Článek se zabývá praktickými zkušenostmi s využitím ultra vysokohodnotného betonu (UHPC) při sanacích a rekonstrukcích železobetonových konstrukcí vodohospodářských objektů v prostředí průmyslových závodů. Autoři shrnují klíčové faktory ovlivňující kvalitu a výsledek realizací in situ, jako jsou prostorové a organizační podmínky staveniště, technologické požadavky na výrobu a zpracování směsi, kontrola kvality či vliv klimatických podmínek. Na konkrétních příkladech oprav zahušťovací a směšovací nádrže je prezentován potenciál UHPC pro prodloužení životnosti a zvýšení odolnosti konstrukcí vystavených chemicky agresivnímu prostředí. Příspěvek zdůrazňuje výhody tohoto materiálu – zejména jeho vysokou trvanlivost, mechanickou odolnost, rychlou dosažitelnost plné zatížitelnosti a minimální potřebu údržby – a současně upozorňuje na technologické a organizační nároky spojené s jeho aplikací in situ.
UHPC neboli ultra vysokohodnotný beton se vyznačuje mimořádně vysokou trvanlivostí a odolností vůči působení korozních vlivů, jako jsou karbonatace, mrazové cykly, CHRL či nejrůznější agresivní látky a prostředí v průmyslových a chemických podnicích. Díky těmto vlastnostem je možné z UHPC navrhovat velmi odolné, a navíc subtilní konstrukční prvky s unikátními, dříve obtížně dosažitelnými parametry. Z materiálového hlediska představuje UHPC moderní, vysoce trvanlivý kompozitní materiál s výjimečnými mechanickými charakteristikami, který je vhodný pro nejrůznější konstrukční a inženýrské aplikace. Po několika letech experimentální praxe s UHPC a jeho aplikací při opravách železobetonových konstrukcí bychom se chtěli o některé naše poznatky a zkušenosti podělit.
Faktory ovlivňující opravy s použitím UHPC
Nejdůležitější faktory, které podle našich zkušeností nejvýznamněji ovlivňují přípravu, průběh a konečný výsledek každé realizace z materiálu UHPC prováděné in situ v prostředích průmyslových závodů:
- Situace staveniště a jeho prostorové možnosti: v podmínkách průmyslových závodů se veškeré stavební dodávky musí řídit striktními provozními a bezpečnostními požadavky. Významnými faktory ovlivňujícími sanace či opravy jsou přístup k opravované konstrukci, přepravní vzdálenosti a především požadavek na zvládnutí opravy v minimálním časovém úseku.
- Způsob přípravy a transportu směsi: výroba směsi UHPC vyžaduje míchací prostředky s nuceným způsobem míchání. UHPC lze pro rozsáhlejší užití připravovat v klasických stabilních betonárnách, ale pro případy vyžadující menší objemy zpracovávaného UHPC nezbývá než výrobu provádět ambulantně, přímo na staveništi z prefabrikované suché směsi. Téměř výhradně používáme pro tyto účely suchou směs UHPC Valucem. Obdobně jako u klasického betonu i u UHPC existuje časové omezení pro převoz a ukládání směsi. Přes malou dávku vody (vodní součinitel menší než 0,25) má čerstvé UHPC specificky tekutou až medovitě viskózní zpracovatelnost. Směs musí být po namíchání co nejrychleji zpracována a uložena na pozici. S ohledem na okolní podmínky je směs citlivá na ztrátu zpracovatelnosti a její úprava dodatečným dávkováním přísad a mícháním v zásadě není možná.
- Ochrana před klimatickými vlivy: vítr, déšť, mráz i sluneční osvit ovlivňují zpracování, výrobu i ukládání UHPC obdobně jako klasického betonu. UHPC je však citlivější na výkyvy teplot, a to nejen prostředí, ale i výrobních a přepravních zařízení (míchačky, podavače, hadice apod.). Zejména v letních měsících je nutné minimalizovat přehřívání směsi vlivem ohřátých zařízení, především pak sluncem rozpálených hadic, vhodnými technologickými opatřeními (stínění, chlazení studenou vodou ad.).
