Beton je pozoruhodný kompozitní materiál s řadou předností, jako je pevnost, odolnost a akumulace tepla. Už přes 5 000 let se staví ze směsi kameniva s vápenným pojivem, která je předchůdcem dnešního betonu. Historicky jsou tu pozoruhodné hned dvě věci: za prvé to, jak brzy lidstvo na podobný nápad přišlo, za druhé to, že ve středověku byl beton zcela zapomenut. Jeho novodobý vývoj tak začíná až ve 2. polovině 18. století.
Beton nabízí řadu jedinečných vlastností: je pevný v tlaku, dlouhodobě trvanlivý a odolný vůči nepřízni počasí i mechanickému poškození, drží pevně pohromadě, je ohnivzdorný a výborně akumuluje teplo. Bohužel má i pár citelných nedostatků: vysokou hmotnost, tepelnou a zvukovou vodivost, obtížnou opracovatelnost či objemové změny při extrémním výkyvu teploty. Proto jeho požární odolnost může být překvapivě nižší než u konstrukce z masivního dřeva (to ohořívá jen na povrchu, ale drží tvar).
Inovace a lehké betony
Na zmíněné slabiny betonu reaguje stavebnictví a výzkum technologickými inovacemi. Ty se pohybují ve dvou liniích. Jednou z nich je vývoj speciálních betonů, jejichž cílem je materiál vyztužit pomocí dalších příměsí a zvýšit tím jeho konstrukční pevnost a odolnost. Druhou linii představují takzvané lehké betony, které se snaží o výrazné odlehčení, snížení vodivosti a zlepšení opracovatelnosti betonu.
Za lehké jsou obecně považovány všechny betony, které mají objemovou hmotnost nižší než 2 000 kg/m³. Z hlediska funkce je dělíme na konstrukční, konstrukčně izolační a tepelně izolační. V posledních desetiletích se jim daří potlačovat nevýhody klasického betonu a současně zvýrazňovat jeho přednosti, takže o svou budoucnost ve stavebnictví se nemusejí obávat.
Pod pojem „lehký beton“ lze zařadit širokou škálu technologií od mezerovitých betonů, napěněných až po hutné konstrukční betony vylehčené lehkým kamenivem. Tento článek je zaměřen na lehké betony vylehčené lehkým průmyslově vyráběným kamenivem, které jsou nejvíce rozšířenými a používanými betony ve střední Evropě, v severských zemích, v Rusku, ale také např. v Severní Americe.
Čtěte také: Využití Liapor Mix v moderním stavitelství
Lehké kamenivo a jeho výroba
Lehké kamenivo (dle normy ČSN EN 13055) 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. Suroviny pro výrobu lehkého kameniva jsou přírodního původu (jíly, břidlice, lupky) i na bázi vedlejších průmyslových produktů (polétavý popílek, ložový popílek, vysokopecní struska). Také se používá syntetické organické kamenivo (např. expandovaný polystyren).
Průmyslově vyráběná lehká kameniva mají oproti přírodním lehkým kamenivům výhodu větší stálosti svých deklarovaných vlastností. Jejich historie sahá až na počátek 19. století a nejčastěji se vyrábí tepelným zpracováním. Nejznámější a nejvyužívanější lehké kamenivo v Evropě je kamenivo na bázi expandovaných jílů, známé také jako keramzit, německy Blähton, angl. expanded clay.
Tato kameniva lze vyrábět i bez tepelného zpracování, např. za studena sbalkovaná popílková kameniva (Aardelit Holandsko). Další možností je použití např. expandované břidlice.
Běžně používané lehké přírodní granuláty - perlit a keramzit - procházejí ve výrobě tepelným zpracováním (expandací) za teplot kolem 1 000 °C, které zvětší jejich objem až na desetinásobek. Pórovitá zrnka perlitu jsou bílá nebo šedobílá, keramzit vytváří rovněž pórovitá, ale větší hnědá kulovitá zrna.
Typy lehkých betonů a jejich vlastnosti
Pod pojem „lehký beton“ lze zařadit širokou škálu technologií od mezerovitých betonů, napěněných až po hutné konstrukční betony vylehčené lehkým kamenivem.
