5. mezinárodní konference Fibre Concrete 2009 Sekce X: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
NETRADIČNÍ APLIKACE VLÁKNOBETONU Jan Vodička ,Vladimír Veselý, Iva Broukalová, Karel Lorek
1
Úvod
Vláknobeton, jako specifický stavební materiál, je v poslední době stále častěji používán ve stavební výrobě. Kromě tradičního použití v případech, kdy je třeba omezit trhliny v betonu a zvýšit odolnost povrchu betonu proti mechanickému namáhání, tedy hlavně u konstrukcí průmyslových podlah, se objevují jeho aplikace v nosných konstrukcích základů, suterénních stěn, svislých i vodorovných nosných konstrukcí a v různých typech prefabrikátů. Zde se již systematicky využívají další nesporně výhodné vlastnosti vláknobetonu jako je duktilita, houževnatost a zvýšená odolnost proti některým vlivům vnějšího prostředí 2. Nápad Jak lze spojit dlouhodobý systematický výzkum vláknobetonu s praxí lze demonstrovat na následujícím příkladu, který byl zakončen praktickou realizací netradičního výrobku. Společnost Českomoravský štěrk a.s. dlouhodobě a systematicky pracuje na odstraňování či zmírňování dopadů těžby kameniva na životní prostředí. Jedním z mnoha již realizovaných projektů je projekt plovoucích ostrůvků pro silně ohrožený druh ptáka - rybáka obecného. Těchto ostrůvků bylo zřízeno od roku 2007 v oblasti Tovarová několik a podařilo se poskytnout hnízdiště pro 5 párů těchto ptáků, které vyvedly 12 mláďat. Ostrůvky byly dosud jednoduché dřevěné konstrukce. – viz obr.1.
Obr. 1 - Rybák obecný na plovoucím ostrůvku Tovačov Souběžně probíhá již několik let řešení grantového projektu MPO ČR „Rozvoj technologie, materiálových modelů, návrhových metod a aplikací vláknobetonu“ při kterém bylo mimo jiné ve spolupráci mezi ČVUT Praha – katedra betonových a zděných konstrukcí a společností BETOTECH, s.r.o. řešena problematika náhrady betonářské výztuže vláknobetonem při výrobě betonových trub a problematika zkušební metody interpretace jejích výsledků. Výsledky těchto 1
5. mezinárodní konference Fibre Concrete 2009 Sekce X: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
prací byly prezentovány na odborných konferencích FC 2007, Betonářské dny 2008 a Technologie betonu 2009. Vzhledem k tomu, že výše uvedené subjekty propojují dlouhodobé kontakty vznikla myšlenka vyrobit vhodný plovoucí ostrůvek pro ohrožený ptačí druh z trvanlivého a odolného materiálu – betonu, který navíc vzniká z materiálu v první fázi z přírody vytěženého. 3. Realizace projektu Realizace projektu byla rozdělena do dílčích etap : - návrh konstrukce a tvaru ostrůvku, specifikace požadavků na beton - návrh složení vhodného betonu a jeho testy - návrh technologie výroby a výroba prototypu - test výrobku v praxi 3.1 Návrh konstrukce a tvaru ostrůvku, specifikace požadavků na beton Návrhu a vypracování dokumentace plovoucího betonového ostrůvku se ujal kolektiv pracovníků katedry betonových a zděných konstrukcí FSv ČVUT Praha pod vedením ………………………………… Kromě základních požadavků na to, aby ostrůvek „plaval“ bylo zadání rozšířeno o požadavek : - půdorys má být šestiúhelník, který umožní v budoucnosti spojování jednotlivých ostrůvků - maximální rozměr má umožnit transport na ložných plochách nákladních automobilů ( vyloučit nadrozměrný náklad) - hmotnost ostrůvku musí umožnit jeho transport na vodní plochu pomocí běžně dostupného jeřábu - používaná plocha musí být trvale odvodňována - ostrůvek musí být možno ukotvit Výsledné řešení je na obrázku č.2.
