Každý ví, že beton neplave. Takže dělat z něj lodě, bude asi nesmysl. Jenže to ani železo a přece se z něj plavidla všeho druhu staví. Tak proč by nemohlo z betonu?
Počátky a vývoj betonových lodí
Beton znají už staří Římané. S železnými pruty ho však poprvé spojí až francouzský zahradník Joseph Monier (1823-1906), který potřeboval odolné květináče. Postavit z něj loď poprvé zkusí Joseph-Louis Lambot (1814-1887). V roce 1848 vytvaruje dráty do podoby člunu a pak na ně nanáší vrstvy betonové malty. „Napadlo mě to při stavbě nádrží na vodu.
Lodě z betonu se postupně objevují v Německu, Norsku, USA i ve Velké Británii.
Betonové lodě ve válce
V době první světové války uvažují o betonových lodích také vojenští stratégové. Zejména když 2. Jmenuje se Namsenfjord a coby možnou posilu válečného loďstva ji zkouší norský expert Nikolaj Knudtzon Fougnerbakken (1884-1969). Nevyjde to. Kvůli váze se s nimi hůře manévruje, provozní náklady jsou mnohem větší a ještě ke všemu válka končí dřív než se výroba rozjede.
Nejslavnější z nich, SS Atlantus, je na vodu spuštěna 5. prosince 1918, což je měsíc po válce. V roce 1926 se pak v bouři uvolní z kotviště, najede na mělčinu odkud se ji už nikomu nepodaří uvolnit, a tak zůstává na pobřeží New Jersey jako turistická atrakce.
Čtěte také: Betonová podlaha: detaily a postup
Také během druhé světové války armáda koketuje s myšlenkou betonových válečných lodí. Díky pokročilejším technologiím sice mají tenčí stěny, testy však ukazují, že manévrovací schopnosti stále nejsou takové, aby v boji obstály. Ač se tedy betonové lodě příliš nepřevedly a všechny postavené dnes slouží jen jako odolné vlnolamy, konstruktérům nedají spát. Má být levná a snadná na výrobu, a navíc má mít řadu úžasných schopností.
Všechny tyto projekty sice zůstanou jen na papíře, neznamená to však, že s betonovými loděmi je konec. Ne jako bitevní lodě nebo tankery, ale jako kanoe.
Lehký beton: Současný stav a využití
Článek stručně uvádí současný stav lehkého betonu u nás a v zahraničí z hlediska vstupních materiálů (zejména lehkých kameniv), návrhu, technologie výroby a ukládání. Lehké kamenivo je dnes používáno v širokém rozmezí objemových hmotností od 50 kg/m3 u expandovaného perlitu po 1 000 kg/m3 u např. popílkového kameniva, ale také v širokém rozmezí pevností a velikostí zrn.
Díky tomu je možné navrhnout beton ve velmi širokém spektru pevností a objemových hmotností, což ho předurčuje jak pro aplikace tepelně izolačního výplňového mezerovitého betonu, tak pro aplikace lehkého hutného konstrukčního betonu. Základní výhodou použití lehkého betonu je snížení zatížení konstrukcí, které mohou výrazně snížit náklady celé stavby, dalšími výhodami jsou nižší přepravní náklady hotových dílců, používání lehčí výrobní a manipulační techniky a v neposlední řadě také vyvstává v dnešní době otázka šetrnosti k životnímu prostředí, např.
Historie lehkého betonu
Lehké betony mají své kořeny již v antickém období cca v období 3 000 let př. n. l., kdy byla v éře Harappské civilizace (doba bronzová) [1] vybudována slavná města Mohenjo-Daro a Harappa. V Evropě došlo k prvnímu použití lehkého betonu před dvěma tisíci lety, kdy Římané vybudovali slavný Pantheon, akvadukty a Koloseum v Římě. Variabilita vlastností přírodního kameniva byla při výstavbě Pantheonu řešena jeho ručním tříděním dle objemové hmotnosti s ohledem na konečnou objemovou hmotnost betonu. Kromě stavebních konstrukcí Římané používali přírodní kameniva a čistý jíl pro výstavbu tzv. „Opus Caementum“ (druh římského litého zdiva).
