Beton je a nepochybně bude i nadále základním konstrukčním materiálem pro výstavbu budov, mostů, silnic, tunelů, přehrad a dalších staveb. Uváží-li se množství vyrobeného betonu a počet realizovaných betonových konstrukcí, je zřejmý značný význam tohoto materiálu a optimalizace betonových konstrukcí reprezentuje velký potenciál ke zvýšení komplexní kvality staveb z hlediska kritérií udržitelné výstavby.
Celosvětová produkce betonu vzrostla v posledních 50 letech více než 12 krát a s ohledem na rostoucí počet lidí a jejich zvyšující se požadavky bude nepochybně potřeba betonu stále narůstat. Vliv betonových konstrukcí na životní prostředí je s ohledem na velikosti jejich produkce velmi významný, a to i přesto, že množství škodlivých emisí svázaných s výrobou jednoho kg betonu je v porovnání s jinými konstrukčními materiály relativně malé.
Výroba betonu na jednoho obyvatele se ve vyspělých zemích pohybuje mezi 1,5 - 3 tunami ročně. Z toho vyplývá obrovská spotřeba primárních neobnovitelných surovin (na výrobu cementu, těžbu štěrků a kameniva) a značná spotřeba energie. Těžba surovin, transport, výroba stavebních prvků, vlastní výstavba a další kroky životního cyklu jsou spojeny s produkcí škodlivých emisí (CO2, SO2 aj.) a spotřebou energie, které jsou svázané s existencí každého materiálu v konkrétní konstrukční situaci a v konkrétním čase.
Zvlášť v českých podmínkách, kde je tradice betonového stavitelství včetně výroby komponentů velmi vysoká, lze prostřednictvím optimalizace managementu, technologií výroby a procesu návrhu betonových staveb, dosáhnout významných příspěvků k řešení globálních cílů v oblasti udržitelné výstavby. Je zřejmé, že některá z opatření, která vedou k environmentálně šetrnějšímu nakládání se zdroji, mohou být z hlediska počátečních investičních nákladů vnímána jako méně výhodná.
Beton je materiál typický svojí dlouhou trvanlivostí. Zastřešení Pantheonu v Římě bylo realizováno již téměř před dvěma tisíci lety a stále udivuje svojí architektonickou i konstrukční kvalitou. Jeho kopule o průměru 43,3 m byla po mnoho staletí největší na světě a stále představuje největší kopuli z nevyztuženého betonu. Od dob výstavby Pantheonu prošel beton dlouhým vývojem, který se téměř revolučně urychlil v posledních 20 letech, kdy se mechanické i další vlastnosti nových druhů betonů výrazně měnily.
Čtěte také: Složení betonu
Došlo k podstatnému zvýšení používání vysokohodnotných betonů s doplňkovými cementujícími přísadami z průmyslových odpadů, jako je elektrárenský popílek, křemičitý úlet nebo granulovaná vysokopecní struska. Konstrukce z vysokohodnotných betonů mají větší životnost a vyžadují menší náklady na údržbu, než je tomu u tradičních betonových konstrukcí. Navíc vysokohodnotné betony využívají méně cementu než tradiční beton, což znamená redukci množství emisí CO2.
Vyšší pevnosti vysokopevnostních betonů umožňují realizaci subtilnějších konstrukčních prvků, vyžadujících menší množství primárních surovin - kameniva i cementu, se současným snížením environmentální zátěže, vzhledem k menším nárokům na dopravu materiálů. V posledním období se stále ve větší míře využívají různé druhy vláknobetonů. Lepších vlastností (pevnost, duktilita, trvanlivost) se dosahuje prostřednictvím rozptýlené vláknové výztuže z plastu nebo oceli.
Green concrete je charakteristický především maximální mírou využití recyklovaných složek, jako je elektrárenský popílek, vysokopecní struska, eventuálně i částečná náhrada kameniva recyklovaným betonem. Všechny výše uvedené nové vlastnosti přispívají k tomu, že beton může být využíván jako materiál pro konstrukce, které si kladou za cíl dosahovat nejlepších parametrů z hlediska širokého spektra kritérií udržitelnosti.
Vlastnosti a výhody betonu se skleněnými vlákny
- Tepelně akumulační vlastnosti betonu přispívají k úsporám energie potřebné pro vytápění a chlazení vnitřního prostředí budov.
- Nové technologie betonu umožňují využití průmyslových odpadů jako druhotných surovin ve skladbě betonové směsi: popílek, struska, křemičitý úlet apod. Tím dochází k úspoře primárních surovinových zdrojů.
- Použitý beton z demolic může být ze 100 % recyklován a využit jako náhrada kameniva v konstrukci zemních těles u dopravních, vodních, ale i pozemních staveb.
- Do určité míry lze využít recyklovaného betonu i jako náhrady za kamenivo v betonu novém.