- Zajištění stejnorodosti a kvalitativních parametrů vyráběné a ukládané směsi: pro dosažení cílových parametrů finální opravy či výrobku je potřeba pracovat podle předem zpracovaného technologického postupu a kontrolního a zkušebního plánu (KZP). Nejen ve stabilních betonárnách, ale zejména v případě ambulantního míchání na stavbě různými typy míchacích zařízení musí být důraz kladen především na přesné dávkování a sled vkládání jednotlivých komponent do připravované směsi. V průběhu celého procesu výroby je důležité zajištění jakosti a stejnorodosti. Stěžejní je proto trvalá průběžná kontrola zpracovatelnosti, tedy odběr a zkoušky vzorků dle předem zpracovaného KZP.
- Organizační nároky na personální obsazení, kvalifikační předpoklady a znalosti: při vlastní realizaci je nezbytné opakovaně seznamovat všechny pracovníky s jejich funkcí a úkoly na stavbě. V průběhu celého procesu je důležité dodržet trvalou kontinuitu výroby, přepravy a uložení směsi, včetně jejího následného ošetřování. Problémy mohou vyvolat i jakékoliv zdánlivé drobnosti, jako jsou např. přisychání směsi či hromadění vláken na stěnách míchačky nebo v podavači, vytvoření nesourodých „žmolků“ zneprůchodňujících hadice a následné poškození výrobního či podávacího zařízení rychlým zatvrdnutím směsi.
Následující dva příklady použití UHPC na vodohospodářských stavebních objektech v „nehostinných“ podmínkách průmyslových závodů ukazují potenciál UHPC. Bližší údaje o investorovi a jednotlivých stavbách nejsou na přání provozovatelů uvedeny.
Oprava zahušťovací nádrže
UHPC bylo použito pro opravu poškozené pojezdové plochy zhlaví otevřené kruhové zahušťovací železobetonové nádrže se středovým vtokovým sloupem a s kruhovou deskou pro otočné uložení stíracího mostu. Ačkoli byla zahušťovací nádrž vybudována poměrně nedávno, v roce 2007, docházelo u ní opakovaně ke vzniku trhlin a k postupnému celoplošnému rozpadu pojezdové plochy, zatěžované koly otočného mostu. Provozovatel požadoval návrh opatření, která by dlouhodobě zabránila vzniku takovýchto vad. Jedním z důvodů opakovaného rozpadu zhlaví nádrže byla skutečnost, že původní statický posudek se nevypořádal se zatížením železobetonových konstrukcí teplotními a klimatickými vlivy, které bylo navíc umocněno výrobní nekázní při dokončování díla.
Jedná se o nedilatovanou monolitickou železobetonovou konstrukci s vnitřním ø 18 m, se stěnou výšky 7,88 m a tloušťky 0,55 m, z betonu třídy C25/30, XC2, XF1 s výztužnými vložkami z oceli 10505.
Stavebně-technickým průzkumem (STP) byly nejprve ověřeny mechanicko-fyzikální vlastnosti použitého betonu a skutečné rozmístění výztuže ve zhlaví stěny. Zjištěné skutečnosti neodpovídaly údajům uvedeným v realizační projektové dokumentaci původního zhotovitele. Geodetické zaměření prokázalo, že pojezd mostu je v horizontální rovině významně vychýlen. Na základě těchto poznatků bylo provedeno nové statické posouzení a vypracován projekt opravy zhlaví nádrže. S ohledem na stykování a omezení velikosti průměru výztuže (MSP) bylo navrženo dispozičně maximální možné doplnění výztuže ve zhlaví stěny. Pro omezení napětí a minimalizaci rizika vzniku trhlin byl pro opravu zvolen beton UHPC Valucem třídy C120 FR6 s 2% obsahem ocelových drátků.