Čtěte také: Betonová dlažba na zahradě
S rostoucí poptávkou a nedostupností přírodních kameniv po celém světě byly vyvinuty technologie pro jejich výrobu průmyslovými postupy. V roce 1918 Stephen J. Hayde patentoval kamenivo „Haydite“. Byl první, kdo zavedl technologii expandace břidlic. Toto kamenivo se dodnes v USA vyrábí. Umělá kameniva tohoto typu byla všeobecně přijata do prostého, železového i předpjatého betonu. Jedny z časných aplikací byly válečné lodě postavené na konci první světové války.
Nedlouho po patentu S. J. V Německu byla zavedena první výroba kameniva na bázi expandovaného jílu v letech 1935 až 1939 v Sommerfeldu a v Rudesdorfu poblíž Berlína. Výrobu i aplikace však zde provázela řada potíží. Obecně lze považovat za zakladatele výroby tohoto typu kameniva Dánsko, kde byla v roce 1939 založena továrna poblíž Kalundborgu. V Evropě bylo kolem roku 1960 postaveno mnoho továren na výrobu kameniva na bázi expandovaných jílů. Např. v roce 1955 a 1964 byly vybudovány dva závody v tehdejším Československu, a to v Bratislavě a ve Vintířově. Byly zde dokonce v letech 1967 a 1968 pořádány mezinárodní konference na toto téma.
Na rozdíl od USA, Evropané používají jako surovinu pro výrobu kameniva elektrárenský popílek. Tato technologie se začala užívat v roce 1960 ve Velké Británii, v roce 1973 v Německu a v roce 1985 v Nizozemí. V Rusku historie umělého kameniva začala v roce 1930, kdy profesor Kostyrko zavedl výzkum výroby těchto typů kameniv. Zde bylo kamenivo nazváno Keramzit. Jeho práce byla během druhé světové války pozastavena, takže první rotační pec byla postavena až v roce 1955 ve Volgogradu. V roce 1980 bylo aktivních více jak tři sta výroben. Výzkum a vývoj pokrýval speciální institut v Kujbyševu, v celé zemi bylo postaveno mnoho budov včetně panelových z tzv. keramzitbetonu, ale reálná efektivita výroby byla nízká.
Objemové hmotnosti kameniv byly vysoké, pouze 10 % produkce bylo pod 400 kg/m3. První objekty z lehkého vyztuženého betonu byly postaveny ve Velké Británii v roce 1958. Dalším mezníkem v historii je vývoj lehkého vysokopevnostního betonu, který probíhal zejména v Norsku. Impulsem pro tento vývoj byla rozsáhlá výstavba mostních konstrukcí, přímořských konstrukcí a plovoucích plošin.
Suroviny pro výrobu lehkého kameniva
Suroviny pro výrobu lehkého kameniva jsou přírodního původu (jíly, břidlice, lupky) i na bázi vedlejších průmyslových produktů (polétavý a ložový popílek, vysokopecní struska). Používá se i syntetické organické kamenivo (např. Dříve se používalo přírodní kamenivo většinou sopečného původu (pemza, škvára, tuf atd.). Tato kameniva byla používána jako jemné i hrubé kamenivo do betonu a malt. Přírodní kameniva jsou známa jako aktivní pucolánový materiál v případě použití jako jemné kamenivo (filer). Tzn. že kamenivo reaguje s hydroxidem vápenatým, který vzniká při hydrataci cementu a produkuje CSH produkty, které zpevňují strukturu a upravují strukturu pórů, což má za následek zvýšení životnosti betonu.
Čtěte také: Polské betonové jímky: kvalita
V Malajsii, Indonésii a Nigérii používají jako přírodní kamenivo zemědělské odpady, např. přírodních materiálů, např. průmyslových produktů, např. průmyslových vedlejších produktů, např. Umělá kameniva lze vyrábět i bez tepelného zpracování, např. za studena sbalkovaná popílková kameniva (Aardelit v Holandsku). Další možností je např.