Obr. 2 – Výkres „Plovoucí betonový ostrůvek“ Vnitřní dutina prvku je uzavřená a vyplněná „jádrem“ z polystyrenu. Dno prvku je navrženo „hmotnější“ tak, aby zároveň plnilo funkci vyrovnávání excentricity a snížení těžiště – opatření proti možnému překlápění. Specifikace požadavku na konečné vlastnosti betonu vycházela ze vyrobit výše znázorněný tenkostěnný uzavřený prefabrikát o tloušťce svislých stěn 60 mm, vystavený trvale vlivům vody a mrazu. 2
5. mezinárodní konference Fibre Concrete 2009 Sekce X: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Z důvodu obtížné možnosti takovýto prvek vyztužit ( max. krytí výztuže cca 25 mm) a při výrobě hutnit běžným způsobem, byla definována výchozí specifikace na požadovaný beton: C30/37, XF1, Cl 0,4, Dmax 8, F6 (velmi lehce zhutnitelný beton) - odolnost proti průsaku tlakovou vodou 20 mm dle ČSN EN - beton vyztužený syntetickými vlákny 3.2 Návrh složení vhodného betonu a jeho testy Návrhem složení a jeho testy se zabývala společnost BETOTECH, s.r.o., konkrétně laboratoř v Ostravě a následně v Berouně. Výsledkem byl vzhledem k předpokládanému výrobnímu postupu „ v obrácené poloze“ velmi lehce zhutnitelný vláknobeton „EASYCRETE“. Složení betonu bylo následující : Složka Popis / hodnota Cement CEM I 42,5 R Kamenivo DTK frakce 0 / 4 HTK frakce 4 / 8 Příměs Mikrosilika kompaktovaná Vodní součinitel 0,48 Superplastifikační přísada PCE s dlouhou dobou udržení konzistence Rozptýlená výztuž Vysokomodulová plastová makrovlákna Výsledky testů byly zveřejněny na 8. konferenci „TECHNOLOGIE, PROVÁDĚNÍ A KONTROLA BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ“ v Praze[1]. Výsledný beton bylo možné zatřídit podle PN ČMB 01-2008 [2] jako FC60/67, 2,2-1,2, XF1,0,4, Dmax 8, F6. 3.3 Návrh technologie výroby a výroba prototypu Technologii výroby prvku řešily v úzké spolupráci odborníci společností BETOTECH, s.r.o, Česká Doka bednicí technika spol. s r.o. a BETONIKA plus, s.r.o. Vzhledem k originalitě tvaru prvku, vysokým požadavkům na beton, přesnost výroby a možnou opakovatelnost byla zvolena pro výrobu dřevěná forma ze systémového bednění Doka – viz obr 3. a 4. a stálá výrobna prefabrikátů s moderním mísícím jádrem a s výrobou polystyrénových tvarovek.
Obr.3 – bednění okrajového lemu
Obr.4 – bednění pláště
3
5. mezinárodní konference Fibre Concrete 2009 Sekce X: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Výroba prvku byla zvolena v obrácené poloze dnem vzhůru tak, aby beton lépe zatekl do složitějších detailů okrajového horního lemu a aby bylo možné vytvořit masivní dno. Nejprve byl ve výrobně zaformován okrajový horní lem – vit obr.5 a po betonáži bylo do čerstvého betonu osazeno vlastní polystyrenové jádro – viz obr. 6
Obr. 5 – okrajový horní lem
Obr. 6 – osazení polystyrenového jádra
Následovala technologická přestávka cca ½ dne tak aby dostatečně zavadla a zatvrdla spodní vrstva betonu. Poté bylo osazeno bednění pláště – viz obr.7 a prvek byl dobetonován – viz obr.8.
Obr.7 – osazování pláště
Obr. 8 – betonáž dna ve formě
Výsledkem byl poměrně zdařilý prefabrikát - viz obr. 9 z kompaktního vláknobetonu viz obr. 10. Hmotnost výrobku činila 3 500 kg.
