Inovativní kompozitní tyče jako výztuž pro betonové konstrukce jsou ve stavebnictví stále používanější. Jsou odolné vůči korozi, jsou pevnější a lehčí než ocel a nemění své vlastnosti ani při změně teplot, a proto je tento nový materiál velmi slibný do budoucna. Jsou také řešením při současných omezených dodávkách stavební oceli. Beton se jako primární výztužný materiál v betonu používá po desetiletí, avšak materiálové vlastnosti ocelové výztuže v současné době neodpovídají novým požadavkům. V těchto případech lze využít výhod kompozitů GFRP. Takový materiál má vyšší pevnost v tahu, je odolný proti korozi, nemagnetický, snadno se opracovává a je mnohem lehčí než ocel. Významně snižuje náklady na stavbu, lidské zdroje a mnohonásobně snižuje uhlíkovou stopu CO2, a to až 5x.
Vlastnosti kompozitní výztuže (FRP)
Kompozitem je každý materiál, který se skládá z minimálně dvou hlavních komponent s výrazně se lišícími fyzikálními vlastnostmi. Vzájemným spojením výhodných vlastností betonu a oceli vznikl ve stavebnictví nejrozšířenější a nejvíce používaný kompozit současnosti - železobeton. Nicméně, životnost železobetonových staveb je úzce limitována korozí konvenční ocelové výztuže betonu (z uhlíkové, tj. nelegované oceli). FRP kompozity lze obecně popsat jako materiály tvořené dvěma složkami - nosnou složkou vyskytující se ve formě jednosměrně orientovaných vláken a pojivovou složkou tvořenou polymerní matricí.
Složení a výroba
PREFA KOMPOZITY, a.s. vyrábí kompozitní prvky z materiálu o složení pojivo / vláknová výztuha. Nejčastěji se jedná o kompozit z organické polymerní pryskyřice a skleněných vláken. Do pryskyřice se při výrobě přidávají i různé přísady na zlepšení materiálových vlastností. Kompozitní výztuž se vyrábí pultruzí ze svazku anorganických vláken, pojených vhodnou polymerní pryskyřicí. Po vytvrzení pryskyřice se tažená tyč buď řeže na příslušnou délku, nebo u menších průměrů se navíjí do svitku podobně jako předpínací drát.
Typy vláken a jejich značení
Výsledné vlastnosti kompozitu jsou dány především typem a vzájemným poměrem obou složek. Nejběžnějšími typy používaných vláken jsou vlákna skelná (vzhledem k alkalickému prostředí betonu je vhodnější použít alkaliresistentní (AR) sklo), uhlíková, čedičová a aramidová. Typem použitého nosného vlákna je dáno značení výsledného produktu:
- GFRP (Glass Fibre Reinforced Polymer) - výztuž tvořená skelnými vlákny
- CFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymer) - uhlíková výztuž
- AFRP (Aramid Fibre Reinforced Polymer) - aramidová výztuž
- BFRP (Basalt Fibre Reinforced Polymer) - čedičová výztuž (často používaná v zemích bývalého SSSR)
Všechny typy nosných vláken jsou lineárně elastické, ale zároveň křehce lámavé. Jednotlivé typy nosných vláken je možné za účelem snížení nákladů a pro dosažení požadovaných parametrů kombinovat. Výsledkem jsou potom tzv. hybridní typy FRP výztuží. Do této skupiny patří například výztuž typu C-GFRP vyvinutá firmou PREFA Kompozity, a. s. Výztuž je tvořena dvěma druhy nosných vláken.
Čtěte také: Složení betonu
Ortotropní chování a mechanické parametry
Důležitou vlastností FRP výztuží, vyplývající z jejich fyzikální podstaty, je ortotropní chování - materiálové charakteristiky FRP výztuží dosahují rozdílných hodnot ve směru orientace nosných vláken a ve směru kolmém na tato vlákna. V podélném směru (tj. ve směru orientace vláken) jsou hodnoty výsledných vlastností dány zejména vlastnostmi vláken, zatímco ve směru příčném (kolmém na vlákna) je nositelem výsledných vlastností výhradně matrice. V konečném důsledku dosahují výsledné mechanické parametry určované ve směru vláken násobně (10x až 100x) lepších hodnot než ve směru kolmém na vlákna. Stejně jako pevnost v tahu, tak i modul pružnosti kompozitní výztuže je přímo závislý na typu použitých vláken. Z pracovního diagramu je zřejmé, že právě modul pružnosti a nikoliv pevnost v tahu bude limitujícím prvkem pro použití kompozitní výztuže.