Struktura a vlastnosti lehkých betonů
Hutné lehké betony se používají obdobně jako obyčejné betony. Pouze se svým zatříděním liší svou objemovou hmotností, která je definována do 2 000 kg/m3. Lehké betony se navrhují podle stejných pravidel, zohledňují se ale samozřejmě rozdílné vlastnosti (např. Pro navrhování konstrukcí z mezerovitých lehkých betonů platí odlišná pravidla hlavně v použití pro vyztužené betony. Již zaniklá norma ČSN 73 2402 (Provádění a kontrola konstrukcí z lehkého betonu z umělého pórovitého kameniva) klasifikovala lehké mezerovité betony (označení MLB). Tato norma od roku 2004 neplatí a v současné době neexistuje norma, která by zahrnovala lehké mezerovité betony. Pro tento účel lze použít normu ČSN EN 1520 (Prefabrikované vyztužené dílce z mezerovitého betonu z pórovitého kameniva), která velmi dobře klasifikuje lehký mezerovitý beton a jeho základní vlastnostnosti.
Lehké betony jsou využitelné v oblasti monolitických konstrukcí pozemních, občanských a dopravních staveb, stejně tak i pro výrobu prefabrikovaných dílců pro stejné určení. Lehké betony lze použít jako prosté, vyztužené i předpjaté.
Vlastnosti kameniva
Vlastnost povrchu lehkého kameniva ovlivňuje volbu výběru ostatních vstupních surovin a technologického postupu výroby. Některé typy lehkých kameniv (expandované jíly, břidlice) mají zřetelné rozdíly mezi hutností vnější slupky a pórovitým vnitřkem zrna. Např. u popílkového kameniva nebo kameniva na bázi expandovaného skla není žádný odlišný rozdíl v celé struktuře zrna kameniva.
Důležité jsou fyzikálně-mechanické vlastnosti lehkého kameniva, zejména objemová hmotnost, pevnost a nasákavost, které se u jednotlivých druhů lehkých pórovitých kameniv mohou lišit. Distribuce zrn a maximální zrno lehkého kameniva jsou při výrobě lehkého betonu rozhodující. Doporučená maximální velikost zrna je limitována požadavky na pevnost betonu, větší zrna lehkého kameniva mají sklon snižovat pevnost a inklinují k segregaci způsobené rozdílnou objemovou hmotností jednotlivých složek. Stejně jako u přírodního kameniva měrný povrch lehkého kameniva ovlivní zpracovatelnost v čase, a to zejména v případě, kdy tvar povrchu představuje otevřenou pórovou strukturu. Pevnost lehkého kameniva je spíše nízká a je potvrzeno, že jako primární faktor omezuje možnosti dosažení horní meze pevnosti LC.
Vliv vody a vlhkosti
U lehkých kameniv obecně je vliv vody na hmotnostní vlhkost podstatně větší než u hutných kameniv. Rovněž rozptyl výrobních tolerancí některých vlastností lehkého kameniva, i když jsou menší než normami povolené, způsobuje nerovnoměrnost sypné a objemové hmotnosti zrna. Z toho vyplývá, že při dávkování lehkého kameniva je nutná častější kontrola vlhkosti, sypné a objemové hmotnosti kameniva. Lehká kameniva mohou mít na rozdíl od hutných kameniv podstatnou vnitřní vlhkost. Má však vliv na celkovou vlhkost betonu, dobu vysychání, další nasákavost kameniva při míchání a dopravě betonu, čerpatelnost lehkého betonu atd.
Vyšší nasákavost lehkých kameniv ve srovnání s obyčejným hutným kamenivem je nutno zohlednit při návrhu dávek vody. Záměsová voda při míchání lehkého betonu z pórovitého nasákavého kameniva sestává z vody přídavné a vody účinné. Přídavná voda je voda, která se sice přidává do čerstvého betonu, ale která se vsákne do lehkého kameniva během míchání a neúčastní se bezprostředně na tvorbě cementového tmele. Přídavná voda se tedy nezapočítává do vodního součinitele.