Čtěte také: Lehký beton ve stavebnictví
Pórobeton
Bílý pórobeton je vlastně beton vylehčený malými vzduchovými bublinkami. Obsahuje 100 % přírodních surovin (křemičitý písek, vápno, vodu), je hygienicky zcela nezávadný, má velmi nízkou nasákavost a vyšší požární odolnost než hutný beton. Díky své struktuře s miliony vzduchových pórů materiál přirozeně dýchá a udržuje ideální vlhkost interiéru (okolo 50 %). Navíc pohlcuje pro zdraví nepříznivé kladné ionty a svým zásaditým složením brání vzniku plísní. V pórobetonu nevznikají tepelné mosty, vzduch uzavřený v pórech zdiva působí jako účinný izolant. Výstavba je rychlá, snadná a přesná - téměř bez odpadu, s minimální spotřebou malty. U nás je pórobeton známý především pod obchodní značkou Ytong a je hojně využíván pro výstavbu rodinných i bytových domů. Dnes tvoří ucelený systém, z něhož postavíte celý dům, od zakládacích tvárnic přes stěny a prefabrikované schody až po stropy a tepelně komfortní masivní střechu.
Skořepinové tvárnice
Technologii betonových skořepinových tvárnic už prověřilo bezmála tři čtvrtě století stavební praxe v západní Evropě, především ve Francii a Belgii. Pomocí betonových skořepin se daří snižovat náklady na hrubou stavbu a šetřit i náklady na vytápění. Rozměrově přesné tvárnice jsou uvnitř duté a tvoří variabilní stavební systém pro celý dům (obvodové i vnitřní zdivo, stropy). Výstavba má jednu zvláštnost: tvárnice se zdí plným dnem vzhůru! Bohaté uplatnění nacházejí také v zahradní architektuře, kde už zásadu obráceného dna dodržovat nemusíte. Hlavními přednostmi skořepin jsou dlouhá životnost, vysoká pevnost, mrazuvzdornost, nízká nasákavost a paropropustnost.
Liaporbeton (lehký keramický beton)
Do hněda zbarvené pórovité valouny keramzitu zná dnes každý zahrádkář, ale bohaté uplatnění nacházejí také ve stavebnictví. Jsou přírodního původu (vypalují se v pecích ze speciálních cypřišových jílů), mají stejnoměrnou vnitřní strukturu a uzavřený slinutý povrch. Výsledný lehký keramický granulát má dokonalé izolační schopnosti, pevnost, mechanickou odolnost a trvanlivost, vzdoruje vlhkosti, mrazu i ohni. Toho lze využít přímo pro izolační zásypy stropů, plochých a zelených střech, ale také jako základ pro výrobu zdiva, betonů či prefabrikovaných stavebních dílců. Mezi hlavní stavební aplikace patří lehký keramický beton (Liaporbeton), který nabízí systém pro celý dům. Jeho pevnost i trvanlivost jsou srovnatelné s běžnými betony, ale poskytuje lepší izolaci (zvukovou i tepelnou), snadnou opracovatelnost, zdravé mikroklima a vysokou tepelnou odolnost. Máte zde možnost volby: pokud chcete podpořit maximální pevnost zdiva, zvolte keramický beton hutný. Dáváte-li ovšem přednost akustickému komfortu, pak rozhodně zvolte keramický beton mezerovitý.
Hutný lehký beton je nejvíce podobný běžnému betonu, a to díky podobně uzavřené (kompaktní) struktuře. Nízké objemové hmotnosti je dosaženo nejčastěji použitím pórovitého kameniva (plniva). U mezerovitého lehkého betonu je nízké objemové hmotnosti dosaženo upravenou křivkou zrnitosti a omezením množství cementového tmelu. Některé frakce kameniva, zejména jemné, jsou zde značně potlačeny nebo úplně vynechány. Množství cementového tmelu je redukováno pouze na obalení zrn kameniva.
Ultralehký beton (ULC)
Na FAST VUT v Brně byl vyvinut ultralehký beton (ULC) s objemovou hmotností nepřekračující 1000 kg/m³. Vysokohodnotným jej lze nazvat vzhledem k nízké objemové hmotnosti při současně relativně vysoké pevnosti, která průměrně dosahuje 19,4 MPa. Vyvinutý ultralehký beton je předurčen pro použití v prefabrikovaných segmentech v konstrukcích ekoduktů. Své využití jistě najde i v dalších oblastech, kde se efektivně uplatní jeho nízká objemová hmotnost při relativně vysoké pevnosti.
Čtěte také: Vlastnosti lehkého betonu
Pro ULC byl použit cement CEM I 52,5R. Čerstvý beton byl připraven v laboratorní míchačce s nuceným mícháním. Abychom zabránili odebírání vody z čerstvého betonu v průběhu míšení, bylo kamenivo před mícháním navlhčeno tzv. dodatkovou vodou. Tato voda se nezapočítává do vodního součinitele, nezmenšuje tedy pevnost betonu, která závisí na vodním součiniteli, a navíc ve ztvrdlém betonu působí jako ošetřující voda. Následně byl přidán cement, práškové příměsi a 90 % účinné vody s rozpuštěnou provzdušňující a kombinovanou polyfunkční přísadou. Jedině tak mohlo být dosaženo dobře zpracovatelného a přitom stabilního LC požadované objemové hmotnosti.