- Betonové konstrukce s vysokou trvanlivostí a dlouhou životností jsou z hlediska celého životního cyklu konstrukce méně energeticky i materiálově náročné s ohledem na menší nároky na údržbu, rekonstrukce i demolice.
- Kvalitně provedený betonový povrch nevyžaduje další interiérové a exteriérové povrchové úpravy.
- Výroba betonu a prefabrikovaných betonových prvků „na míru“ pro konkrétní konstrukce umožňuje redukci odpadu ve výrobě i na stavbě.
- Beton lze často vyrábět z lokálně dostupných zdrojů, čímž lze redukovat náklady za dopravu i související environmentální dopady touto dopravou způsobené (emise, hluk, prašnost).
- Při využití doplňkových cementujících materiálů - popílku nebo strusky - jako náhrady za energeticky náročný portlandský cement lze podstatně snížit hodnoty svázané (embodied) energie a svázaných emisí CO2 a SOx.
Optimalizace a úspory
- Při realizaci subtilních betonových konstrukcí optimalizovaných průřezů (žebrové, kazetové, komůrkové aj.) lze dosáhnout redukce nejenom materiálových nákladů, ale především nákladů dopravních a manipulačních.
- Ačkoliv je jednotková cena (za 1 m3) vysokohodnotných betonů vyšší než u betonu běžného, může při vhodné aplikaci vycházet výsledná cena konstrukce výhodněji (s ohledem na použití výrazně menšího množství). Další úspory jsou spojeny s větší trvanlivostí a životností konstrukce.
- V porovnání s jinými materiály mají betonové konstrukce dlouhou životnost, jsou odolné vůči klimatickým vlivům, dobře odolávají opotřebení provozem, málo podléhají degradačním účinkům. S tím souvisí i menší náklady na provoz, údržbu a demolice.
- Konstrukce z vysokohodnotných betonů mají v porovnání s jiným konstrukčním řešením zpravidla větší trvanlivost (úspory v údržbě, opravách) a životnost (úspory související s delším využitím konstrukcí).
- Betonové konstrukce mohou vzhledem ke svým akumulačním vlastnostem přispět ke snížení provozních nákladů na chlazení a vytápění budov.
- Dobré akustické vlastnosti - betonové stěny a stropy vykazují v porovnání s jinými konstrukčními řešeními vysoké hodnoty vzduchové neprůzvučnosti.
- Kvalitně provedené betonové povrchy stěn, sloupů a podhledů stropů se snadno udržují, dobře čistí a mají dlouhou trvanlivost.
- Betonové konstrukce nejsou zdrojem toxických emisí nebo těkavých organických látek (VOC).
Flexibilita a bezpečnost
- Beton umožňuje značnou flexibilitu návrhu vzhledem k možnosti téměř libovolného tvarování prvků limitovaného pouze statickými požadavky spolehlivosti.
- Při využití velkorozponových železobetonových konstrukcí zastropení lze vytvořit variabilní vnitřní prostor umožňující adaptaci vnitřního uspořádání prostoru v průběhu životnosti nosné konstrukce budovy.
- Vyšší bezpečnost betonových konstrukcí před vznikem požáru, působením větru a působením vody.
- Vyšší bezpečnost betonových konstrukcí před mimořádnými účinky seismicity, explozí a teroristických útoků.
Optimalizace tvaru a složení
- Optimalizace tvaru s cílem snížení spotřeby materiálu vede k subtilním vylehčeným průřezům konstrukcí. Klasický přístup odlehčení ve formě kazetové nebo žebrové konstrukce byl použitý již při stavbě Pantheonu a je pro velké rozpony používán i v současných stavbách.
- Zachování rovného podhledu betonové stropní konstrukce při současné snaze o snížení plošné hmotnosti vede k vylehčování jádra železobetonového průřezu různými typy vložek z lehkých materiálů. Tímto způsobem lze dosahovat vylehčení stropní desky a současně úspory betonu o 30 - 50 %. Stejným způsobem lze vylehčovat i železobetonové základové desky.
- Další možností je používání lehkých konstrukčních betonů. Opět jde o princip velmi starý použitý již na zmíněné kopuli Pantheonu. V případě železobetonové konstrukce je však třeba řešit otázku zvýšeného rizika koroze výztuže v pórovité struktuře lehkého betonu.
- Vysokohodnotné betony lze použít pro optimalizované tvary železobetonových průřezů, které mohou být s ohledem na mechanické vlastnosti materiálu velmi subtilní. Často se využívá kompozitních vláknobetonů, vyztužených ocelovými, skleněnými nebo plastovými vlákny.
- Recyklované odpady mohou být využity ve vlastní betonové směsi nebo pro výrobu bednicích prvků event. dalších komponentů železobetonové konstrukce. Pro zvýšení pevnosti a zpracovatelnosti se využívá popílku, strusky nebo křemičitého úletu, které navíc nahrazují primární kamenivo a vzhledem k cementujícím vlastnostem snižují spotřebu energeticky náročného portlandského cementu.
