Vysokopevnostní betony (HPC) se vyrábějí podle normy ČSN EN 206 a vynikají svou pevností a dalšími vlastnostmi. Minimální pevnostní třída je C55/67, maximální pevnostní třída dle ČSN EN 206 je C105/115. Materiál Ultra High Performance Concrete (ultra vysokohodnotný beton, zkráceně UHPC) není betonem v tradičním slova smyslu. Jde o moderní kompozit, který se betonu do jisté míry podobá, ale přístupy k jeho navrhování, přípravě a samotné výrobě se v mnoha ohledech od běžných betonů odlišují. Bylo by tak na místě označení Concrete nahradit slovem Composite. Přestože vývoj tohoto kompozitu započal koncem 20. století, širšímu uplatnění UHPC se dostalo až v průběhu prvních dvou dekád 21. století. Pro řadu investorů, projektantů i zhotovitelů představuje UHPC stále jakousi neznámou. Je nevyhnutelné, že s přibývajícími realizovanými konstrukcemi se bude UHPC čím dál více dostávat do povědomí.
Složení a vlastnosti UHPC
UHPC je směsí silikátového hydraulického pojiva (nejčastěji cementu), drobného kameniva, mikroplniv, latentně hydraulických příměsí (případně inertních příměsí), chemických přísad a vody. Od běžného betonu se výrazně liší v několika ohledech. UHPC neobsahuje hrubou frakci kameniva, která je v běžném betonu zdrojem imperfekcí na mikro i makro úrovni. Je tak umožněno dosažení mnohem vyšších pevností (u pevnosti v tlaku obvykle 3×-5×). Složení UHPC se vyznačuje velmi vysokým obsahem cementu, nízkým vodním součinitelem (což vede ke snížení porozity a ke zlepšení pevnosti), obsahem specializovaných příměsí, vysokými dávkami přísad a také vysokým obsahem vláken. Ta zajišťují houževnatost a vysokou duktilitu výsledného kompozitu. Nejběžnější jsou ocelová vysokopevnostní mikrovlákna. V případě vyztužení UHPC vlákny se jedná o Ultra-High Performance Fiber Reinforcement Concrete (UHPFRC).
Návrh a použití UHPC jsou založeny na několika základních principech, kterými jsou snížení pórovitosti, zlepšení mikrostruktury, zvýšení homogenity a zvýšení houževnatosti. Vstupní suroviny, způsob přípravy a režim tuhnutí mají významný vliv na vlastnosti výsledného UHPC. Největší devizou, která se ale často zmiňuje až za pevnostními charakteristikami, jsou fyzikální vlastnosti UHPC. Tlaková pevnost UHPC se běžně pohybuje od 120 MPa do zhruba 180 MPa (ve srovnání s běžným betonem od 20 MPa do 60 MPa), zaručená pevnost v tahu za ohybu zase od 15 MPa (srovnejte s běžným betonem, kde se při navrhování využití tahu obvykle nepřipouští). Beton může být označen jako UHPC, pokud je jeho válcová pevnost vyšší než 150 MPa. UHPC betony vyráběné v TBG METROSTAV dosahují standardně válcových pevností přes 150 MPa. UHPC se vyrábí výhradně z prvotřídních surovin a za použití nejmodernějších chemických přísad. Při výrobě se používá velmi přesné dávkovací a mísící zařízení.
Produktová řada TOPCRETE a její výhody
TOPCRETE je produktová řada vysokopevnostních a ultravysokopevnostních betonů (HPC a UHPC). Základním parametrem těchto betonů jsou nejen extrémně vysoké pevnosti, které umožňují provádět subtilní, ale přitom pevné betonové konstrukce, ale hlavně jejich velmi dlouhá životnost. Ta je dána především tím, že receptury betonu z produktové řady TOPCRETE jsou vysoce odolné proti vlivům prostředí, jež standardně definují platné normy. Špičkové receptury UHPC tak odolávají všem vlivům prostředí v nejvyšších stupních (XC4, XD3, XF4, XA3). Životnost konstrukcí z UHPC se díky tomu odhaduje na více než 200 let. Hlavní výhodou UHPC je velmi vysoká pevnost, která umožňuje zmenšit průřezy konstrukcí a snížit tak vlastní hmotnost konstrukce, či vytvářet roztodivné architektonické stavby. Hlavní výhodou je ale výrazně delší trvanlivost konstrukce z UHPC.
