Vláknobetony jsou stavebním materiálem již dlouhodobě používaným pro zhotovování betonových stavebních konstrukcí. Vláknobeton je kompozitní materiál s konstantními vlastnostmi ve všech směrech. Tato práce se zabývá využitím vláken v betonu.
Vláknobeton a jeho vlastnosti
Vláknobeton je kompozitní materiál s konstantními vlastnostmi ve všech směrech. Vlákna zlepšují mechanické vlastnosti betonu, jako je například pevnost betonu v tahu či odolnost proti obrusu, nebo naopak snižují rozvoj trhlin při procesu tvrdnutí; díky nim je možné i zmenšit šířku trhlin ve ztvrdlém betonu. Syntetická vlákna jsou v poslední době používána pro zvýšení odolnosti betonové konstrukce proti požáru.
- Vlákna zlepšují mechanické vlastnosti betonu.
- Snižují rozvoj trhlin při procesu tvrdnutí.
- Zmenšují šířku trhlin ve ztvrdlém betonu.
- Zvyšují odolnost proti požáru (syntetická vlákna).
Drátkobeton
Drátkobeton musí splňovat veškeré požadavky na beton podle ČSN EN 206-1. Své vlastnosti musí prokázat v testech platných i pro běžný beton, a to podle norem řady ČSN EN 12350 pro zkoušení čerstvého betonu a řady ČSN EN 12390 pro ztvrdlý beton. Pro další rozšíření drátkobetonu ve stavební praxi je však třeba znát i další vlastnost, typickou pro vláknobeton - duktilitu. Tato vlastnost se zjišťuje zkouškou pevnosti betonu v tahu za ohybu. Výsledkem je graf závislosti průhybu na velikosti zatěžovací síly před vznikem makrotrhliny a po něm.
STEELCRETE®: Drátkobeton s garantovanými vlastnostmi
Novinkou z hlediska inovačního řešení v oblasti betonových konstrukcí je beton s rozptýlenou výztuží pod označením STEELCRETE®, kterou zavedl přední výrobce transportbetonu v ČR skupina Českomoravský beton, člen HeidelbergCement Group. STEELCRETE® je beton se zaručenými mechanickými vlastnostmi obsahující rovnoměrně rozptýlená ocelová vlákna - výztuž. Proto vyvinul Českomoravský beton, a. s., nový typ drátkobetonu s označením STEELCRETE®. Výrobce testuje výrobek i na pevnost v tahu za ohybu na základě postupu uvedeném ve firemním předpisu PN ČMB 1-2008, který je shodný s postupem uváděným v německé směrnici pro drátkobetony.
Výroba a dodávka STEELCRETE®
Nový typ drátkobetonu se zaručenými mechanickými vlastnostmi je vyráběn na centrálních betonárnách za nepřetržité kontroly výrobního procesu. Na stavbu je dodáván autodomíchávači a do konstrukce je ukládán přímo nebo pomocí čerpadel či jeřábem a bádiemi. STEELCRETE® je podle ČSN EN 206 a dalších předpisů beton s rozptýlenými ocelovými vlákny vyráběnými přímo v betonárně pro zvolené použití v konstrukci v konzistenci dle potřeb dopravy a ukládání. Je dodáván i jako lehce zpracovatelný beton pro konstrukce odolávající průsakům vody (vodotěsný beton). Betony STEELCRETE lze bez další ocelové výztuže v prvku použít do většiny základových konstrukcí a všech vlivů prostředí.