- Prostředkem ke zvýšení environmentální kvality a ekonomické efektivnosti betonu a betonových konstrukcí je větší míra recyklace betonu z demolic a využívání recyklátů v další stavební výrobě.
- Použitý beton z demolicí staveb lze plně využít jako zásypový materiál, nahrazující přírodní kamenivo v zemních tělesech dopravních, vodních a pozemních staveb. Do určité míry lze recyklovaného betonu použít i do betonu nového, jako náhrada přírodního kameniva. Problémem je v tomto případě snížení mechanických vlastností betonu.
Inovativní aplikace a příklady
V roce 2003 byla dokončena 12 podlažní administrativní budova pro biotechnologickou firmu Genzyme. Pro hlavní konstrukci byl použit železobetonový skelet s lokálně podepřenými deskami a vnitřním ztužujícím železobetonovým jádrem. Návrh budovy vycházel z požadavku optimalizace spotřeby provozní energie v průběhu roku při maximálním uplatnění pasivních prvků. Nezakryté betonové konstrukce se výrazně uplatňují v pasivním energetickém konceptu svojí akumulační schopností.
Architekti Pelli Clark & Associates Architects a SLCE Architects navrhli 27 podlažní budovu Solaire na Manhattanu v New Yorku, dokončenou v roce 2003. Železobetonová konstrukce byla zvolena především z důvodů akumulačních vlastností, v důsledku kterých se vyrovnávají denní teplotní výkyvy a redukuje se tak potřeba energie na vytápění a chlazení. Většina betonových konstrukcí je z betonu s cementujícími přísadami z recyklovaných odpadových surovin (18 % popílku). V základové konstrukci byl podíl popílku dokonce 40 %.
Čtěte také: Betonová dlažba Brož
Komplex budov Environment Park byl postaven na místě brownfieldu po zrušené průmyslové zástavbě v blízkosti centra města Torina. Nosná konstrukce zkušebních laboratoří je tvořena železobetonovým prefabrikovaným sloupovým systémem, který je zakryt zemním valem a vrstvou zeminy se zavlažovacím systémem umožňujícím vegetaci intenzivní zeleně (tráva, keře).
LiTraCon: Průsvitný beton
LiTraCon je nový stavební materiál z betonu a skla, který propouští světlo. Základními složkami průsvitného betonu jsou skleněná vlákna a jemnozrnný beton. V případě materiálu LiTraCon jsou drobná skleněná vlákna dokonale smíšena s betonovou kaší a stávají se tak její součástí podobně jako drobné kamenivo. Průsvitnost materiálu vytváří skleněná vlákna, která vedou světlo hmotou betonu mezi protilehlými povrchy prvků.
Mezi dvěma hlavními povrchy každého bloku z průsvitného betonu vedou tisíce paralelně uspořádaných optických skleněných vláken a vytvářejí matrici. Z nového typu betonu lze vyrábět především prefabrikované stavební dílce a panely o různých velikostech, případně je možné do nich zapustit i tepelnou izolaci. Skleněná vlákna nemají žádný negativní vliv na pevnost betonu v tlaku, a proto je možné beton se skleněnými vlákny použít i na nosné konstrukce.
Poprvé byl průsvitný beton použit v roce 2002 pro pochozí povrch náměstí ve vnitřní části Stockholmu. Stěny budovy ve tvaru kostky tvoří bloky z průsvitného betonu. Stavba, která se z vnějšku podobá spíše transformační stanici, je umístěna v centru předměstí chudého na architektonické podněty. Světlo vnikající do vnitřního prostoru skrze zdi silné 500 mm vytváří uvnitř klidnou, příjemnou atmosféru.
Další dílo - Europe Gate (Evropská brána) bylo vytvořeno během léta 2004 na oslavu vstupu Maďarska do EU. Betonový blok o rozměrech 400 x 1200 x 60 mm byl zabudován do okna jídelny obrácené k jihu. Během dne blok prozařuje slunce a v noci jím naopak prochází světlo z vnitřních světelných zdrojů.
Čtěte také: Půjčovna pil na beton – vyplatí se?
Tabulka vlastností LiTraCon
| Vlastnost | Hodnota |
|---|---|
| Forma | prefabrikované panely/bloky |
| Složky | beton, optická vlákna |
| Podíl vláken | 3 až 5 objemových % |
| Průsvitnost | 3 % (při 4 objemových % optického vlákna) |
| Objemová hmotnost | 2400 kg/m3 |
| Pevnost v tlaku | 32 až 49 MPa |
| Pevnost v ohybu | 7,7 MPa (při použití např. jako pochozí dlažba) |
| Tloušťka | 20 až 3000 mm |
| Maximální velikost bloků | 300 x 600 mm |
| Povrch | leštěný |
| Tepelná izolace | možná |
tags: #beton #se #skleněnými #vlákny #vlastnosti