Materiálová životnost a povrchové úpravy
Materiálovou životnost kompozitů ovlivňuje řada faktorů. Největší nepříznivý vliv na kompozity mají agresivní chemikálie, povětrnostní podmínky (mráz, teplota, vlhko), UV záření, vysoká pracovní teplota. UV záření je běžně součástí slunečního záření a je nebezpečné všem organickým materiálům. Na trhu je výztuž s povrchem zcela hladkým, s povrchem hladkým se spirálovým ovinutím, s povrchem opatřeným pískovým posypem, s ovinutím a pískovým posypem i s povrchem žebírkovaným. Z uvedeného důvodu je nutné návrh konstrukce nebo dílců na bázi kompozitní výztuže upravit podle soudržnosti s betonem konkrétního typu výztuže.
Výhody a nevýhody kompozitní výztuže
Výhody
FRP materiály byly původně díky velmi dobrému poměru únosnosti ke své váze využívány především v leteckém a automobilovém průmyslu. V posledních dekádách ovšem nacházejí i širší uplatnění ve stavebnictví. Je to dáno především výhodnými fyzikálně-mechanickými a chemickými vlastnostmi tohoto materiálu. Kompozitní výztuže mají oproti výztužím ocelovým především:
- podstatně vyšší odolnost vůči agresivním chemikáliím (kyseliny, chloridy apod.)
- jsou korozivzdorné
- velmi lehké
- nevodivé a netečné k působení magnetického pole (nestíní radiový signál, jsou netečné vůči bludným proudům apod.)
FRP výztuže mohou mít (s ohledem na zvolené složení) výrazně vyšší tahové pevnosti než klasické ocelové výztužné vložky. Kompozitní výztuž nevede elektrický proud a tím nevzniká elektromagnetické pole, stavba je tak nerušivá pro citlivé přístroje a elektroniku. Nevznikají indukční proudy zahřívající výztuž a celou strukturu stavby. Také zabraňuje karbonizaci betonu, čímž minimalizuje škody a minimalizuje náklady na údržbu. Toto řešení si vystačí s menší betonovou pokrývkou, což snižuje stavební náklady. Kompozitní výztuž je 5x lehčí než srovnatelná ocelová armatura. Jednodušší manipulaci a nižší transportní náklady je její cena zcela konkurenceschopná.
Nevýhody
Mezi nevýhody využití kompozitů jako náhrady vázané ocelové výztuže patří především skutečnost, že jejich vlastnosti jsou v dlouhodobém horizontu negativně ovlivněny zásaditostí betonu, které se pohybuje u nových betonů v rozsahu pH 12,4 až 13,7. Matrice kompozitních výztuží je navržena tak, aby ochránila vlákna před působením těchto látek, ale hydrolýzou, plastifikací a bobtnáním může dojít k degradaci matrice samotné. Podstatnou nevýhodou především levnějších GFRP výztuží je jejich nízký modul pružnosti (v porovnání s ocelí), který snižuje výslednou tuhost konstrukce. Nespornou nevýhodou (především v očích investora) je vyšší pořizovací cena kompozitní výztuže. Na druhou stranu některé typy vláken, zejména vlákna skleněná, špatně odolávají opakovaným změnám napětí, ke kterým dochází v cyklicky nebo dokonce dynamicky namáhaných konstrukcích. Dále je nutné vzít v úvahu, že kompozitní výztuž obsahuje polymerní pryskyřici, a proto je třeba se zabývat její reakcí na oheň, na rozdíl od nehořlavé oceli. Nevýhodou je také nemožnost výztuž ohýbat, takže nelze přecházet s jedním prutem výztuže z drážky do vrtu a obráceně.
Čtěte také: Betonová dlažba Brož
Použití kompozitní výztuže
Kompozitní výztuž je lehce opracovatelná a použitelná i v nejnáročnějších oblastech, kde v případě aplikace ocelové výztuže je nutné realizovat řadu opatření pro splnění požadavků stavby. GFRP výztuž je ideální pro použití vyztužení v tunelech nebo podzemních stěnách, kde je nutné řezat otvory do betonu. Perspektivní aplikační oblastí pro použití kompozitní FRP výztuže jsou především betonové prvky vystavené působení agresivního prostředí, u nichž běžně dochází k rychlé depasivaci a následné degradaci (korozi) nosné ocelové výztuže.
Specifické oblasti aplikace
Jedná se především o konstrukce vystavené působení chloridů a síranů, konstrukce v oblasti výskytu bludných proudů, vyhnívací nádrže apod. Ideální aplikační oblasti představují především betonové prvky nacházející se v chemickém průmyslu, energetice (energokanály a potrubní kanály, kolektory) a v dopravě (působení solí vlivem zimní údržby). U těchto konstrukčních prvků je vyšší počáteční investice rychle vyvážena výrazně levnějším provozem konstrukce a její delší životností.
