Tato práce se zabývá využitím vláken v betonu. Vlákna jsou rozptýlenou výztuží, která může mít různé vlastnosti na základě materiálové charakteristiky nebo geometrického tvaru vlákna, podle kterých je předurčena jejich vhodná aplikace s ohledem na přínos pro zlepšení vlastností betonu. Zároveň je pozorován vliv použitých vláken na chování betonu při vystavení vysokým teplotám, a tedy požární odolnost materiálu. Cílem práce je porovnání vlastností jednotlivých druhů vláken v betonu a jejich využití pro konkrétní aplikace vláknobetonu.
Co je vláknobeton a jaké má výhody
Vláknobeton je kompozitní materiál s konstantními vlastnostmi ve všech směrech. Vlákna zlepšují mechanické vlastnosti betonu, jako je například pevnost betonu v tahu či odolnost proti obrusu, nebo naopak snižují rozvoj trhlin při procesu tvrdnutí; díky nim je možné i zmenšit šířku trhlin ve ztvrdlém betonu. Syntetická vlákna jsou v poslední době používána pro zvýšení odolnosti betonové konstrukce proti požáru.
Drátkobeton musí splňovat veškeré požadavky na beton podle ČSN EN 206-1. Své vlastnosti musí prokázat v testech platných i pro běžný beton, a to podle norem řady ČSN EN 12350 pro zkoušení čerstvého betonu a řady ČSN EN 12390 pro ztvrdlý beton. Pro další rozšíření drátkobetonu ve stavební praxi je však třeba znát i další vlastnost, typickou pro vláknobeton - duktilitu. Tato vlastnost se zjišťuje zkouškou pevnosti betonu v tahu za ohybu. Výsledkem je graf závislosti průhybu na velikosti zatěžovací síly před vznikem makrotrhliny a po něm.
STEELCRETE® a drátkobeton s rozptýlenými ocelovými vlákny
STEELCRETE®: Drátkobeton s garantovanými vlastnostmi. Výrobce Českomoravský beton, a. s., vyvinul nový typ drátkobetonu s označením STEELCRETE®. Výrobce testuje výrobek i na pevnost v tahu za ohybu na základě postupu uvedeném ve firemním předpisu PN ČMB 1-2008, který je shodný s postupem uváděným v německé směrnici pro drátkobetony. STEELCRETE® je beton s rozptýlenými ocelovými vlákny vyráběnými přímo v betonárně pro zvolené použití v konstrukci v konzistenci dle potřeb dopravy a ukládání. Je dodáván i jako lehce zpracovatelný beton pro konstrukce odolávající průsakům vody (vodotěsný beton).
Po uložení drátkobetonu do bednění desky lze tento hutnit jednoduchým rozvlněním čerstvého betonu, při kterém dojde zároveň k rozlití jeho povrchu do dokonalé roviny. Výroba drátkobetonu STEELCRETE probíhá v betonárně plně pod kontrolou všech postupů (dávkování složek, betonu, doba mísení, stanovené množství ocelových vláken atd.). Jeho kombinace s klasickou výztuží je vhodná i pro stěny podzemních podlaží budov (například při použití technologie bílé vany) a zcela nahrazuje klasickou výztuž v některých konstrukcích.
- Výhody STEELCRETE: snižuje riziko nesprávného vyztužení či posunutí výztuže při hutnění, homogenní materiál snižující riziko opadávání betonu v okrajových částech a možnosti redukce dopravy a skladování výztuže na stavbě.
- Použití: základové desky, stěny, stropy, sloupy, vodotěsné konstrukce a konstrukce s nižší potřebou tradiční výztuže.
Drátkobeton STEELCRETE je dodáván autodomíchávači a do konstrukce je ukládán přímo či pomocí čerpadel či jeřábem a bádiemi. Potřebné množství drátku na jeden metr krychlový betonové směsi se stanoví stejně jako u klasické výztuže - podle požadovaného zatížení.
