Prefabrikát – výrobok na mieru

Vývoj moderných stavebných konštrukcií dnes smeruje k výškovým budovám, veľkým rozpätiam stropov umožňujúcim otvorené dispozície. Zároveň sa však na konštrukcie kladú vysoké kvalitatívne, ekonomické i environmentálne požiadavky.

Betón ako desaťročiami overený materiál svojimi vlastnosťami umožňuje spĺňať vysoké požiadavky kladené na konštrukcie. Dostupné východiskové suroviny na výrobu betónu, jeho trvanlivosť, dlhá životnosť, mechanické vlastnosti a možnosť veľkej variability pri návrhoch betónových konštrukcií ho radia stále k najrozšírenejším stavebným materiálom. Jeho kvalitatívne vlastnosti zlepšil pokrok vo výrobe prísad a prímesí do betónu. Dnes je možné vyrobiť vysokohodnotné betóny, a tým navrhovať aj subtílnejšie konštrukcie, ktoré znamenajú nižšie materiálové, dopravné aj manipulačné náklady a  zväčšenie použiteľnej úžitkovej plochy stavby.

Sofistikovaný spôsob výroby betónu si ale vyžaduje presné dodržiavanie technologických predpisov. Je možný spravidla v centrálnych výrobniach betónu alebo vo výrobných závodoch s kvalitnými a presnými dávkovacími zariadeniami.

Výroba stavebných konštrukčných dielcov
Prefabrikácia sa opäť stala zaujímavou práve pre jej priemyselný charakter výroby (nezávislý od poveternostných podmienok) betónu a vysokú kvalitu vyrábaných prvkov. Progresívne technológie, hlavne flexibilná formovacia technika, umožňujú výrobu tvarovo a rozmerovo rozmanitých dielcov pekného vzhľadu – podľa individuálnych požiadaviek projektantov.

Závody na výrobu prefabrikovaných dielcov sú dnes už automatizované a počítačovo riadené. Prefabrikované výrobky sa vyrábajú vždy na mieru, čím sa zaručí maximálna optimalizácia pri návrhu tvaru aj výstuže prvkov. Vysoká kvalita prefabrikovaných prvkov zvyčajne nevyžaduje ďalšie alebo vystačí len s minimálnymi povrchovými úpravami, možno vyrobiť aj prvky s rôznou finálnou povrchovou úpravou (napríklad vymývaný, brúsený betón, betón s rôznym dezénom…).

Každý materiálový a konštrukčný variant stavby má svoje výhody aj nevýhody. Nevýhodou prefabrikovaného spôsobu stavania sa môže javiť finančná náročnosť prípravy a výroby priestorovo náročných dielcov. Na zníženie prvotných nákladov je preto vhodné zabezpečiť viacnásobné využitie formovacej techniky. Ďalším limitujúcim faktorom môžu byť rozmery prvkov, tak vo fáze výroby, ako aj vo fáze prepravy dielcov na stavenisko.

Výstavba administratívnej budovy (tehelňa Leier v Petrovanoch) použitím prefabrikovaných dielcov. Administratívna budova bola postavená za 20 dní vrátane položenia strešnej krytiny. Realizácia samotnej prefabrikovanej časti trvala 14 dní.

Na druhej strane priestorová konštrukcia budovy zostavená z veľkoplošných stenových a stropných prefabrikovaných prvkov si vyžaduje kratší čas potrebný  na montáž. Výhodou je aj nižší počet škár (stykov), ktoré môžu byť zdrojom estetických ale aj funkčných chýb. Únosnosť a tuhosť stykov má zásadný význam pre vzájomné spolupôsobenie prefabrikovaných dielcov, redistribúciu namáhania medzi jednotlivými prvkami systému a pre zabezpečenie tuhosti a stability celého systému. Konštrukčné a materiálové riešenia stykov v dnešných sústavách vychádzajú z požiadavky docieliť zmonolitnenie konštrukcie ako celku.

