Kvalitatívne aspekty realizácie betónových dosiek s oceľovými vláknami

Vlastnosti betónu, ktoré robia tento materiál v stavebníctve najpoužívanejším, sú dostatočne známe. Ide predovšetkým o spracovateľnosť čerstvého betónu a vysokú pevnosť v tlaku vyzretého betónu. Na druhej strane sú pre betón charakteristické nízke hodnoty pevnosti v ťahu. Tie sa kompenzujú použitím výstuže do betónu, a to predovšetkým sietí, prútovej výstuže a v ostatných dvadsiatich rokoch aj oceľových vlákien.

Oceľové vlákna sú známe svojou schopnosťou prenášať napätie už pri veľmi malej šírke trhliny, čím zabezpečujú húževnatosť a pevnosť betónu po jej vzniku. V súčasnosti sa betón vystužený oceľovými vláknami intenzívne využíva na realizáciu priemyselných podláh, základových dosiek, tunelových a prefabrikovaných prvkov. Vo vzťahu k týmto aplikáciám predstavuje betón s oceľovou rozptýlenou výstužou vhodnú alternatívu pre chudobný (takzvaný prostý) respektíve klasicky vystužený betón.

Na požadovanú kvalitu betónových dosiek, ale aj iných prvkov realizovaných z betónu vystuženého oceľovými vláknami majú priamy vplyv jednotlivé technologické kroky.

Oceľové vlákna
Keďže oceľové vlákna premosťujú iniciujúce, prípadne šíriace sa trhliny, a tým zabezpečujú pevnosť aj po ich vzniku, je dôležité si uvedomiť význam typu použitého vlákna na hodnotu tejto pevnosti. Faktory ovplyvňujúce dosiahnutie čo najvyššej pevnosti vystuženého betónu po vzniku trhliny sú:

• typ oceľového vlákna (obr. 1),
• ohnuté konce, respektíve tvar vlákna,
• hrúbka vlákna (čím tenšie vlákno, tým vyššia efektivita vlákna),
• dĺžka vlákna (čím dlhšie vlákno, tým vyššia efektivita vlákna),
• štíhlostný pomer L/D (čím vyšší, tým vyššia ekvivalentná ohybová pevnosť),
• prispôsobenie pevnosti v ťahu vlákna k pevnosti v ťahu betónu,
• optimalizovaná receptúra betónu.

Efektivita výstuže rastie s rastúcim štíhlostným pomerom (tab.).

So zvýšeným množstvom vlákien a s ras­túcou dĺžkou vlákna rastie pravdepodobnosť, že dôjde k premosteniu mikrotrhliny prostredníctvom oceľového vlákna.

Na základe informácií uvedených v certifikáte možno v prípade oceľových vlákien vykonať porovnanie kvalitatívnych vlastnos­tí existujúcich výstuží a oceľových vlákien.

Aby sa dodržala požadovaná kvalita a dosiahla požadovaná pevnosť betónu vystuženého s oceľovými vláknami, odporúča sa na ich výrobu používať len certifikované oceľové vlákna. Certifikácia všetkých prvkov z betónu s obsahom oceľových vlákien je povinná od júna 2008.

Pre oceľové vlákna, ktoré zvyšujú únosnosť betónového prvku, platí povinnosť mať CE certifikát pre systém 1. Vlákna spadajúce do systému 3 sa nemôžu použiť do betónových prvkov dimenzovaných na zvýšenú únosnosť daného prvku.
–>–>
Priemyselné podlahy
Podlahy vystužené oceľovými vláknami sú v súčasnosti rozšírenou technológiou v mnohých krajinách Európy a sveta. Relevantné dimenzačné postupy predpokladajú špecifické modely interakcie betónovej dosky a podložia.

Podlaha sa v niektorých krajinách, respektíve v niektorých slovenských projekčných a dodávateľských spoločnostiach často považuje za menej dôležitý prvok. To by však nemalo viesť k jej podhodnocovaniu z hľadiska správneho dimenzovania, navrhovania a realizácie.

V princípe rozlišujeme dva rozdielne spôsoby realizácie priemyselných podláh. Možno ich realizovať ako dosky s rezanými dilatáciami a dosky bez rezaných dilatácií (vrátane dosiek počítaných na podmienky medzného stavu použiteľnosti pri malej šírke trhliny, dosiek na pilótach, základových dosiek).