Čtěte také: Složení betonu
Použití drátkobetonu STEELCRETE®
Tento typ betonu je vhodný především pro konstrukce základových desek, kde může zcela nahradit klasickou výztuž. Potřebné množství drátku na jeden metr krychlový betonové směsi se stanoví stejně jako u klasické výztuže - podle požadovaného zatížení. V kombinaci s klasickou výztuží je drátkobeton vhodný pro provádění stěn podzemních podlaží budov (například při použití tzv. technologie bílé vany) - v tom případě přispívá k redukci klasické výztuže a redukuje šířku možných trhlin v konstrukci. Jeho vliv se výsledně projeví v požadovaných hodnotách vodotěsnosti konstrukce. Jeho kombinace s klasickou výztuží je vhodná i v dalších stavebních konstrukcích, jako jsou stěny, stropy nebo sloupy, vyžadujících vyšší stupeň vyztužení. Drátkobeton STEELCRETE je s výhodou používán na konstrukce základových desek, kde může zcela nahradit klasickou výztuž. Volbou betonu s rozptýlenými ocelovými vlákny se snižuje riziko nesprávného vyztužení či posunutí výztuží při hutnění betonu.
STEELCRETE® je homogenním materiálem, a proto se díky jeho použitím snižuje riziko nesprávného vyztužení či posunutí výztuže při hutnění. Dále zlepšuje soudržnost betonu v detailech konstrukce (hrany) a odstraňuje tzv. opadávání betonu v okrajových částech. Odstraněním nebo částečnou redukcí klasické betonářské výztuže v konstrukci buď zcela odpadá, nebo se značně redukuje požadavek na dopravu a skladování výztuže na stavbě a provádění armovacích prací. Příprava základové desky na betonáž s využitím nové technologie je stejná jako při použití běžného betonu a ocelové výztuže. Po uložení drátkobetonu do bednění desky lze tento hutnit jednoduchým rozvlněním čerstvého betonu, při kterém dojde zároveň k rozlití jeho povrchu do dokonalé roviny.
Bezesparé strojně hlazené betonové podlahy
Zvláštní kategorií jsou bezesparé strojově hlazené betonové podlahy. Bezesparé podlahové desky eliminují největší riziko defektů průmyslových podlah- odlamování hran smršťovacích spár a poškozování výplní těchto spár pojezdem vysokozdvižných vozíků. Tento druh betonových podlah se používá jako finální úprava povrchu. Vsypované materiály jsou předem namíchané směsi na bázi cementu obsahující tvrdá plnidla (např. křemík, korund nebo čedič). Tato vsypová směs se aplikuje do čerstvé betonové mazaniny, kdy minimální třída betonu musí být B20. Vsypový materiál se pravidelně nanese v množství 3-5 kg/m2.
- Impregnace povrchu zamezuje rychlému vysychání a zlepšuje odolnost.
- Vsypová nášlapná vrstva poskytuje zvýšenou odolnost proti vsakování olejů a tuků.
- Betonové podlahy se vsypy jsou armovány svařovanými kari sítěmi nebo ocelovými vlákny.
Textilní beton a vliv rozptýlených vláken
Textilní beton (TRC z anglického textile-reinforced concrete) je materiál vytvořený kombinací nejčastěji jemnozrnného vysokohodnotného betonu (HPC z anglického high-performance concrete) vyztuženého několika vrstvami technických textilií. Experimentální ověření vlivu rozptýlených vláken. Vlákenná výztuž ve čtyřech dostupných variantách byla nejprve optimalizována, a to co se týče množství vláken v referenční směsi HPC s cílem maximálního mechanického účinku vláken v návaznosti na zachování dobré zpracovatelnost primárně samozhutnitelné směsi.
Použité materiály a metody
Směs HPC použitá pro betonáž je podobná se směsí použitou v předchozích experimentech pro lepší možnost vzájemného porovnání výsledků s drobnými modifikacemi v množstvích komponent. Tato byla autory vyvinuta a dále optimalizována na ČVUT v Praze. Jedná se o směs jemnozrnného samozhutnitelného HPC. Pevnost v tahu za ohybu prostého betonu byla stanovena na 14,9 MPa na hranolech s rozměry 40 × 40 × 160 mm se vzdáleností podpor 100 mm dle ČSN EN 12390-5. Jako textilní výztuž byla použita karbonová rohož od české firmy Frisiverto s roztečí rovingů 10 × 15 mm. Optimalizace vzorků byla provedena na vzorcích hranolů velikosti 40 × 40 × 160 mm stanovením pevnosti v tahu za ohybu betonu byla se vzdáleností dolních podpor 100 mm dle ČSN EN 12390-5 se sledováním pracovního diagramu.
