ako výstuže závisí od viacerých charakteristických vlastností vlákien, ako sú štíhlostný pomer, ťahová pevnosť vlákien a spôsob zakotvenia v cementovej matrici. Vo všeobecnosti platí – čím dlhšie vlákno, tým lepší účinok. S prihliadnutím na niektoré obmedzenia pri aplikácii, ako sú rozmiestniteľnosť vlákien v čerstvom betóne, počet vlákien a spracovateľnosť vláknobetónu, však bolo nevyhnutné zaviesť spolu so vzrastajúcim štíhlostným pomerom vlákien aj kvalitnejšie postupy pri dávkovaní do betónu.

Sypaním ručne zo škatule alebo z prepravných vriec nebolo a nie je možné zabezpečiť rovnomerné rozmiestnenie a presné dávkovanie vlákien. Preto sa na dávkovanie vlákien do čerstvej betónovej zmesi používajú dávkovacie zariadenia na to určené (obr. 1). Možno tak zabezpečiť aj kontinuálnu výrobu betónovej zmesi s vláknami, a to nielen pri výrobe prefabrikátov.

Technológia vláknobetónu

Prvý z dvoch faktorov, ktoré ovplyvňujú vlastnosti vláknobetónu, predstavujú oceľové vlákna. Druhým faktorom je receptúra betónovej zmesi spolu s dávkovaním vlákien. Rovnaký druh vlákien môže s betónovou zmesou inej receptúry dosahovať celkom odlišné vlastnosti.

V prípade rovnakého dávkovania vlákien alebo použitia iného typu vlákien, respektíve vlákien s vyššou pevnosťou možno dosiahnuť až dvojnásobne vyššie výsledné hodnoty. Samotný účinok vláknobetónu je tak vyjadrený jednotkami pevnosti v ťahu pri ohybe alebo zostatkovej pevnosti.

Ďalším faktorom ovplyvňujúcim vlastnosti vláknobetónu je pevnosť samotných oceľových vlákien v ťahu. Pri skúškach ukotvenia vlákna v cementovej matrici sa štandardné vlákno musí z betónu pomaly vytiahnuť alebo pretrhnúť. Pri vysokopevnostných vláknach by sa vlákno malo vytrhnúť aj z časti cementovej matrice. Ak sa vlákno vytrhne, možno tvrdiť, že spĺňa kritériá na požadované pretvorenie vláknobetónu.

Účinok vláknobetónu sa hodnotí najlepšie podľa jeho pracovného diagramu. Pri nesprávne zvolených vláknach a nezodpovedajúcej receptúre použitej betónovej zmesi môžu nastať odchýlky hodnôt krivky pracovného diagramu. Výsledkom sú hodnoty nevyhovujúce požiadavkám záväzných smerníc a normatívnych predpisov. Nesprávnym návrhom vláknobetónu sa tak nedosiahnu požadované modely pretvorenia a zostatkových pevností. Vo výsledku je výpočet betónových prvkov nesprávny.

Prefabrikované dielce
Špecifickou vlastnosťou oceľových vlákien rovnomerne rozmiestnených v betóne je schopnosť obmedzovať šírku prípadných trhlín vznikajúcich v betóne. Použitie oceľových vlákien spolu s bežnou výstužou tak môže zohrať významnú úlohu pri výrobe prefabrikovaných dielcov (obr. 2 až 4), a to v podobe vystužovacieho prvku zabraňujúceho zlyhanie dielca.

V budúcnosti sa predpokladá, že sa pri výrobe prefabrikovaných dielcov budú oceľové vlákna aplikovať čoraz častejšie, a to najmä ako náhrada za často zložitú výstuž komplikovaného stavebného dielca. Výroba je síce náročnejšia na kvalitu prípravy podkladu, ale často finančne výhodnejšia. Finančná výhodnosť bola jednoznačne preukázaná pri výstavbe niekoľkých významných logistických centier. Dielce z predpätého betónu s oceľovými vláknami ako prídavnou výstužou, ktoré sa tu použili, mali rovnaké vlastnosti ako štandardne vystužené dielce, ale náklady na ich výrobu boli nižšie.

