Odlévání soch sokolů z UHPC

Budova T. J. Sokol Volyně pochází z roku 1929 a byla projektována v tzv. národním geometrickém slohu. Jejím autorem je žák předního slovinského architekta Josipa Plečnika, architekt František Průša, který sám prováděl stavební dozor při stavbě sokolovny a je rovněž autorem soch sokolů zdobících exteriér.

Architekt Průša projektoval zejména ve funkcionalistickém stylu vynikající vily i nájemní domy v jihočeském regionu a jako přední člen České obce sokolské navrhl řadu po architektonické stránce špičkových staveb sokoloven v Čechách (např. v Blatné, Horažďovicích, České Lípě, Hronově ad.). Z rozmanitých oblastí, kterým se František Průša věnoval, stojí za zmínku jeho sochařská díla (zejména památníky padlým ve světových válkách, ale i náhrobky významných osobností, např. ministerského předsedy vlády Rudolfa Berana), v nichž experimentoval s uplatněním betonu a teraca, a dále design nábytku a nábytkových intarzií. Věnoval se též pedagogické činnosti na volyňské průmyslové škole. Členství v pražském spolku Jednota umělců výtvarných mu umožňovalo udržovat krok s nejaktuálnějšími trendy v umění a architektuře a navazovat kontakty s význačnými uměleckými osobnostmi meziválečného Československa, např. s Václavem Špálou, Františkem Kyselou, Vincencem Benešem ad. 

V rámci postupné rekonstrukce sokolovny bylo v letošním roce instalováno osm replik původních soch sokolů, jež se nacházejí na štítových zdech vymezujících tělocvičnu (dvě sochy nad vchodem do budovy se v této fázi lití nerealizovaly, dvě boční sochy byly odstraněny při přestavbě v 70. letech). Sochy jsou identické, resp. liší se v natočení hlavy buď na levou, či pravou stranu. Geometrická stylizace soch se projevuje nejen v základních siluetách, ale i v řešení celého povrchu. Výška soch dravců (včetně soklu) je 2 m, jejich délka je 1,1 m a rozpětí křídel mají 1,3 m. 

Degradace materiálu původních odlitků byla patrná na první pohled a projevovala se chybějícími částmi, obnaženou zkorodovanou armaturou, trhlinami, chybějící modelací a znečištěním. 

Kvůli propustnosti původního betonu zkorodovala výztuž, jež svým rozpínáním roztrhala odlitky zejména v tenkých profilech křídel a ocasu. Výztuže v těchto místech byly vzhledem k nižší pevnosti betonu naddimenzovány tak, že dostatečné krytí nešlo zajistit ani při precizním umístění výztuže do formy. Povrch soch byl celoplošně zvětralý a na exponovaných místech zcela „smytý“ bez zachování detailů modelace. 

Po zvážení možných materiálů a technologií byl zejména vzhledem k vysokým požadavkům na pevnost, vyplývajícím z umístění na štítech budovy, zvolen ultra vysokohodnotný beton (UHPC) Valucem litý do tvrdé kompozitní formy. Tento materiál byl vybrán také na základě dalších požadavků na mechanické vlastnosti a požadavků na vlastnosti vizuální, tak aby co nejvíce odpovídal původnímu materiálu odlitků. 

Jako modely pro zaformování levého a pravého sokola byly použity nejzachovalejší původní odlitky, jež byly zpevněny a doplněny o chybějící části. Modelace jejich povrchu byla kompletně obnovena reverzibilními tmely na základě historických fotografií a dochovaných fragmentárních částí na místech chráněných před povětrnostními vlivy (např. pod ocasem). Pro potřeby formování byl povrch napuštěn roztokem akrylátové pryskyřice v organickém rozpouštědle a ve finále byl ještě ošetřen stříkaným dvousložkovým akrylátovým tmelem, tzv. plničem. 

Vzhledem k požadovanému počtu odlitků a komplikovanému postupu lití byla zvolena tvrdá kompozitní forma namísto silikonové formy se sádrovým kadlubem. Ta by musela být při realizaci každého odlitku zadusávána do písku, aby sádrový kadlub vydržel nápor hydrostatického tlaku sloupce betonu. Tato metoda by rovněž neumož­ňovala polohování formy během lití, jež bylo nutné kvůli odvzdušnění. 

Byly vyrobeny dvě tvrdé kompozitní formy, jedna na pravého a druhá na levého sokola. 

Při výrobě formy byly zohledněny tyto faktory: tlak betonového sloupce, těsnost spár formy, smrštění materiálu, odvzdušnění a způsob odformování. 

Sloupec betonu dosahoval výšky 2 m, což ve spodní části formy představuje tlak přibližně 25 kPa. Pro kvalitní vzhled bylo navíc nutné zajistit dokonalou těsnost spár mezi jednotlivými díly formy tak, aby na odlitku nevznikaly výrazné dělicí roviny. 

Předpokládané smrštění materiálu ovlivnilo tvar i počet dílů formy, kterých bylo nakonec zapotřebí 29. Díly byly navrhovány tak, aby nedocházelo k „uzamčení“ tvaru, resp. aby forma nebránila odlitku při smrštění a nehrozil vznik trhlin. 