Túto požiadavku najlepšie spĺňajú takzvané poloprefabrikované konštrukcie, na realizáciu ktorých sa používajú prefabrikované prvky spriahnuté s monolitickými dobetonávkami. Prefabrikáty tvoria stratené debnenie pre monolitickú časť zloženého prierezu, je v nich osadená celá alebo len časť nosnej výstuže a rozdeľovacia výstuž. V porovnaní s monolitickými konštrukciami v tomto prípade netreba zhotovovať debnenie a vytvrdnutú betónovú konštrukciu oddebňovať, dochádza tiež k redukcii armovacích prác. Tento konštrukčný systém sa označuje najčastejšie ako filigránový stenový a stropný systém. Názov filigránový je odvodený od označenia priestorovej výstuže, ktorá je osadená už vo výrobe a vyčnieva z prefabrikovaných prvkov.

Filigránové konštrukčné prvky sa vyznačujú veľkou tvarovou rozmanitosťou a vysokou kvalitou pohľadových plôch. Možno ich použiť aj pri tvarovo členitých objektoch, aj tam, kde sú potrebné zakrivenia alebo zošikmenia. V doskách možno vytvoriť „stratené nosníky“, vyvýšené okraje alebo ozuby na osadenie napríklad prefabrikovaného schodiskového ramena. Do dosiek možno osadiť termokoše na prerušenie tepelných mostov v prípade, ak sa použijú ako balkónové dosky. Vo filigránových konštrukciách možno pripraviť v časti budúcej monolitickej dobetonávky inštalačné rozvody, do stien sa osadia elektroinštalačné škatule. V stenách možno už počas ich výroby vytvoriť debnenie napríklad v miestach budúcich okenných a dverných otvorov ako aj rôznych požadovaných technologických prestupov.

V kombinácii s monolitickými stenami
Filigránové steny sa dajú použiť veľmi jednoducho aj v kombinácii s monolitickými stenami. Na prepojenie s monolitickými časťami sa do stien osádzajú rôzne spojovacie prvky a prvky na kotvenie. Veľmi výhodné je použitie stien v priestoroch, kde je debnenie a betónovanie monolitických častí sťažené (zastavané a podzemné časti budov, oporné steny).

Účinky zmrašťovania a dotvorenia betónu
Z dôvodov rozdielneho veku, zloženia, vystuženia a spracovania betónu v prefabrikovaných dielcoch a monolitických častiach konštrukcie je veľmi dôležité venovať zvýšenú pozornosť účinkom zmrašťovania a dotvarovania betónu. V prefabrikovaných výrobkoch dochádza k procesu zmrašťovania obvykle už pri ich výrobe. Pri monolitickom betóne sa začína proces zmrašťovania až po jeho uložení, respektíve zhutnení v konštrukcii (počas tuhnutia čerstvého betónu). V dôsledku spolupôsobenia prefabrikovanej a monolitickej časti konštrukcie bráni prefabrikát voľnému priebehu dĺžkových zmien spôsobených zmrašťovaním monolitu.

Hodnoty zmrašťovania čerstvého monolitického betónu sú väčšie ako hodnoty prefabrikovaného betónu. Toto má za následok vznik vlasových trhlín v stykových škárach medzi prefabrikovanými a monolitickými časťami konštrukcie a vznik šmykových síl v škáre.

Opatrenia na dosiahnutie požadovaného spriahnutia
Na zabezpečenie spoľahlivosti spojenia a prenosu šmykových síl sa stykové časti prefabrikátov tvarovo upravujú, vkladá sa do nich doplnková výstuž. Správne vyriešenie týchto úprav má podstatný vplyv na vlastnosti stykov obidvoch druhov betónov, a tým aj celej konštrukcie. Na obmedzenie nežiaducich prejavov zmrašťovania a dotvarovania betónu a zvýšenie spoľahlivosti spojených prefabrikovaných a monolitických konštrukcií je nevyhnutné dodržiavať predpísané technologické postupy.