Uplatnění vysokopevnostních betonů v praxi
V současné době se v tuzemsku UHPC nejefektivněji uplatňuje v prefabrikovaných konstrukcích mostů a lávek pro pěší. Trámové nosné konstrukce z UHPC jsou použity u lávek kratších rozpětí po celé ČR. Ať už jde o solitérní architektonické řešení (lávka Kladno Vrapice), pilotní projekt lávky přes Opatovický kanál v Čeperce, nebo o systémové řešení lávek malého rozpětí (systém LMR firmy KŠ PREFA) zabudované v obcích Čelákovice (tři lávky), Zbožíčko, Plumlov, Mariánské Lázně, Zadní Třebáň nebo v Praze-Chuchli. Nosná trámová konstrukce s největším rozpětím (27 m) a současně odlitá z UHPC v jednom kuse se nachází v Táboře. UHPC se uplatňuje i u lávek velkých rozpětí, typické je použití UHPC segmentů pro zavěšené mostovky. Příkladem jsou lávka přes Labe v Čelákovicích, přes Vltavu v Lužci, přes Labe v Hradci Králové. Segmentovou UHPC konstrukci s parabolicky vedenými předpínacími kabely využívá lávka v Příboře. U posledních tří je v praxi použito a ověřeno přímo pochozího povrchu bez izolace. Zde je vhodné uvést, že povrch UHPC konstrukcí vykazuje velmi dobré protiskluzné vlastnosti, při certifikovaných měřeních jsou výsledky příznivější než běžné venkovní pochozí povrchy. Netypické je použití na nosné oblouky (repliky historických železobetonových oblouků) lávky přes Divokou Orlici v Žamberku. Architektonicky exponovaná konstrukce lávky přes Vltavu v Praze, Štvanická lávka (HolKa), je v současné chvíli před otevřením. Materiálu je zde použito na historicky největší nosnou UHPC konstrukci v ČR. Společným jmenovatelem uvedených konstrukcí je inovativní použití UHPC, které vhodně reflektuje dobu a pokrok ve vědě a technologii. Mechanické parametry a absence velké frakce kameniva spolu s rozptýlenou ocelovou mikrovýztuží umožňují realizovat vylehčené a subtilní konstrukční prvky. Ty vynikají nižší spotřebou materiálu a jednodušším řešením detailů pro spoje či kotvení, současně lze tvarovat složité prvky i s ostrými hranami a jemnými detaily. Materiál vykazuje kvalitní pochozí a pohledový povrch bez nutnosti aplikace dodatečné hydroizolace. Vysokopevnostní beton nachází uplatnění také při stavbách mostů, konkrétně mostních desek, nosníků, vnitřních podpěr a opěr. S ohledem na možnost realizace skutečně subtilních konstrukcí umožňuje vysokopevnostní beton navýšit užitnou podlahovou plochu budovy a celkově lépe využít obestavěný půdorys. Značnou výhodou vysokopevnostního betonu je jeho vysoká trvanlivost, daná velmi hutnou strukturou a uzavřeným povrchem. HSC nabízí možnost většího rozpětí vodorovných nosných prvků, jako jsou stropní desky nebo trámy, bez podpor při zachování srovnatelné tloušťky prvků jako u běžného konstrukčního betonu.
Čtěte také: Přečtěte si o aplikaci vysokopevnostních cementových zálivek
Na druhé straně od jmenovaných benefitů často stojí vysoká cena UHPC, proto je nutné si uvědomit, že UHPC není univerzální materiál pro všechny konstrukce. UHPC je nezbytné navrhovat uvážlivě tak, aby vynikly (a byly využity) jeho přednosti, zároveň se zřetelem na udržitelnost stavební konstrukce jako celku.
Potenciál recyklovaného kameniva v betonu (Rebetong)
Na odborné konferenci, která se týkala recyklace stavebních materiálů, představila akciová společnost ERC-TECH výsledky výzkumu a vývoje výroby betonu z recyklovaného kameniva (RA) včetně drobných frakcí do 4 mm. Nová patentovaná technologie se v praxi osvědčila a na základě tohoto řešení uvedla společnost Skanska na trh v České republice beton ze stoprocentního recyklovaného kameniva pod názvem Rebetong a využila jej v několika developerských projektech.