Aby byly odlitky kvalitní, bylo nutné během lití dosáhnout co nejlepšího odvzdušnění všech detailů. Toho bylo dosaženo polohováním formy v průběhu jejího plnění. Z toho důvodu byla kompozitní forma osazena v ocelové konstrukci umožňující plynulé otáčení. Kvůli smrštění materiálu a složitosti tvaru pracovní postup vyžadoval odformování čerstvého odlitku v ne zcela vytvrdlém stavu, a proto byly pod křídly sokolů použity pomocné vzpěry. 

Dělicí roviny vymezující jednotlivé díly formy byly pro svou tvarovou náročnost realizovány z voskových plátů s již připraveným reliéfním zámkem. 

Laminování dílů z kompozitu epoxidové pryskyřice a skelného vlákna probíhalo postupně vždy tak, aby sousedící díly nebyly realizovány najednou. V závislosti na poloze dílu ve formě, hodnotě předpokládaného tlaku, kterému bude vystaven, a tvaru a velikosti dílu bylo kladeno 8 až 15 vrstev rovingové skelné tkaniny gramáže 490 g/​​m².

Po dokončení všech dílů byly k některým přilaminovány ocelové chyty pro spojení kompozitní formy s ocelovou konstrukcí, která dodává formě potřebnou tuhost a umožňuje její polohování v otočném mechanismu, do něhož je vložena. Formovaný model měl přibližně stejnou váhu i těžiště jako budoucí odlitky, proto bylo možné si předem správně napolohovat výšku usazení formy v otočném mechanismu. Finální povrch forem sokolů byl opatřen separačním voskem. 

Předem naohýbaná výztuž byla vložena do formy a zafixována pomocí předem namočených betonových distančníků o výšce 20 mm. 

Do směsi UHPC Valucem byla přidávána PVA rozptýlená vlákna v množství 15 kg/​​m³. Směs s PVA rozptýlenou výztuží má oproti směsi s ocelovou rozptýlenou výztuží lepší zatékavost do detailů a vlákna se v řezu vizuálně neuplatňují. Tyto požadavky jsou při sochařských realizacích zásadní. 

Směs byla míchána v míchačkách s nuceným oběhem. Hustota směsi byla kontrolována rozlivovými zkouškami ve stanovené toleranci 290 až 320 mm. 

Forma byla plněna pomocí čerpadla. Počáteční poloha formy byla v náklonu 45º, přičemž konečná poloha byla svisle hlavou sokola dolů tak, aby spodní plocha podstavce byla vodorovně. Plnění formy probíhalo postupně od spodních partií křídel, ocasu a hlavy až po sokl. Během lití se forma postupně polohovala, aby došlo k co nejkvalitnějšímu odvzdušnění všech detailů. Používat vibrátory nebylo možné, neboť by hrozila segregace jednotlivých složek UHPC. 

V závislosti na teplotě formy a teplotě čerpaného betonu se měnily i časy odformování. Díky lití většího počtu odlitků stejného tvaru šlo stanovit parametry pro co nejkvalitnější výsledek. Toho bylo dosaženo v případech, kdy měla hmota rozliv 305 mm s dobou lití 60 min. Při tomto časovém úseku se dařilo odlitek optimálně odvzdušnit ve všech polohách. Teplota formy byla 21,5 ºC, teplota čerpané hmoty 31,5 ºC. Co nejvíce jsme se snažili hmotu odvzdušnit ještě i před čerpáním do formy pomocí přečerpávání v uzavřeném obvodu. 

Doba tuhnutí od ukončení lití po začátek odformovávání byla 6 h. Po tomto čase a při těchto teplotách bylo možné odformovat sochu, která měla tenké detaily již dostatečně tuhé tak, že se udržely, a u které zároveň nedocházelo k velkému smrštění hlavních hmot tak, aby by se trhaly o formu. 

Teplota povrchu hlavní hmoty sochy (měřeno na hrudi sokola, kde byla teplota vždy nejvyšší) během odformovávání byla 60 ºC.

Bezprostředně po odformování byly odlitky baleny do mokré textilie o stejné teplotě jako byl povrch sochy, aby nedošlo k teplotnímu šoku. Odlitek i s textilií byl následně zabalen do nepropustné fólie pro udržení vlhkosti. Po dvou týdnech byly odřezány pomocné vzpěry a odvzdušňovací kanály. 

Materiál UHPC je hojně využíván pro rea­lizaci betonových konstrukcí s vysokými nároky na pevnost a odolnost vůči vnějším vlivům. V případě sochařských realizací nebo při výrobě kopií však zatím není i přes svůj vysoký potenciál příliš rozšířeným materiálem. 

Při výrobě volyňských sokolů umožnila vysoká pevnost UHPC zredukovat množství a tloušťku ocelových výztužných prutů z původních čtyř prutů o průměru 12 mm (v řezu křídlem) na tři pruty o průměru 8 mm. Tím by se mělo v kombinaci s výrazně vyšší nepropustností materiálu předejít korozi výztuže. Vysoká odolnost vůči povětrnostním vlivům rovněž zaručuje dlouhou životnost povrchu se zachováním detailní modelace. Materiál UHPC Valucem se ukázal jako velice vhodný pro výrobu replik soch sokolů také díky své pevnosti a nepropustnosti. Důležitá byla i výborná zatékavost, která umožňuje lití do poměrně uzavřené formy i s již uloženou armaturou. Vysoká počáteční pevnost materiálu výrazně zkrátila dobu odformování, čímž došlo k urychlení celého procesu.