Rezané dilatácie do predpísanej hĺbky zabezpečujú kontrolované zmrašťovacie dilatácie. Zároveň sa nimi eliminujú napätia súvisiace s obmedzením deformácie. Typické rozmery rezaných dilatácií sa pohybujú v rozmedzí od 3 do 10 m. Tento rozmer je väčšinou stanovený v závislosti od hrúbky dosky a pôdorysného rozmiestnenia stĺpov nosnej konštrukcie (obr. 2).

Obr. 2  Príklad dosky s rezanými dilatáciami	Obr. 3  Príklad dosky bez rezaných dilatácií

Efekt dvíhania rohov modulov a hrán rezaných dilatácií s ich následnými opravami (v dôsledku opakovaného poškodzovania dynamickým zaťažením kolesami ťažkých vozidiel) možno eliminovať realizáciou dosiek bez rezaných dilatácií (obr. 3). V tomto prípade sa teda doska nerealizuje na malé, ale veľké moduly (s rozmermi od 25 do 40 m), ktoré sú zabezpečené špeciál­nymi kovovými dilatačnými profilmi. Táto koncepcia vyžaduje špeciálnu pozornosť a prístup pri dimenzovaní, riešení detailov dosky a pri samotnej realizácii. Na realizáciu sa odporúča osloviť len firmy s dostatočnými praktickými skúsenosťami.

Dávkovanie vlákien do betónu
Existujú rozdielne spôsoby dávkovania vlákien do betónu. Základný rozdiel spočíva v pridávaní vlákien a v ich dávkovaní, realizo­vanom vibračným dávkovačom (obr. 4) alebo automatickým dávkovacím zariadením (obr. 5). Rovnomerná distribúcia oceľových vlákien v betóne a zároveň predpísané množstvo vlákien v zmysle statického výpočtu možno zabezpečiť dávkovaním pomocou dávkovacieho zariadenia. Vo väčšine prípadov sa pridávanie vlákien realizuje dopravníkovými pásmi (obr. 6), sporadicky rôznymi fúkacími zariadeniami a manuálne (obr. 7). Na elimináciu tvorby zhlukov (ježkov) súvisiacich s pridávaním voľných oceľo­vých vlákien s vyšším štíhlostným pomerom (L = 60 mm a viac, D = 0,75 mm a menej) sa vyvinula technológia lepených vlákien. Oceľové lepené vlákna (napríklad Dramix) so štíhlostným pomerom ≥ 60 sa zlepujú do plochých útvarov – zväzkov. Po ich nadávkovaní do betónu sa zväzky rozmiešavajú ako ploché útvary do celého objemu miešacieho zariadenia. Kontinuálnym miešaním dochádza k separácii jednotlivých vlákien zo zväzkov a k ich rovnomernej distribúcii v mikroobjeme. Odporúčania pre dávkovanie a miešanie sú súčasťou technických listov jednotlivých typov vlákien.

Receptúra betónu
Jednoduché pridanie oceľových vlákien do štandardného betónu s veľkou pravdepodobnosťou neprinesie očakávané pozitívne výsledky, ktoré ponúka rozptýlená oceľová výstuž v betóne.

V závislosti od typu a množstva vlákien je nutné nastaviť optimálnu receptúru betónu pre konkrétnu aplikáciu:

• optimalizáciou množstva cementu (pevnosť, čas spracovania, rozmery prvku),
• zvýšením podielu jemnozrnnej frakcie (optimálne kotvenie výstuže),
• nastavením krivky zrnitosti (krivka medzi A a B, maximálna veľkosť zrna v závislosti od aplikácie, prípadné použitie popolčeka),
• nastavením vodného súčiniteľa (eliminácia vyplavovania vlákien),
• použitím plastifikátora (pre správnu konzistenciu u vyšších dávkovacích pomerov oceľových vlákien).

Spracovateľnosť
Betón s oceľovými vláknami (štandardne 20 až 30 kg/m³) je čerpateľný bez komplikácií ako chudobný betón (obr. 8 a 9). Priemer potrubia musí byť minimálne 1,5-násobkom dĺžky použitého vlákna.

Na zhutňovania betónu s oceľovými vláknami sa používa rovnaký postup ako pri štandardnom betóne. Netreba prijímať žiadne špeciálne opatrenia.