Textilní beton a vlákna
Textilní beton (TRC) je materiál vytvořený kombinací jemnozrnného vysokohodnotného betonu vyztuženého několika vrstvami technických textilií. Textilní výztuž tvoří uhlík, čedič, sklo, aramid, kevlar a další materiály. Impregnace epoxidovou či polyesterovou pryskyřicí zlepšuje homogenitu materiálu, avšak může vést ke křehkému porušení vzorku.
Cílem článku je ověřit potenciál kombinace rozptýlené vlákenné výztuže s uhlíkovou textilní výztuží impregn edovanou epoxidovou pryskyřicí. Experimentální ověření ukazuje, že rozptýlená vlákna mají pozitivní vliv na omezení otevírání trhlin a zlepšují duktilitu, zejména při vyšším stupni vyztužení.
Experimentální část a materiály
Vlákenná výztuž byla testována ve čtyřech variantách a optimalizována z hlediska množství vláken v referenční směsi HPC (jemnozrnné samozhutnitelné). Jako textilní výztuž byla použita karbonová rohož od české firmy Frisiverto. Síť má rozdílné parametry v obou směrech; v podélném směru je opletená z 8K rovingu, v příčném směru z 12K.
Optimace vzorků byla provedena na hranolech 40 × 40 × 160 mm se vzdáleností podpor 100 mm. Vlákna MasterFiber zahrnují polypropylenová makrovlákna, mikrovlákna PP, mikrovlákna PVA a přírodní čedičová vlákna a další. Optimální koncentrace se lišily podle typu vlákna: např. polypropylenová MasterFiber 012 → 4 kg/m3, ocelová mikrovlákna MasterFiber 482 → 100 kg/m3, polyvinylalkoholová MasterFiber 401 → 30 kg/m3, strukturální polypropylenové vlákno MasterFiber 230 → 5 kg/m3.
Všechny vzorky byly zatěžovány čtyřbodovým ohybem se vzdáleností podpor 300 mm a zatěžovacími podporami 100 mm. Maximální dosažená síla byla pro všechny skupiny podobná a rozptýlená vlákna v betonu na ni víceméně neměla vliv. Naopak byla pozorována pozitivní role vláken při rozvoji a otevírání trhlin, kdy se tvořilo více trhlin, ale méně otevřených a s menší šířkou.
Nejvýznamnějším zjištěním bylo, že u všech vzorků s vlákninou se posun a průhyb výrazně zvětšily, tedy kolaps prvku se podařilo oddálit. U vlákny vyztužených prvků se změnilo i způsob porušení - z počátečního otevření trhlin podél uhlíkové textilie na otvorení klasických šikmých trhlin až po ztrátu soudržnosti výztuže.
Závěry pro praxi a shrnutí
Rozptýlená výztuž zvyšuje pevnost v tahu a odolnost proti obrusu, snižuje šíření trhlin a zlepšuje soudržnost betonu v detailech konstrukce. Mikrovlákna a makrovlákna různých materiálů (PP, PVA, uhlíková textilie) je možné kombinovat s tradiční výztuží ke snížení množství kovové výztuže a k dosažení požadované výztužné účinnosti. Pro zajištění optimálního výsledku je nutná spolupráce projektanta, statika a dodavatelského týmu s cílem sladit typ vláken a betonové matrix a zvolit vhodné dávkovací zařízení.
Mezi hlavní výhody vláknobetonu patří přenos sil mezi trhliny, zlepšená odolnost proti vnějším vlivům prostředí, vyšší lomová houževnatost, redukce nároků na dopravu a skladování výztuže, a zlepšená protipožární odolnost díky použití syntetických vláken. Například mikrovlákna a makrovlákna rozšiřují rozsah použití v průmyslových podlahách, šachtových a potrubních systémech, stěnách, stropech a dalších konstrukcích, kde tradiční výztuž sama o sobě nemusí stačit.
Pro praktické nasazení je důležité dodržet normy a testy pro čerstvý i ztvrdlý beton, a zohlednit i specifické rozdíly mezi jednotlivými typy vláken a jejich kompatibilitu s betonářskou směsí. Vhodně zvolená kombinace vláken a matrixy tak může výrazně zlepšit dlouhodobou trvanlivost a provozní spolehlivost staveb.
Co je to vláknobeton?
tags: #rozptylena #vyztuz #do #betonu