Čtěte také: Betonová dlažba Brož
Optimalizace a příprava vzorků
Navržené koncentrace vláken byly přibližně v rozptylu hodnot doporučených výrobcem v technickém listu. Vlákna polypropylenová MasterFiber 012 byla aplikována v množstvích 2, 4 a 6 kg/m3. Optimální kvůli zpracovatelnosti se ukázalo maximální množství 4 kg/m3. Ocelová mikrovlákna MasterFiber 482 byla ověřena v koncentracích 80, 100 a 120 kg/m3, kde přijatelná zpracovatelnost bez tvorby ježků byla přibližně pro všechny vzorky. V kombinaci se zpracovatelností pevnostně nejlépe vyšla koncentrace 100 kg/m3. Polyvinylalkoholová MasterFiber 401 byla ověřena pro koncentrace 10, 20, 30 a 40 kg/m3, kde 40 kg/m3 již nebylo možné zpracovat a optimální koncentrací se tak i z pohledu mechanických parametrů stala koncentrace 30 kg/m3. Strukturální polypropylenové vlákno MasterFiber 230 bylo ověřeno v koncentracích 2, 5, 8 a 11 kg/m3 betonu. Množství 11 kg nebylo zpracovatelné, optimální výsledky poskytovala koncentrace 5 kg/m3. Na vzorcích byl pozorovatelný problém s distribucí vlivem větší délky vláken.
Rozměry všech vzorků byly stanoveny na 360 × 150 × 40 mm. Tloušťka reprezentuje možnosti textilního betonu a zároveň umožňuje aplikaci rozptýlené výztuže mezi dvě vrstvy textilní výztuže. Zkušební vzorky byly v každé sadě v minimálním množství po třech kusech. Uhlíková textilie byla do vzorků použita vždy ve 2 variantách závisle na aplikované orientaci sítě.
Je důležité uvést, že krycí vrstva u spodního povrchu byla vždy provedena z prostého betonu jednak kvůli pohledovosti, ale zejména kvůli problémům s řádným probetonováním vlivem omezených otvorů ve výztuži cca 7 × 12 mm a minimální tloušť krytí výztuže, která činí přibližně 5 mm.
Zatěžovací zkoušky a výsledky
Všechny vzorky byly zatěžovány čtyřbodovým ohybem se vzdáleností podpor 300 mm a se vzdáleností zatěžovacích podpor 100 mm. Zatěžovací destruktivní zkouška byla provedena po 28 dnech zrání vzorků ve vodní lázni. Rychlost zatěžování byla řízena konstantním posunem 2,0 mm/min příčníku zkušebního zařízení pro všechny vzorky. I z vizuálního pozorování vzorků z průběhu zatížení lze konstatovat, že rozptýlená vlákna mají pozitivní vliv na rozvoj a otevírání trhlin.
Nejdůležitějším poznatkem u všech vzorků s vlákny ale je, že maximální hodnota zatížení v porovnání s referencí většinou narůstá a výrazně také narůstá posun, tedy průhyb vzorku, kdy se podařilo úplný kolaps vzorku výrazně oddálit. Změnil se také způsob porušení vzorků, kde při velkých hodnotách zatížení a deformací se trhlina výrazně otevírala nejprve podél uhlíkové výztuže, k otevření klasické šikmé smykové trhliny došlo až po kolapsu vzorku vlivem ztráty soudržnosti výztuže, tedy kotvení. Vlákna zde zcela naplnila funkci smykové výztuže.
Čtěte také: Půjčovna pil na beton – vyplatí se?
U experimentu byl sledován vliv různých rozptýlených vláken v cementové matrici na způsob porušení vzorků textilního betonu. U vzorků silně vyztužených textilní výztuží s rozptýlenými vlákny v cementové matrici s předpokládaným porušením smykem došlo k výraznějšímu efektu spolupůsobení uhlíkové textilie a vláken.
tags: #beton #s #rozptýlenou #výztuží #vlastnosti #a