Ďalšou z pozitívnych vlastností vláknobetónu je schopnosť odolávať vysokým teplotám. Ako ideálna kombinácia sa javí použitie štandardnej výstuže spolu s oceľovými a polypropylénovými vláknami. Použitím polypropylénových vlákien možno vďaka ich technickým vlastnostiam obmedziť odlupovanie častí konštrukcie, ktoré je príčinou vystavenia vnútornej výstuže vysokej okolitej teplote a jej porušenia.

Kombinácia vláknobetónu s oceľovými a polypropylénovými vláknami nachádza svoje uplatnenie predovšetkým v oblasti pozemných konštrukcií a dopravných stavieb. Pri dopravných nehodách totiž hrozí, že pri požiari môže z dôvodu porušenia výstuže vplyvom extrémne vysokých teplôt skolabovať celá konštrukcia.
–>–>

Zakladanie stavieb

Jednou z ďalších možností využitia vláknobetónu je jeho použitie pri zhotovení monolitických základových dosiek. Komplexný návrh monolitickej dosky sa riadi predpísanou metodikou, v ktorej sa berie do úvahy trieda betónu, dávkovanie a typ vlákien, ako aj požadovaná hrúbka betónovej dosky.

Zakladanie stavieb na monolitických vláknobetónových doskách sa v ostatných rokoch teší veľkej obľube nielen pri výstavbe rodinných domov, ale aj pri výstavbe objektov väčšieho rozsahu. Bezškárová monolitická doska sa ukladá na únosnú vrstvu zeminy. V oblastiach s únosnými zeminami možno tieto dosky ukladať dokonca aj ako prefabrikáty priamo na upravenú vrstvu základovej škáry. V oblastiach so zeminami nižšej únosnosti je nevyhnutné realizovať najskôr základovú dosku, ktorá prenesie zaťaženie do zeminy, a až potom samotnú monolitickú dosku z vláknobetónu.

Ani zakladanie priemyselných objektov na monolitických doskách z vláknobetónu nie je výnimkou. Použitie vláknobetónových základových monolitických dosiek predstavuje výrazné úspory finančných nákladov a zjednodušenie výstavby. Nie je nevyhnutné pripravovať jednotlivé základové pätky pod nosné konštrukcie objektu a zároveň sa ani výrazne nenaruší pôvodné podlažie. Ďalšiu úsporu a zjednodušenie predstavuje urýchlenie montáže objektu v zmysle zjednodušenia manipulácie so stavebnými dielcami a strojmi na ploche objektu pri jeho výstavbe. Základová doska z vláknobetónu prenáša do podložia všetky uvažované stále, ale aj náhodné zaťaženia dané konštrukciou objektu a jeho prevádzkou.

Pri zakladaní priemyselných objektov na monolitických vláknobetónových doskách sa musí prihliadať na geotechnické pomery v mieste stavby. Pri týchto objektoch sa požaduje niekoľkonásobne vyššia únosnosť podláh vzhľadom na stále alebo prevádzkové zaťaženia dané samotnou konštrukciou objektu a jej neskoršou prevádzkou. Treba správne nadimenzovať aj podložie pod základovou doskou, prípadne zlepšiť základové pomery podkladových vrstiev umelo, napríklad použitím zeminových pilierov a podobne.

Pri statickom výpočte monolitickej základovej dosky je nevyhnutné postupovať metódou konečných prvkov, ale so správnymi vstupnými hodnotami pre vláknobetón. Tak sa možno vyvarovať prípadných nezrovnalostí a chýb pri výpočte. V prípade nesprávne zvolených vstupných hodnôt môže byť rozdiel vo výsledných hodnotách až 30 %.