Čerstvý LC vykazoval rozlití kužele cca 450 mm, což zdánlivě není mnoho. Je třeba si ale uvědomit, že při objemové hmotnosti řádově 1000 kg/m³ působí na čerstvý lehký beton při flow-testu úměrně nižší síly. Pro použití v konstrukčních prvcích jsou nejvýznamnějšími vlastnostmi LC jejich pevnost a modul pružnosti. Existuje relativně přímý vztah mezi pevností a objemovou hmotností. Z toho vyplývá, že pokud známe objemovou hmotnost betonu určitého základního složení, lze s velkou mírou pravděpodobnosti určit dopředu i jeho krychelnou pevnost. V našem případě byla průměrná krychelná pevnost celkového souboru 20 vzorků 19,4 MPa s výběrovou směrodatnou odchylkou 2,2 MPa.
Výhody a aplikace lehkého betonu
Základní výhodou použití lehkého betonu je snížení zatížení konstrukcí a s tím spojené snížení nákladů celé stavby. 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 a do jisté míry i předpjaté. Dále se lehké betony používají při výrobě vibrolisovaných prvků (zdicí tvarovky, prvky zahradní architektury apod.).
Mezi nevýhody lehkého betonu patří např. křehkost lehkého betonu v případě hutných konstrukčních betonů s vyššími pevnostmi (díky vysoké pevnosti cementové pasty), vyšší teplota během zrání betonu díky hydrataci cementu (vysoká tepelná jímavost lehkého betonu) a nižší odolnost vůči lokálnímu koncentrovanému břemenu, které se vyskytuje v ukotvení při předpínání. A dále z hlediska technologie výroby nasákavost lehkého kameniva způsobuje komplikace při míchání a ukládání betonu čerpáním.
Lehký beton je bezesporu vhodný pro prefabrikaci, jejíž největší předností je rychlá výstavba a omezení mokrých procesů na stavbě na minimum, nižší přepravní náklady související se snížením hmotnosti stavebních prvků a dobré tepelněizolační a akumulační vlastnosti. V této oblasti je dobře známé využití ve sportovních stavbách. Příkladem může být Volkswagen arena ve Wolfsburgu v Německu, kde byl použit lehký samozhutnitelný beton LC25/28 D 1,6 pro některé dílce (zejména vrchní ochoz areny), a Mercedes Benz Arena ve Stuttgartu.
Lehký beton lze použít jako monolitický pohledový tepelněizolační beton pro ztvárnění velmi zajímavých staveb. Monolitický izolační beton s využitím kameniva na bázi expandovaného jílu zajišťuje žádoucí statické a požadované tepelněizolační hodnoty pro monolitické nosné tepelněizolační konstrukce, u kterých se nemusí používat dodatečná izolace ani jakékoliv jiné úpravy povrchů. Od parotěsných zábran, izolace nebo omítky se naprosto upouští. Stavební fáze se tak zkracuje na odstranění bednění a vysušení stavebního prvku. Monolitickou konstrukci je třeba navrhnout tak, aby zabránila tvorbě tepelných mostů. Docílené betonové povrchy jsou homogenní a jemně strukturované, není třeba je dále upravovat nebo dodatečně zušlechťovat. Doporučuje se ale povrch opatřit hydrofobním nátěrem na beton, a to nejen kvůli vytvoření povrchu odpuzujícímu vodu, ale také z důvodu snížení špinavosti povrchu pohledového betonu. Tento druh betonu patří z hlediska technologie výroby, ukládání a ošetřování mezi náročnější aplikace, je tedy nutné na tento fakt brát zřetel již při přípravě stavby.
Příklady realizací v České republice a ve světě
- Rodinný dům E20 v německém Pliezhausen (2016): Jednoplášťová fasáda tloušťky 500 mm z lehkého betonu LC12/13 D 1,2.
- První dům z lehkého pohledového betonu s kamenivem Liapor v Žebětíně u Brna (2008): Objemová hmotnost ve vysušeném stavu 900 až 950 kg/m³ s pevností minimálně 9 MPa a součinitelem tepelné vodivosti 0,24 W/mK.
- Rodinný dům v Praze-Kunraticích (2013): Poprvé zde byl tento typ betonu použit nejen na stěny, ale také na stropní konstrukci (tloušťky 530 mm).
- Nový kazatelský seminář na zámku Wittenberg (2017): Sedm kvádrů z lehkého betonu třídy LC12/13 D1,2 na hradní střeše, zatížení bezpečně roznášeno do nosného zdiva zámku.