Význam recyklace stavební suti
V současné době tvoří inertní stavební suť v průměru cca 45 % z celkové produkce odpadů v ČR i Evropě. V České republice vzniká ročně okolo 4 milionů tun inertní stavební suti, z čehož je výrazná část, tedy zhruba 85 %, ukládána na deponiích nebo skládkách a pouze 15 % je recyklováno a znovu využito, a to převážně s nízkou přidanou hodnotou jako zásypové, podkladní nebo stabilizační vrstvy. Tímto způsobem využití je výrazně ztížena jejich následná recyklace díky znečištění. Snižující se množství přírodních zdrojů kameniva na jedné straně, a naopak rostoucí produkce stavební a demoliční suti na straně druhé, byly motivací a driverem k vývoji technologií pro maximální využití recyklovaného kameniva s co nejvyšší přidanou hodnotou a tak, aby výsledný produkt byl dále beze zbytku recyklovatelný. Beton vyrobený z recyklovaného kameniva je právě takovým produktem, ideálně s využitím 100% náhrady přírodního kameniva recyklovaným, tedy vč. drobné frakce do 4 mm.
Environmentální a ekonomické přínosy
Náhrada přírodního kameniva v betonu recyklovaným s sebou přináší výhody v environmentální i ekonomické rovině. V rovině environmentální se jedná o zpracování málo využívaných, a přitom recyklovatelných surovin, které jsou z velké části ukládány na skládkách a zachování těchto kapacit pro skládkování materiálů, které recyklovat nelze. Zároveň jde o úsporu přírodních zdrojů kameniva pro aplikace, kde je přírodní kamenivo nenahraditelné. Dalším přínosem je snížení zátěže z dopravy, protože zdroje stavební suti pocházející z demolic starých objektů se většinou nachází v urbanizovaných oblastech a tedy blíže výroben betonu než lokality lomů a pískoven přírodního kameniva.
Technologie Rebetong
Náhrada části přírodního kameniva v betonu, zejména hrubé frakce, recyklovaným je více méně standardní postup používaný jak ve světě, tak ojediněle i v ČR. Náš vývoj a výzkum se však zaměřil na výrobu betonu čistě z recyklovaného kameniva (RA) vč. drobných frakcí do 4 mm. Na základě tohoto řešení uvedla společnost Skanska a.s. na trh v České republice beton ze 100% recyklovaného kameniva pod názvem Rebetong. Řešení spočívá jednak ve správné přípravě recyklovaného kameniva (recyklátu) a hlavně v technologickém postupu míchání tohoto betonu s využitím speciálních surovin - „nanofillerů“, jehož částice posilují pevnostní strukturu kameniva a směsi tak, že výsledný beton dosahuje podobných mechanicko-fyzikálních vlastností jako konvenční beton z přírodního kameniva v pevnostních třídách až C25/30 vč. vodonepropustnosti a mrazuvzdornosti. A to při stejné nebo dokonce nižší dávce cementu díky použití nanofilleru a reaktivaci pojivových složek obsažených v recyklovaném kamenivu. S ohledem na původ recyklovaného kameniva je potřeba počítat s tím, že modul pružnosti je nižší než u konvenčního betonu s čistým přírodním kamenivem, což je potřeba zohlednit při návrhu betonových a železobetonových konstrukcí z betonu z recyklovaného kameniva. Přesto je oblast použití velmi široká a pokud vezmeme v úvahu potenciální využití veškeré stavební suti do betonu, představovalo by to maximálně 20 % veškeré výroby betonu.