Otvírají se rovněž nová použití kompozitní výztuže, například v asfaltobetonových vozovkách, kde ocelová výztuž na rozdíl od kompozitní činí závažnou překážku při případných pozdějších opravách.
Snížení krycí vrstvy betonu
Při návrhu prvků vyztužených klasickou „měkkou“ betonářskou výztuží musí být v těchto agresivních prostředích výztuž chráněna buď bariérově (úprava betonové směsi, navýšení krycí vrstvy betonu, povlaková ochrana výztuže apod.) nebo použitím korozivzdorných (austenitických) výztuží. Každá z těchto úprav zvyšuje pořizovací cenu prvku. Použití FRP výztuže jako alternativy k ocelové výztuži by díky její odolnosti vůči vlivům agresivního prostředí umožnilo snížit staticky neúčinnou krycí vrstvu betonu navrženou z hlediska trvanlivosti. Toto opatření by vedlo nejen k úspoře materiálu, ale i k odlehčení prvku. Vzhledem ke korozivzdornosti FRP výztuže je možné krycí vrstvu betonu navrhnout pouze s ohledem na zajištění dostatečné soudržnosti a neřídit se požadavky normativních podkladů vyžadující dostatečnou ochranu výztuže z hlediska její trvanlivosti.
Kompozitní kari sítě
Kompozitní kari sítě slouží k rozmístění kompozitní výztuže např. v překladech nebo věncích, především pro vyztužování betonových konstrukcí stěn, základových desek, nebo podlah. Je vhodná pro finální betonové samo-nivelační hmoty nebo samo-nivelační betony. Ve finálních vrstvách zamezuje tvoření trhlin a umožňuje snížit krycí tloušťku betonu. Zvláště vhodná je do vlhkého nebo agresivního prostředí. Kompozitní výztuž nepodléhá korozi a je odolná proti chloridům a alkalickému prostředí a velmi vhodná k použití na betonové plochy vystavené vodě, vlhku nebo posypovým solím. Kompozitní sítě jsou adekvátní náhradou za tradiční ocelovou výztuž.
Čtěte také: Půjčovna pil na beton – vyplatí se?
Charakteristika a typy
Kompozitní kari sítě se standardně vyrábí v šířce 100 cm s návinem v délce 50 nebo 100 bm. Rozměr rastru kompozitní sítě je 10 x 10 cm, stejný jako u běžných kari sítí. Lze také vyrobit jiný rastr, dle požadavku zákazníka. Průměr kompozitní tyče v rastru je 4 mm. Kompozitní sítě lze na objednávku dodat v jiných průměrech, rastrech i délkách. Kompozitní síť je betonářská výztuž, která je složena z čedičového vlákna (mezinárodně označeno BFRP) a ze sklolaminátového vlákna označeno (GFRP). Na pohled vypadá podobně jako kari síť, jen v místě křížení prutů je použita speciální hmota.
Dostupné typy kompozitních kari sítí (výběr)
Dostupné jsou různé typy kompozitních kari sítí:
- Kompozit kari síť 2,2-50/50; délka/šířka 1400/550 mm, pr. 777022
- Kompozit kari síť 3-100/š75 cm, pr. 777030
- Kompozit kari síť 2,2-50/š80 cm; pr. 777031
- Kompozit kari síť 2,2-100/100 pr. 777033
- Kompozit kari síť 4-100/š120 cm pr. 777040
- Kompozit kari síť 6-200/200 pr. 777060
- Kompozit kari síť 6-150/150 pr. 777070
- Kompozit kari síť 6-150/150 pr. 777075
- Kompozit kari síť. pr. 777078
- Kompozit kari síť. pr. 777080
- Kompozit kari síť. pr. 777082
- Kompozit kari síť. pr. 777083
- Kompozit kari síť 3-200/100/š83cm, 0,83x50 m=41,5 m2 rozm. role; Orlitech MESH (čed.
- Kompozit kari síť 3-200/100/š103cm, 1,03x50 m=51,5 m2 rozm. role; Orlitech MESH (čed. 777103
- Kompozit kari síť 3-100/100- š120 cm, 1,2x30 m=36 m2 rozm. role; Orlitech MESH (čed.
Legislativní rámec
Kompozitní výztuž do betonu se stala stavebním výrobkem stanoveným k povinnému ověřování podle zákona č. 22/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů a nařízení vlády č. 163/2002 Sb. ve znění nařízení vlády č. 312/2005 Sb. a č. 215/2016 Sb. Tato výztuž existuje ve více odlišných typech a podle toho má i významně odlišné vlastnosti, které je nutné při jejím použití důsledně respektovat.
tags: #beton #z #polymerni #vyztuzi #informace