Obr. 5, 6 Výroba tubingov

Podzemné stavby
Ďalšou významnou oblasťou, kde sa oceľové vlákna používajú ako výstuž, je podzemné staviteľstvo. Tu nachádzajú vlákna uplatnenie nielen pri výrobe rozličných dnových dielcov, tubingov (kruhové segmenty obr. 5 až 7) a rúr, ale aj v konštruk­ciách pevných jazdných dráhach v železničných tuneloch a v betónových vozovkách v cestných tuneloch (obr. 8).

Prefabrikované dnové dielce z vláknobetónu s oceľovými vláknami sa používajú napríklad na výstavbu prieskumných štôlní. V dielci sa už nachádzajú kotvy na upevnenie koľajníc a stredná časť dielca slúži na odvádzanie vody zo štôlne.

Tubingové dielce sú špecifické v požiadavkách na kvalitu a odolnosť, napríklad pri vyberaní z foriem, transporte na stavbu alebo pri manipulácii pri osadzovaní. Pri vyberaní z foriem sa v prípade týchto dielcov často poškodia rohy alebo hrany. Pri samotnom ukladaní v tunelovej časti sa zase môže odštiepiť časť alebo celá hrana tubingu.

Oceľové vlákna možno ako výstuž so statickým účinkom v kombinácii s polypropylénovými vláknami použiť aj v prípade, ak sa na ostenie tunelov kladie požiadavka na zvýšenú odolnosť proti požiaru.

Predpäté nosníky
Použitie oceľových vlákien, poprípade vláknobetónu na výrobu predpätých betónových dielcov patrí k tým najnáročnejším postupom. Pretože sa tento nový spôsob použitia oceľových vlákien veľmi dynamicky rozvíja, realizovala sa náročná certifikácia metodiky navrhovania. Ako príklad hotového výrobku možno uviesť predpätý väzník Rekers Betonwerk GmbH & Co. KG Spelle, v ktorom sa bežná výstuž nahradila pridaním oceľových vlákien KrampeHarex. Tieto väzníky sa vyrobili a použili pri stavbe centrálneho skladu IKEA v Dortmunde.

Spolu sa vyrobilo 780 prefabrikovaných väzníkov, každý s dĺžkou 20 m,  pričom na každý väzník sa použilo 40 kg oceľových vlákien KrampeHarex 60/08 M, ktoré sa na tento účel certifikovali.

Výsledkom použitia tohto typu väzníkov bolo najmä skrátenie času prípravy dielca, úspora materiálu použitého na vystuženie, výborné výsledné hodnoty pri zaťažení väzníka a celková úspora finančných nákladov na výstavbu.

Záver
Vláknobetón predstavuje vhodnú a finančne výhodnejšiu alternatívu klasicky vystužených betónových konštrukcií, prvkov, ako aj predpätých prefabrikovaných stavebných prvkov.

TEXT: Ing. Petr Herka
FOTO: KrampeHarex CZ

Ing. Petr Herka je konateľom spoločnosti Krampe­Harex CZ, spol. s r. o.

Literatúra
1.    DBV_Merkblatt: Stahlfaserbeton, Deutscher Beton- und Bautechnik- Verein, e. v., Fassung Oktober 2001.
2.    Richtlinie: Faserbeton, Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik, 2002.
3.    Grundsätze für die Erteilun von Zulassung für Faserprodukte als Betonzusatzstoff (Zulassungsgrundsätze), Deutsche Institut für Bautechnik, Fassung Januar 2005.
4.    Untersuchungsbericht „Vergleichende Untersuchung von Stahlfasern“, Hochtief Consult Materials, 2006.
5.    Prüfbericht (Teilbericht 1): Zulassungsprüfungen an Kunstofffasern des Typs PM, Lehrstuhl für Baustoffetechnik Ruhr-Universität Bochum, 2006.
6.    Richtlinie: Innenschalenbeton, Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik, 2002.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.