- Požární stanice Vierschachv v Itálii: Obálka budovy z lehkého probarveného betonu LC16/18 s objemovou hmotností maximálně 1 250 kg/m³ a tepelnou vodivostí λ těsně pod 0,4 W/mK.
- Bank of America Tower, New York: Lehký beton se struskou (kamenivo Solite) použit pro podlahy k minimalizaci hmotnosti a dosažení protipožárních vlastností.
- Salesforce Tower, San Francisco: Lehký beton s kamenivem na bázi expandované břidlice pro podlahy.
- Nové sídlo společnosti Alnatura-Campus v Darmstadtu (2019): Základové prvky z lehkého betonu s Liapor kamenivem eliminují tepelné mosty.
Lehký beton v dopravních stavbách a ochraně vod
Lehký beton se také začíná uplatňovat jako drenážní beton v oblasti ochrany dešťových vod. S výstavbou sídel a komunikací se mění přirozený hydrologický cyklus, značná část plochy území je tvořena zpevněnými povrchy, které brání průsakům vody zpět do půdy. Cílem vývoje vodopropustných betonů (angl. pervious concrete) je navrhnout složení a technologii zpracování a ukládání betonu tak, aby se dala použít jako vrchní pojížděná vrstva vozovek, parkovišť či pochozích ploch. Vývoj takových betonů započal v severských zemích Evropy (Finsko) a dále pak v USA a Japonsku. Technologie vodopropustného betonu se odvíjí od technologie mezerovitého betonu.
Lídrem v oblasti použití lehkého betonu v dopravních stavbách jsou bezesporu v Evropě severské země a dále Severní Amerika, kde se lehký beton bez problémů používá v konstrukcích mostů (v ČR např. most na silnici R6 Sokolov - Tisová). Lehký beton se také využívá při výstavbě železničních tratí. Významným příkladem je Saale-Elster Viaduct v Německu, kde je v prostoru mezi kolejemi cca 1 500 m³ lehkého betonu s pevností 7 MPa a objemovou hmotností 1 200 kg/m³. Beton je stabilní, nosný a vodopropustný a v případě potřeby slouží také jako vozovka pro záchranná vozidla.
V souvislosti s vodopropustným betonem je vhodné zmínit aplikaci lehkého mezerovitého betonu z roku 2010 v tunelu Dobrovského v Brně. Lehký beton zde tvořil přímé nadloží tunelové trouby a sloužil jako drenážní beton. Zatřídění a značení lehkého mezerovitého betonu bylo použito dle ČSN EN 1520, protože tento beton nelze zatřídit dle normy ČSN EN 206+A1 Beton - Specifikace.
V oblasti dopravních staveb se zejména v Severní Americe využívá tzv. řízeného vnitřního samoošetřování (VS) betonu s využitím lehkého nasákavého kameniva, které nabízí výhody zlepšení hydratace, snížení průniku chloridů a nižší smršťování. V USA se tedy při návrhu lehkého betonu počítá s VS za účelem zvýšení odolnosti a životnosti budované konstrukce.
Současné trendy
Současné trendy výstavby jsou v rámci Evropy více zaměřené na snižování energetické náročnosti budov a ochranu životního prostředí, kde lehký beton nachází díky svým vlastnostem široké uplatnění.
Tabulka: Porovnání vybraných lehkých betonů
| Typ betonu | Hlavní plnivo | Objemová hmotnost (kg/m³) | Pevnost (MPa) | Tepelná vodivost (W/mK) | Nasákavost | Použití |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pórobeton (Ytong) | Malé vzduchové bublinky | Nízká | Standardní | Velmi nízká (účinný izolant) | Velmi nízká | Rodinné a bytové domy, stěny, stropy, střechy |
| Skořepinové tvárnice | Vzduch (dutiny) | Nízká | Vysoká | Dobrá izolace | Nízká | Obvodové i vnitřní zdivo, stropy, zahradní architektura |
| Liaporbeton (keramický) | Keramzit (expandovaný jíl) | Až o 2/3 nižší než běžný beton | Srovnatelná s běžným betonem | Lepší než běžný beton | Odolává vlhkosti | Systém pro celý dům, izolační zásypy, zdivo, prefabrikáty |
| Ultralehký beton (ULC) | Expandovaný jíl + provzdušnění tmele | Pod 1000 (průměr 950) | 19.4 | Není uvedeno (výborná izolace) | Není uvedeno | Prefabrikované segmenty ekoduktů, lehké konstrukce |
| Lehký probarvený beton (Vierschach) | Není specifikováno | Max. 1250 | LC16/18 | Pod 0,4 | Není uvedeno | Fasády, tepelněizolační funkce |
tags: #hutny #lehky #beton #nasakavost