Po obnažení výztuže zhlaví stěny zahušťovací nádrže bylo potvrzeno, že pojezdová plocha je šikmá (rozdíl vůči vodorovnosti byl v nejvyšším místě až 110 mm) a rovněž byly potvrzeny poznatky z STP, upozorňující na velkou absenci příčné a podélné výztuže. Zkouškami na odebraných vzorcích z horní části nádrže bylo zjištěno, že použitý beton odpovídá pevnostní třídě C40/50, což významně a nepříznivě zkomplikovalo bourací práce.
Rekonstrukce směšovací nádrže
Zadáním investora bylo splnit čtyři klíčové požadavky limitující rekonstrukci železobetonové konstrukce směšovací nádrže:
- celá rekonstrukce směšovací nádrže, zaměřená na odstranění šesti původních stavidel a osazení nových včetně sanačních prací, musí být provedena jen ve vymezeném čase daném celozávodní odstávkou technologie a všech výrobních zařízení, tj. za pouhých 21 dní včetně přípravných prací a následného vyklizení staveniště,
- sanovaná železobetonová konstrukce musí být odolná vůči plnému provoznímu zatížení již v okamžiku skončení odstávky výrobních zařízení,
- sanovaná konstrukce musí dlouhodobě a ve zvýšené míře odolávat zvýšenému namáhání od abrazivních účinků rychlého proudění a víření převážně teplé, znečistěné vody a od proměnného teplotního zatížení konstrukce v zimních měsících, kdy dochází ke zvýšenému odparu a následnému namrzání železobetonů nad hladinou,
- sanační úpravy musí zajistit dlouhodobou provozní užitnost celého rekonstruovaného objektu, protože jeho odstavení je možné jen v době zastavení veškeré výrobní technologie – celého chemického provozu.
Předchozí stavebně-technický průzkum potvrdil hloubkovou degradaci stěn a dna celé železobetonové konstrukce směšovací jímky i významné korozní úbytky výztuže, trvalé průsaky a netěsnosti, které dlouhodobě ovlivňovaly řádné užívání díla.
Na základě podkladů ze STP a požadavků investora byl pro tuto rekonstrukci zvolen neobvyklý technologický postup (z hlediska obecně uznávaných sanačních postupů). Podstata změny spočívala v nedodržení požadavku odbourání poškozených ploch železobetonové konstrukce až na únosný podklad, ale pouze byly odstraněny nesoudržné povrchové vrstvy betonu a poškozená výztuž, která byla uvolněna nebo významně korozně zeslabena a již neplnila svou funkci. V celé ploše byly doplněny kari sítě, které byly spřaženy a uchyceny do jádra stěn a pilířů na vlepené trny. Hydrodemolice formou tryskání vysokotlakým vodním paprskem nebyla vzhledem ke stavu železobetonové konstrukce vhodná. Navíc by se tím zvýšila pracnost (prodloužila se doba na předúpravu) a významně by narostla cena za dílo (zvýšilo by se množství opravných hmot). Při použití UHPC postačuje pouze otryskání a oplach předupravených povrchů přiměřeným tlakem vody. Ponechávané železobetonové konstrukce nadále plní v podstatě jen funkci ztraceného bednění.
Nároky na bednění
Jedním z nejdůležitějších úkolů při sanacích či rekonstrukcích prováděných s využitím UHPC je výroba a instalace přesného a těsného atypického bednění. Spoje mezi bedněním a přiléhajícími stěnami či rámy technologie i mezi jednotlivými prvky bednění musí být všude dokonale vytmeleny. Sebemenší netěsnost znamená velmi problematicky zastavitelný únik vysoce viskózního UHPC, který dokáže vyplnit i minimální mezery a nerovnosti. Plnění a odlévání se provádí beztlakově, kontinuálně, skrze ve stěnách předpřipravené drážky, postupně od zdola vzhůru, aby se zabránilo vzniku kaveren a vzduchových dutin. Bednění musí být nadimenzováno, aby bez jakýchkoli deformací odolalo (v závislosti na výšce) zvýšenému hydrostatickému tlaku vyvíjenému téměř tekutou, tzv. medovou konzistencí čerstvého UHPC.
