Ozvěny Workshopu Fibre Concrete 2019

Článek informuje o setkání s názvem Workshop Fibre Concrete 2019, na kterém byl rekapitulován vývoj vláknobetonu v ČR od jeho počátků a byla diskutována jeho současnost v oblasti návrhu složení, identifikace vlastností a navrhování konstrukcí a konstrukčních prvků. Na workshopu byly prezentovány praktické aplikace a realizace konstrukcí z běžných vláknobetonů i z ultra vysokohodnotného betonu.

Z historie vláknobetonu

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.

Současnost vláknobetonu

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.

Čerpání a uložení drátkobetonu při rekonstrukci a rozšíření Hvězdonického mostu (foto: Vladimír Brejcha)

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.

Výroba mostního římsového prefabrikátu z vláknobetonu s polypropylenovými vlákny (foto: Iva Broukalová)
Skládaná opěrná stěna z vláknobetonových prefabrikátů (foto: Iva Broukalová)
Předpjaté sloupky protihlukových stěn z drátkobetonu (foto: Iva Broukalová)
Předpjaté prefabrikované trámy pro spřaženou mostní konstrukci (foto: Vladimír Brejcha)

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

UHPC – ultra vysokohodnotný beton

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].

Montáž UHPC prefabrikované lávky pro pěší v Táboře (foto: archiv společnosti Pontex)

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.

UHPC lávka pro pěší u Čelákovic (foto: archiv společnosti Pontex) 

Závěr

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.

Zdroje

[1]          KRÁTKÝ, J., TRTÍK, K., VODIČKA, J. Drátkobetonové konstrukce. Praha: ČKAIT, 1999.

[2]          Manuál programu SCIA Engineer. www.help.scia.net [online]. Dostupné z: http://help.scia.net/19.0/cs/#scia_engineer_help.htm

[3]          Bekaert.com [online]. Dostupné z: www.bekaert.com

[4]          KOLÍSKO, J., BOUŠKA, P., ČÍTEK, D., HUŇKA, P., RYDVAL, M., VOKÁČ, M. Metodika 1 – Metodika pro návrh UHPC a pro materiálové zkoušky [online]. Výstup projektu TAČR TA 010110269. Kloknerův ústav ČVUT v Praze, 2014. Dostupné z: www.klok.cvut.cz/wp-content/uploads/2016/02/Metodika‑1‑N%C3%A1vrh-a-zkou%C5%A1en%C3%AD-UHPC.pdf

[5]          KALNÝ, M., KOMANEC, J., KVASNIČKA, V., KOLÍSKO, J., TEJ, P. Metodika 2 – Metodika pro navrhování prvků z UHPC [online]. Výstup projektu TAČR TA 010110269. Kloknerův ústav ČVUT v Praze, 2014. Dostupné z: www.klok.cvut.cz/wp-content/uploads/2016/02/Metodika-2-Navrhov%C3%A1n%C3%AD-UHPC.pdf

[6]          TICHÝ, J., KOLÍSKO, J., VOKÁČ, M., ČÍTEK, D., TREFIL, V., KALNÝ, M. Metodika 3 – Metodika pro výrobu prvků z UHPC a pro kontrolu jejich provedení [online]. Výstup projektu TAČR TA 010110269. Kloknerův ústav ČVUT v Praze, 2014. Dostupné z: www.klok.cvut.cz/wp-content/uploads/2016/02/Metodika‑3‑V%C3%BDroba-UHPC.pdf

[7]          KALNÝ, M., KOMANEC, J., KVASNIČKA, V., VÍTEK, J. L., BROŽ, R., KOUKOLÍK, P., COUFAL, R. Lávka přes Labe v Čelákovicích – první nosná konstrukce z UHPC v ČR. Beton TKS. 2014, roč. 14, č. 4, s. 10 – 18.

Autor

Echoing Back to Workshop Fibre Concrete 2019

The paper outlines the discussion held at the Workshop Fibre Concrete 2019, which recapitulated the evolution of fibre-reinforced concrete technology and design in the Czech Republic and discussed state of the art in the field of the identification of material properties and design of structures and structural members. The Workshop presented applications and structures from ordinary fibre-reinforced concrete and from ultra-high-performance concrete.

4/2020 Mosty a lávky | 15. 8. 2020 | Materiály a technologie

Lávky krátkých rozpětí z UHPC

Článek se zabývá experimentálním vývojem předem předpjatých konstrukčních prvků z ultra vysokohodnotného betonu (UHPC) pro lávky krátkých rozpětí a jejich aplikací v praxi. Užitím materiálu UHPC ve spojení s optimalizovaným tvarem průřezu lze snížit spotřebu primárních surovin...
4/2020 Mosty a lávky | 15. 8. 2020 | Stavební konstrukce

Lávka z UHPC v Lužci nad Vltavou z pohledu projektanta

Zavěšená mostní konstrukce z UHPC délky 138 m s jedním pylonem má rozpětí hlavního pole 99,18 m, vedlejší pole má délku 31,9 m. Podařilo se navrhnout a realizovat unikátní mostní konstrukci, která se může stát důstojnou vizitkou schopností všech účastníků výstavby.