Čtěte také: Vše o tenkovrstvých stěrkách
Výzkum a vývoj Rebetongu
Užitné parametry betonu ze 100% recyklovaného kameniva jsou výsledkem dlouhodobého vývoje společnosti ERC-TECH, na kterou navázala na začátku roku 2019 spolupráce společností Skanska, která je jednak jedním z největších výrobců betonu a zároveň přední stavební a developerskou společností a má šetrné stavění jako jednu z hlavních korporátních hodnot. První laboratorní testy v laboratořích Skanska ukázaly překvapivě dobré výsledky betonu ze 100% betonového, cihelného nebo směsného recyklátu. Potvrdil se tak vysoký potenciál betonu z RA pro komerční využití, a to především na vlastních developerských projektech Skanska. Proto byly neprodleně zahájeny provozní testy přímo na pilotní betonárně v Olomouci opět s velmi dobrými výsledky. Společný vývoj přinesl mimo jiné další optimalizaci výrobních postupů, ověření vyrobitelnosti v podmínkách průmyslové výroby na betonárně a ověření technologických a reologických vlastností betonu z RA při výrobě, dopravě a zpracování. Na základě těchto dobrých zkušeností přistoupila Skanska Transbeton s.r.o. k výrobě betonu ze 100% RA a od září 2019 vyrábí certifikovaný transportní beton s obchodní značkou Rebetong v pevnostních třídách do C 25/30, stupně vlivu prostředí do XC2, a prefabrikované stěnové dílce pod obchodní značkou Reblok. Zaměřuje se na výrobu betonu ze 100% RA z cihelné stavební suti (vč. drobné frakce do 4 mm), které je na trhu přebytek a jejíž využití má tudíž větší ekonomický i ekologický efekt.
V rámci výzkumu a vývoje byly provedeny laboratorní zkoušky na čerstvém i ztvrdlém betonu. Na vybraných vzorcích pak pevnosti betonu v tahu ohybem i příčném tahu, mrazuvzdornosti, statického modulu pružnosti, nasákavosti, objemových změn betonu a hloubky průsaku tlakovou vodou. Výsledky laboratorních i provozních zkoušek ukazují dobré užitné vlastností betonu se 100% recyklovaného kameniva. Po úspěšných laboratorních zkouškách bylo přistoupeno k provozním testům na míchacím zařízení BHS DKXS o objemu 1,67 m3 k ověření realizovatelnosti celého technologického postupu přímo v provozu betonárny. V rámci prvních provozních testů byly ověřeny receptury pro pevnostní třídy C20/25 a C25/30 na bázi 100% cihelného recyklátu. Během provozních zkoušek byla ověřena zpracovatelnost betonu na bázi recyklovaného kameniva, jeho chování, transportovatelnost a možnosti ukládání. V rámci provozního testování bylo dále provedeno stanovení konzistence v čase na betonu z cihelného recyklátu, aby byla ověřena zpracovatelnost a transportovatelnost recyklovaného betonu s použitím speciálních přísad. Vzhledem k vyšší fluktuaci nasákavosti recyklátu, speciálně cihelného, je potřeba věnovat pozornost době zpracovatelnosti čerstvého betonu a použít speciální přísady, aby byla zajištěna dobrá zpracovatelnost po dobu min. Jedním z faktorů úspěchu je kvalitní výroba recyklovaného kameniva ze stavební suti. Trvalo nějaký čas, než byl nastaven optimální výrobní proces, vybrána nejvhodnější zařízení a nastavení každého stroje ve výrobním řetězci. Vývoj betonu ze 100% RA byl zahájen použitím dvou frakcí RA, 0-8 a 8-16 mm. Po několika krocích optimalizace produkce RA byla vyrobena monofrakce 0-22 mm s podobnou granulometrií. To byl důležitý krok pro efektivní výrobu v betonárnách, protože jim obvykle chybí skladovací prostor pro více frakcí kameniva. Důležitý je také zdroj SDS, nejlepším možným způsobem je řídit celý proces počínaje selektivní demolicí a vytvoření velkého úložiště recyklovaného kameniva s podobnými vlastnostmi. Vyrobené recyklované kamenivo je testováno podle ČSN EN 12620+A1 a dále je požadována předepsaná křivka zrnitosti.