Obr. 6  Pridávanie vlákien dopravníkovým pásom	Obr. 7  Manuálne pridávanie vlákien
Obr. 8, 9  Liatie a čerpanie betónu

Pri špeciálnych receptúrach betónu alebo pri veľmi vysokých dávkovacích pomeroch (40 kg/m³) oceľových vlákien k betónu sa aj napriek tomu pred samotnou realizáciou odporúča vykonať preukazné skúšky.
V súčasnosti sa kvalitatívna kontrola betónu s oceľovými vláknami realizuje v súlade s nasledovnými normatívnymi predpismi:

• STN EN 14889-1: 2006: Vlákna do betónu. Časť 1: Oceľové vlákna. Definície, špecifikácie a zhoda.
• STN EN 14721: 2008: Skúšobné metódy na betón vystužený kovovými vláknami. Meranie obsahu vlákien v čerstvom a zatvrdnutom betóne. 
• STN EN 14651: 2008: Skúšobné metódy na betón vystužený kovovými vláknami. Meranie pevnosti v ťahu pri ohybe (medza úmernosti (LOP), zostatková pevnosť).

Pre striekané betóny s oceľovými vláknami platia:

• STN EN 14488-3: 2006: Skúšanie striekaného betónu. Časť 3: Pevnosť pri ohybe (prvý vrchol, medzná a reziduálna) trámových skúšobných telies vystužených vláknami.
• STN EN 14488-5: 2006: Skúšanie striekaného betónu. Časť 5: Stanovenie schopnosti absorpcie doskových telies vystužených vláknami.
• STN EN 14488-7: 2006: Skúšanie striekaného betónu. Časť 7: Obsah vlákien vo vystuženom betóne.

Pred samotnou realizáciou by sa malo pristúpiť ku kontrole betónu ako aj samotnej výstuže priamo na stavbe. Kontrola betónu pozostáva:

• z kontroly dodacieho listu,
• z kontroly konzistencie (napr. skúška sadnutia, rozliatia),
• zo špeciálnych skúšok (napríklad krvácanie betónu, koncentrácia vlákien,…),
• z vizuálnej kontroly distribúcie vlákien (s paralelnou kontrolou množstva vytvrdzujúceho vsypu),
• z kontroly rovinnosti,
• z kontroly správneho ošetrovania betónu.

Kontrola výstuže pozostáva:

• z kontroly dodacieho listu (napríklad spočítanie prázdnych vriec, tlačený výstup z dávkovacieho zariadenia),
• z kontroly značky zhody CE umiestnenej na balení, dĺžky, priemeru a tvaru oceľových vlákien, technických listov výstuže,
• z vykonania vyplavovacej skúšky oceľových vlákien, magnetickej separácie.

Záver
Vo vzťahu k dnes realizovaným aplikáciám sa betón s rozptýlenou oceľovou výstužou považuje za významnú alternatívu chudobného (takzvaného prostého) alebo klasicky vystuženého betónu.

Predpokladom úspešnej realizácie priemyselných podláh je dodržanie technologických postupov výroby, uloženia, spracovania a ošetrovania betónu s oceľovými vláknami s dôslednou koordináciou a jednoznačným rozdelením kompetencií a zodpovednosti za jednotlivé technologické kroky s použitím dostupných kontrolných mechanizmov.

TEXT: Ing. Juraj Dojčák, PhD.
FOTO: Bekaert Hlohovec

Ing. Juraj Dojčák, PhD., je obchodným manažérom firmy Bekaert Hlohovec, a. s.

Literatúra
1.    Deutscher Beton- und Bautechnik Verein, e.V.: DBV-Merkblatt Stahlfaserbeton. Fassung, Oktober 2001.
2.    Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik: Richtlinie Faserbeton. Fassung, Juli 2008.
3.    Die Bibliothek der Technik Band 136: Stahlfaserbeton – Ein neuer Baustoff und seine Perspektiven, [Hochttief/Bekaert].
4.    RILEM TC 162-TDF: Test and design methods for steel fibre reinforced concrete – background and experiences, Chairlady L. Vandewalle, March 2003.
5.    The Concrete Society: Technical Report No. 63,
Guidance for the design of steel-fibre-reinforced concrete, March 2007.
6.    G. Vitt, Combined reinforcement – practical experiences, BEFIB 2008, Chennai: 17 – 19 September 2008.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.