4
5. mezinárodní konference Fibre Concrete 2009 Sekce X: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Obr. 9 – pohled na odformovaný Obr. 10 – detail dna prefabrikátu prefabrikát s vyčnívajícími syntetickými vlákny. 3.4 Test výrobku v praxi Pro test výrobku bylo zvoleno jezero provozovny Tovačov patřící společnosti Českomoravský štěrk a.s. Důvodem bylo, že se již na tomto jezeru nacházejí dřevěné ostrůvky osídlené populací rybáků obecných a bude tedy jasně patrná kladná či záporná reakce těchto ptáků na nový prvek. V první fázi bylo třeba prvek ve vodě otočit do správné polohy – viz obr 11.a 12., odstranit vrchní polystyrénovou vložku - viz obr 13. a nasypat do horního lemu vrstvu těženého štěrku – viz obr.14 na které rybáci obvykle hnízdí.
Obr. 11 – první fáze otáčení
Obr. 12 – druhá fáze otáčení
Obr. 13 – odstraňování polyst. vložky
Obr. 14 – úprava vrstvy štěrku 5
5. mezinárodní konference Fibre Concrete 2009 Sekce X: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Na závěr byl ostrůvek dopraven (vlečen lodí) na místo určení - viz obr. 15 a ukotven třemi kotvami – viz obr. 16.
Obr. 15 – doprava ostrůvku na místo
Obr.16 – pohled na kotevní lana
4 Závěr Úspěšný návrh, výroba a instalace prototypu plovoucího ostrůvku vedla k okamžité dohodě spolupracujících společností o výrobě dalších prvků a jejich instalaci na vodě za účelem odzkoušení systému spojování. Úspěch celého projektu byl dílem mimo jiné i úzké, aktivní a tvůrčí spolupráce všech zúčastněných subjektů. Při závěrečném umístění prototypu na vodní plochu vyslovili přítomní naději, že na jaře 2010, v době zahnízdění rybáka obecného, si některý z párů vybere právě „jejich“ vláknobetonový betonový ostrůvek. Skutečnost je však již jiná – viz obr.16.
Obr.16 – párek rybáků na ostrůvku den po jeho ukotvení Poděkování : Tento příspěvek byl zpracován za podpory projektu MPO v programu POKROK, evidenční číslo 1H-PK2/17 „ Rozvoj technologie, materiálových modelů, návrhových metod a aplikací vláknobetonu“. Za úspěšnou realizaci náleží bezesporu poděkování všem pracovníkům institucí a společností, kteří se na projektu podíleli: Katedra betonových a zděných konstrukcí FSv ČVUT Praha, Českomoravský štěrk a.s., BETONIKA plus, s.r.o., Česká Doka bednicí technika spol. s r.o. a BETOTECH, s.r.o. Literatura [1] Lehce zhutnitelný vláknobeton (Safrata,Veselý,Vodička – 8. konference Technologie, provádění a kontrola betonových konstrukcí, Praha, duben 2009) [2] PN ČMB 01-2008 Vláknobeton (FC) - Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda 6
5. mezinárodní konference Fibre Concrete 2009 Sekce X: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Ing. Vladimír Veselý BETOTECH, s.r.o Beroun 660 266 01 Beroun +420 311 644 063 +420 311 644 010 ☺ vladimir.vesely@cmcem.cz URL www.betotech.cz
Ing. Karel Lorek Českomoravský štěrk, a.s. Mokrá 359 664 04 Mokrá +420 544 122 108 +420 544 122 571 ☺ karel.lorek@cmsterk.cz URL www.heidelbergcement.cz/aggregates
Doc. Ing. Jan Vodička, CSc. ČVUT v Praze, Fakulta stavební Katedra betonových a zděných konstrukcí Thákurova 7 16 29 Praha 6 +420 224 354 622 +420 233 335 797 ☺ jan.vodicka@fsv.cvut.cz URL www.fsv.cvut.cz Ing. Iva Broukalová, PhD. ČVUT v Praze, Fakulta stavební Katedra betonových a zděných konstrukcí Thákurova 7 166 29 Praha 6 +420 224 354 631 +420 233 335 797 ☺ iva.broukalova@fsv.cvut.cz URL www.fsv.cvut.cz
7