Ozvěny Workshopu Fibre Concrete 2019

Vývoj vláknobetonu v Československu začínal velkým nadšením prvních průkopníků drátkobetonu. Již počátkem 60. let byly v bratislavském Ústavu stavebníctva a architektúry zkoušeny vlastnosti drátkobetonu na krychlích a na trámcích. V Ostravě se pro první zkoušky používaly drátky z vyřazených lan z důlního průmyslu. I na Fakultě stavební ČVUT v Praze byly pro první zkoušky drátkobetonu drátky stříhány z běžného drátu. Na konci 90. let stav tehdejšího poznání shrnuli autoři Krátký, Trtík a Vodička v publikaci Drátkobetonové konstrukce [1].

Na počátku nového milénia uspořádal kolektiv z ostravské VŠB-TU 2. mezinárodní konferenci FC & HPC 2003. Jejím iniciátorem a garantem byl nedávno zesnulý prof. Cigánek. Tato konference navázala po více než dvaceti letech na první konferenci věnovanou problematice vláknobetonů v Česko­slovensku, která se konala v roce 1982 na VŠB-TU v Ostravě. 

Od roku 2003 se konference Fibre Concrete konají pravidelně každé dva roky. V roce 2007 převzala organizaci konferencí Katedra betonových a zděných konstrukcí Fakulty stavební ČVUT v Praze. Na konference jsou zvány světové kapacity v oblasti betonových kompozitů, v průběhu let se konferencí zúčastnili např. prof. Zdeněk P. Bažant, prof. Peter J. M. Bartoš, prof. György L. Balázs, prof. Joaquim A. O. Barros a řada dalších odborníků z univerzit i z praxe.

Fibre Concrete 2019 byl desátou konferencí této série. U příležitosti jubilejního konání byl v předvečer konference uspořádán workshop, který měl zhodnotit úroveň vědeckého poznání, zkušenosti s navrho­váním, výrobou a použitím vláknobetonu a dalších betonových kompozitů s rozptýlenou výztuží v praxi. Skladba přednášejících byla zvolena tak, aby byly pokryty všechny dotčené oblasti – přítomni byli zástupci výrobců vláken, odborníci na technologii vláknobetonu, projektanti, vývojáři a programátoři výpočetních metod a výpočetních softwarů, zástupci z výrobních podniků i prováděcích firem.

Jaké jsou závěry z jednání workshopu? Optimistické! Vývoj vláknobetonů sice pomalu, ale znatelně postupuje kupředu. Před dvaceti lety byly hlavními tématy referátů na konferenci o vláknobetonu otázky identifikace vlastností a jejich zkoušení a otázky technologie. Žehrali jsme na nedostatek norem a chybějící nástroje pro navrhování vláknobetonových konstrukcí.

V průběhu let vznikly nové typy vláken a vláknobetonů. Lépe chápeme vliv vláken a chování různých typů vláknobetonů. Pomalu se zlepšuje i situace v přípravě podkladů pro navrhování. Výhody vláknobetonu jsme se naučili využívat. Ukázalo se, že aplikace vláknobetonu má i ekonomický efekt a další benefity spočívající ve zvýšení trvanlivosti konstrukcí a udržitelnější výstavbě. Podařilo se vyrobit a aplikovat UHPC v místních podmínkách a z lokálních surovin.

Příspěvky workshopu se zabývaly několika tématy. V oblasti technologie šlo o způsob dávkování a vliv geometrických a pevnostních charakteristik drátku a celkové dávky drátků ve směsi na výsledné chování drátkobetonu. Přednáška o vlivu drátků na vznik a rozvoj smršťovacích trhlin upozornila na to, že není tak podstatná celková hmotnost drátků, tedy kolik kilogramů drátků je v 1 m3 betonu, ale jaký je jejich počet. Takže veřejností tolik diskutovaný údaj o hmotnostní dávce drátků, tj. kolik kilogramů drátků je ve směsi, není zcela relevantní.

Mnoho přednášek se věnovalo stavu předpisů, norem a podkladů, které se týkají vláknobetonů a zavedení návrhových postupů pro vláknobeton do různých aplikací a softwarů. Vývoj softwarových nástrojů se zaměřil především na nejznámější typ vláknobetonu – drátkobeton. Nabízené výpočetní nástroje pomohou posoudit prvek nebo konstrukci z vláknobetonu bez výztuže i s výztuží, v mezním stavu únosnosti i použitelnosti (stanovit šířku trhlin). [2], [3]

Byla představena celá řada aplikací z vláknobetonu. Vyplývá z nich, že vedle dnes již tradičního použití drátkobetonu pro průmyslové podlahy a stříkaná tunelová ostění najde vláknobeton uplatnění i v dalších konstrukcích, a to jak monolitických, tak i prefabrikovaných. Jako příklad využití drátkobetonu in situ byla prezentována rekonstrukce a rozšíření mostu u Hvězdonic, kde byl transport-drátkobeton použit pravděpodobně poprvé pro stavbu ŘSD.