Závěr
Několik klíčových poznatků vyplývajících z našich zkušeností s aplikacemi UHPC při opravách železobetonových konstrukcí vodohospodářských staveb v areálech průmyslových podniků je uvedeno v tab. 1.
Využití UHPC při sanacích a rekonstrukcích zejména vodohospodářských staveb zvyšuje významně jejich další užitnost a především jejich životnost. Při celoplošné aplikaci UHPC opravený objekt získává nejen vzhled a hodnotu nové stavby, ale stává se téměř bezúdržbovým, protože UHPC již nevyžaduje jakoukoli další povrchovou úpravu a jen minimálně podléhá zubu času.
Naše dosavadní praktické zkušenosti nám ukazují, že existuje velmi mnoho stavebních konstrukcí, kde je použití UHPC vhodné, a to jak pro účinné statické zesílení, tak pro provedení vysoce trvanlivé sanace stávajících degradovaných železobetonových konstrukcí. Doporučujeme proto projektantům, realizačním firmám a především investorům, aby se o tuto novou technologii zajímali, a pomohli tak jejímu intenzivnímu rozvoji. Potenciál hmot, jako je UHPC, je doposud poměrně skryt před odbornou i širokou veřejností.
Literatura:
[1] TP 267 Ultravysokohodnotný beton (UHPC). Praha: MD ČR, 2024.
[2] COUFAL, R., KALNÝ, M., KOLÍSKO, J., VÍTEK, J. L. Ultra vysokohodnotný beton (UHPC) – Technická pravidla ČBS 07. Praha: ČBS – Česká betonářská společnost ČSSI, 2022. ISBN 978 – 80 – 907611 – 7‑9.
[3] PREMIX servis. Valucem. https://valucem.cz/
[4] KOLÍSKO, J. a kol. Metodika 1 – Metodika pro návrh UHPC a materiálové zkoušky. Metodika certifikovaná MD ČR (výstup projektu TAČR TA 010110269), Praha: Kloknerův ústav ČVUT, 2014.
[5] KOLÍSKO, J. a kol. Metodika 2 – Metodika pro navrhování prvků z UHPC. Metodika certifikovaná MD ČR (výstup projektu TAČR TA 010110269), Praha: Kloknerův ústav ČVUT, 2014.
[6] KOLÍSKO, J. a kol. Metodika 3 – Metodika pro výrobu prvků z UHPC a pro kontrolu jejich provedení. Metodika certifikovaná MD ČR (výstup projektu TAČR TA 010110269). Praha: Kloknerův ústav ČVUT, 2014.
[7] KOLÍSKO, J., ČÍTEK, D., CÍSLER, O., TEJ, P., MAREK, J. Unikátní tenkostěnná oblouková lávka z UHPFRC. Beton TKS. 2018, 18(02), s. 34 – 38. ISSN 1213 – 3116.
[8] ČÍTEK, D., KOLÍSKO, J., ŘEHÁČEK, S., DOBIÁŠ, D. New perspective in design of innovative UHPFRC structures. In: 9th International Conference On Concrete Under Severe Conditions – Environment and Loading – proceedings. Porto Alegre: Unisinos – Avenida Doutor Nilo Peçanha – Boa Vista, 2019. ISBN 978 – 65 – 80633 – 00‑5.
[9] ČÍTEK, D., KRYŠTOV, M., ČÍTEK, A., KOLÍSKO, J. Load bearing capacity tests of thin walled structures made from UHPFRC. In: Concrete Innovations in Materials, Design and Structures – Proceedings of the fib Symposium 2019. Lausanne: Fédération Internationale du Béton, 2019, s. 373 – 379. ISBN 978 – 2‑940643 – 00‑4.
[10] KOLÍSKO, J., TICHÝ, J., TICHÝ, M., HUŇKA, P., HÁJEK, P., TREFIL, V. Vývoj ultra vysokohodnotného betonu (UHPC) na bázi surovin dostupných v ČR. Beton TKS. 2012, ročník 20, č. 6. Samostatná příloha Betonové konstrukce 21. století betony s přidanou hodnotou, s. 51 – 56. ISSN 1213 – 3116.