Tabulka: Výsledky provozních testů Rebetongu (vybrané pevnostní třídy)
| Pevnostní třída | Typ recyklátu | Výsledky testů |
|---|---|---|
| C20/25 | 100% cihelný | Ověřená zpracovatelnost, chování, transportovatelnost a možnosti ukládání |
| C25/30 | 100% cihelný | Ověřená zpracovatelnost, chování, transportovatelnost a možnosti ukládání |
Certifikace a praktické využití Rebetongu
Po úspěšném provozním testování bylo přistoupeno k certifikaci systému řízení výroby (SŘV) betonu z recyklátu podle podnikové normy č. TN TRB 03/2019 a po skončení certifikačního procesu bylo v září 2019 vydáno stavebně technické osvědčení (STO) č. 060-049062. V roce 2020 pak následovala certifikace dalších betonáren společnosti Skanska Transbeton, s.r.o. pro výrobu betonu z recyklátu v Praze-Uhřiněvsi, Praze-Řeporyjích a ve Veltrusech a v Brně. I přes bariéry pro širší využití, například v technických předpisech, se ukazuje, že beton z recyklovaného kameniva dosahuje srovnatelných vlastností s betonem z přírodního kameniva. Příkladem je zkouška soudržnosti s betonářskou výztuží dle ČSN 73 1328 pro beton C 25/30 z cihelného recyklátu s průměrným výsledkem 5,2 MPa ve srovnání s betonem s přírodním kamenivem C 25/30 se soudržností 5,4 MPa. Další zkoumanou vlastností bylo zjištění a porovnání objemových změn betonu z recyklovaného kameniva a betonu s přírodním kamenivem pevnostní třídy C 25/30 podle rakouské normy [8], kdy měření probíhá ve žlabu o rozměrech 100×60×1 000 mm již od čerstvého, ještě nezatvrdlého stavu betonu. Měření probíhala do stáří 90 dnů.
Beton vyrobený ze 100% RA má užitné vlastnosti obdobné jako konvenční beton vyrobený z přírodních kameniv. Proto je možné jej použít pro běžné stavební betonové a železobetonové konstrukce. Velmi rychle se projevil zájem o prefabrikované stěnové dílce, kterých již bylo vyrobeno téměř tisíc kusů. První pilotní projekt ve formě transportního betonu ze 100% cihelného recyklátu byl realizován v Olomouci na stavbě Nová Envelopa, kde byla zahájena betonáž podkladních betonů v objemu 350 m3. Dalším pilotním projektem je developerský rezidenční projekt Skanska Čertův vršek v Praze. Rebetong se zde používá nejen pro podkladní betony, ale také pro železobetonové nosné stěny. Další realizací je rezidenční čtvrť Emila Kolbena v Praze.
Bariéry a budoucí vyhlídky
V současné době jsou nejen v rámci ČR, ale celé EU značné bariéry v technických předpisech, které významně omezují použití recyklovaných kameniv v betonu. Evropská norma pro beton EN 206+A1 doporučuje použití hrubého recyklovaného kameniva do betonu pouze do výše max. 50 % pro typ A a B, a to pouze pro stupeň vlivu prostředí X0. Česká národní norma ČSN P 73 2404 toto doporučení převzala jako limit. Pro podporu širšího využití RA do betonu a tím zlepšení hospodaření s druhotnými surovinami ve stavebnictví je nezbytné změnit tento konzervativní přístup a zaměřit se na výsledné vlastnosti betonu z recyklovaného kameniva bez omezení jeho obsahu. Situace se začíná pomalu, ale přece měnit, jak si veřejní zadavatelé čím dál víc uvědomují důležitost šetrného stavění a cirkulární ekonomiky, a naopak přichází s požadavky ve svých projektech na stavební výrobky z druhotných, recyklovaných surovin.
Čtěte také: Opravy betonu tenkou vrstvou
Zjištěné parametry během laboratorních i provozních zkoušek ukazují velký potenciál betonu ze 100% recyklovaného kameniva, jelikož jeho užitné vlastnosti jsou srovnatelné s konvenčními betony a má své uplatnění v řadě stavebních konstrukcích. Patentované řešení je plně v souladu s principy cirkulární ekonomiky, kdy lze velkou část inertní stavební suti proměnit zpět na stavební materiál s výbornými vlastnostmi, který je navíc plně recyklovatelný a dále zpracovatelný stejným technologickým postupem. Díky snížení dopravní vzdálenosti recyklovaného kameniva, které se nachází spíše v urbanizovaných oblastech, proti přírodnímu kamenivu dováženého většinou z větších vzdáleností, je nižší uhlíková stopa, kterou lze dále snížit optimalizací skladby receptury použitím nižší dávky cementu. Celkově je možné snížit uhlíkovou stopu až o více než 10 %.
tags: #vysokopevnostni #betony #kamenivo #informace