Většina představených použití vlákno­betonu byly prefabrikáty. Použití vláknobetonu v prefabrikaci má mnohé výhody. Předně je při výrobě v prefě dosaženo vyšší kontroly výroby, takže použití vláken je efektivnější a přináší lepší výsledky. Výhodnější rozložení trhlin a jejich menší šířka zaručují vyšší trvanlivost a životnost prvku. Všesměrná orientace vláken a jejich přítomnost i v povrchových vrstvách konstrukce účinně brání otlučení hran (např. při transportu a manipulaci s prefabrikáty). U některých prvků vede použití vláknobetonu k redukci klasické betonářské výztuže, u některých k redukci tlouštěk stěn a/​​nebo desek. Při vhodném výběru prvku pro aplikaci vláknobetonu, správném výběru vláken a náležitém výpočtu je výroba vlá­knobetonových prvků ve srovnání s tradičními betonovými levnější. Druhotných úspor je do­­sa­hováno díky vyloučení reklamací prvků poškozených při transportu, manipulaci a osazování. Snížení hmotnosti prvků díky menším tloušťkám redukuje i požadavky na dopravní techniku a jeřáby. Další ekonomické výhody vláknobetonu spočívají ve snížení nákladů na opravy a údržbu a prodloužení životnosti prvků.

V předpjatých dílcích mohou drátky nahradit klasickou smykovou výztuž, snížit množství výztuže v kotevních oblastech, zlepšovat kotvení výztuže i transportních a jiných kotev.

Polovina příspěvků workshopu se věnovala nejnovějšímu typu vláknobetonu – materiálu UHPC (ultra vysokohodnotný beton). To je materiál s vynikajícími vlastnostmi, jichž je dosaženo díky hutné struktuře cementové matrice ztužené rozptýlenými vlákny. UHPC je využíván především v mostním stavitelství. V posledních letech byl rozvoj tohoto materiálu podpořen několika grantovými projekty, v jejichž rámci byly ověřovány možnosti výroby z místně dostupných surovin nejprve v laboratorních podmínkách, pak i v podmínkách výrobního závodu. Ve spolupráci několika subjektů byly vypracovány tři metodiky pro UHPC schválené Ministerstvem dopravy ČR – pro návrh složení a zkoušení UHPC, pro navrhování prvků z UHPC a pro výrobu a kontrolu jakosti [4], [5], [6].

I pro ultra vysokohodnotný beton platí, že nejvýhodnější a také nejčastější je jeho použití v prefabrikovaných prvcích. Na workshopu bylo předvedeno několik realizací UHPC prefabrikovaných prvků mostních konstrukcí, a to pohledem projektanta, výrobce prefabrikátů a zástupce stavební firmy. Vyplynulo z nich, že UHPC je sice dražší než tradiční beton, ale díky mimořádným vlastnostem tohoto materiálu jsou konstrukce z něj konkurenceschopné. UHPC konstrukce mají vysokou trvanlivost a dlouhou životnost (až 150 let) v běžném i agresivním prostředí. Ana­lýza životního cyklu tří materiálových/​​konstrukčních variant lávky pro pěší ukázala, že varianta z UHPC má nejnižší uhlíkovou stopu ze všech srovnávaných variant.

Od počátků vývoje vláknobetonu k dnešku byl učiněn nesporný pokrok. Praktické použití a mnohé realizace vláknobetonových konstrukcí prokázaly, že je tento materiál výhodný pro použití v prvcích nevyztužených, v prvcích, kde je kombinována rozptýlená výztuž s výztuží prutovou, i v prvcích předpjatých. Je možné navrhovat konstrukce prováděné in situ i ve výrobnách. Navrhování vláknobetonových prvků je podpořeno několika výpočetními pomůckami a programy vycházejícími z lineárně pružné teorie i nelineárního způsobu navrhování. Některé už zavedené návrhové softwary mají funkcionality pro návrh podlah i nosných prvků. Existuje i řada předpisů pro vláknobetony a připravuje se norma pro navrhování.

Celá řada problémů však není dosud dořešena. Není podrobně prozkoumáno dlouhodobé chování vláknobetonových konstrukcí. Výhodné vlastnosti vláknobetonu nejsou zohledněny v požadavcích na minimální krycí vrstvy, kotevní a přesahové délky. Rozvoj vláknobetonů do značné míry omezuje i to, že se v ceně díla nepromítne poměr mezi prvotními náklady a zvýšenou životností a minimalizací nákladů na údržbu a opravy vláknobetonové konstrukce.

Co naopak rozvoji vláknobetonu pomůže, je aspirace překonat zavedené mechanismy a postupy ve výrobě i v hlavách lidí. A také promyšlená volba prvku, kde má být vláknobeton aplikován, správný výběr vláken a jejich množství, správný návrh směsi a technologie výroby a statický návrh, který využije všechny výhody, jež vláknobeton nabízí.