Je nutné si uvědomit, že díky nasákavosti lehkého kameniva lehký beton vyžaduje větší množství vody. Při použití suchého lehkého kameniva se musí dodat přídavná voda potřebná pro jeho nasáknutí. Přídavná voda by se měla stanovit na základě skutečné vlhkosti a nasákavosti použitého lehkého kameniva a času nezbytného pro míchání, dopravu a uložení betonu.
Předvlhčení kameniva
Nasákavost lehkého kameniva a hlavně nasákavost lehkého kameniva pod tlakem je možno omezit nebo eliminovat předvlhčením kameniva. Předvlhčení je možné provést postřikem na skládce, zkrápěním na páse během dopravy do zásobníků nebo přímo v míchačce na začátku procesu míchání, kdy se změní postup dávkování složek a prodlouží doba míchání pouze směsi lehkého kameniva a části dávkované vody. Vodu, která se použije na předvlhčení kameniva a ještě před vstupem do míchačky se do kameniva vsákne tak, že neulpívá na povrchu jako povrchová voda, můžeme nazývat předmáčecí vodou. Tato voda se rovněž nezahrnuje do výpočtu vodního součinitele ani se s ní nepracuje při návrhu betonu.
Dávkování kameniva
Různá objemová hmotnost zrn různých frakcí se projeví při podrobném sledování křivek zrnitosti kameniva. Tento vliv je ještě výraznější při kombinaci lehkého a hutného kameniva. Křivka zrnitosti kameniva v betonu je totiž obvykle sestavována podle hmotnostního podílu zrn dílčích frakcí kameniva. Zrna lehkého kameniva větších frakcí (i v rozmezí jedné frakce) mají však menší objemovou hmotnost než zrna drobných frakcí a celkově mají zrna lehkého kameniva výrazně nižší objemovou hmotnost než zrna hutného kameniva.
Tím vzniká určitý rozdíl mezi objemovým podílem, který různá zrna v betonu skutečně zaujímají, a jejich hmotnostním podílem. Při ověřování vhodnosti objemového či hmotnostního dávkování bylo zjištěno, že při hmotnostním dávkování lehkého kameniva nejsou jednotlivé receptury reprodukovatelné při požadavku, aby se dosáhlo požadovaných již jednou ověřených vlastností včetně zpracovatelnosti konkrétní receptury.
Pokud se pro míchání čerstvého betonu použije předvlhčené kamenivo, postup dávkování surovin do míchačky je shodný s normálními betony. Použije-li se suché lehké kamenivo, nejdříve se nechají delší dobu (min. 5 min) promísit jednotlivé frakce kameniva s přídavnou vodou. Doprava na stavbu pomocí domíchávačů a jejich ukládání pomocí košů a žlabů probíhá za stejných podmínek jako u normálních betonů.
Fort Drum: Betonová pevnost jako bitevní loď
Konstrukce unikátní betonové pevnosti připomínající bitevní loď začala v roce 1909 a trvala pět let. Pevnost postavená na malém ostrůvku byla 110 metrů dlouhá a 44 metrů široká. Posádku tvořilo původně přes 200 námořníků, kteří žili v ,,nedobytných" zdech Fort Drum. Pevnost byla vybavena 356 mm dělem M1909 a dvěma věžemi M1909.
Úspěšná invaze Japonců na filipínský ostrov Luzon v prosinci 1941 znamenala bezprostřední nebezpečí pro pevnosti okolo manilské zátoky a sekundárně i ohrožení pro Fort Drum. Ta se stala 2. V květnu 1942 zaútočila Fort Drum na japonské jednotky ostrov Corregidor v Manilské zátoce, kdy se jí podařilo potopit několik nákladních člunů.
Přesto se během května nedokázali Američané ubránit druhé vlně japonského útoku, což vedlo k dočasné kapitulaci amerických jednotek na Filipínách. Američané později hlavní město Filipín Manilu dobyli zpět a ovládli i strategicky důležitý ostrov Corregidor. Byla to zároveň labutí píseň této unikátní pevnosti. V těchto dnech betonový kolos stále pluje jako připomínka válečných časů v Manilské zátoce.
tags: #betonové #bitevní #lodě #historie