Na dosiahnutie požadovaného spriahnutia monolitickej a prefabrikovanej časti prierezu treba nevyhnutne zabezpečiť, aby stykové plochy prefabrikátov boli pred betonážou zbavené nečistôt. Nečistoty vytvárajú separačnú vrstvu brániacu kvalitnému prepojeniu prefabrikovaných a monolitických častí konštrukcie.
Aby sa zabránilo nadmernému absorbovaniu vody prefabrikátmi z monolitických častí konštrukcie pri ich betonáži je dôležité pred betonážou povrch prefabrikátov správne navlhčiť. Pri nadmernom absorbovaní vody dochádza k rýchlejšiemu vysychaniu čerstvého betónu, a tým sa zvyšuje rýchlosť zmrašťovania monolitického betónu. Avšak aj prílišné navlhčenie povrchu prefabrikátov, vytvorenie kaluží, spôsobuje vznik separačnej vrstvy, ktorá znižuje adhéziu monolitickej a prefabrikovanej časti konštrukcie.

Monolitická časť konštrukcie
Veľmi dôležité je aj použitie vhodného betónu pre monolitickú časť konštrukcie – jeho správne zloženie, konzistencia a spracovateľnosť. Taktiež je potrebné venovať zvýšenú pozornosť správnemu uloženiu a dostatočnému zhutneniu čerstvého betónu. Nadmernému úniku vlhkosti z čerstvého betónu treba zabrániť jeho ochranou proti priamemu slnečnému žiareniu, zakrývaním fóliami, kropením povrchu vodou alebo nástrekom povrchu betónu vhodnými ošetrovacími prostriedkami.

Aby sa dosiahol kvalitný povrch podhľadovej konštrukcie bez trhlín a rozdielov v priehyboch, je dôležité správne podopretie. Podopretie betónovej konštrukcie treba ponechať, až kým sa dosiahne predpísaná pevnosť monolitického betónu.

Dutinové panely
Alternatívou k filigránovým stropným doskám môžu byť okrem monolitických aj dutinové panely – železobetónové alebo predpäté. Predpätie predpínacími lanami v predpätých paneloch umožnuje zníženie statickej výšky stropnej konštrukcie. Tým sa dosahuje aj zníženie ich plošnej hmotnosti, avšak so zachovaním staticky vysokej zaťažiteľnosti. Veľmi výhodné sa javí ich použitie najmä pri veľkých rozpätiach (do 23 m), kde umožňujú voľnosť dispozičného riešenia stavby bez potreby podopretia (napríklad strešnej konštrukcie).

Akustické a tepelnoizolačné vlastnosti
Aby konštrukcia objektu ako celok spĺňala vysoké nároky, ktoré sa na ňu kladú, treba ju posudzovať komplexne, teda aj z hľadiska akustických a tepelnotechnických vlastností.

Betónové steny a stropy majú v porovnaní s inými materiálovými riešeniami veľmi dobré akustické vlastnosti, hlavne vzduchovú nepriezvučnosť, súvisiacu s plošnou hmotnosťou betónu (už pri hrúbke steny 150 mm je R_w = 53 dB). V súčasnosti existujú materiály, ktoré v kombinácii s betónovými prefabrikovanými prvkami zabezpečia aj požadované hodnoty kročajovej nepriezvučnosti.

Schodiskové prvky
Správny návrh izolačných materiálov proti hluku je dôležitý aj pri schodiskových prvkoch, či už monolitických alebo prefabrikovaných. Mnohokrát sa použitie účinných materiálov nahrádza použitím gumených podložiek, prípadne PUR penou alebo polystyrénom, ktoré svojimi vlastnosťami nespĺňajú požiadavky na tlmenie krokového hluku. Dôležité je aj prerušenie krokového hluku medzi stenou a podestou a medzi stenou a ramenami schodišťa.

Úspory energie
Nezanedbateľnou vlastnosťou betónu je jeho schopnosť akumulovať teplo, ktorá môže pri správnom návrhu budovy prispievať k úsporám energie potrebnej na jej vykurovanie a chladenie.

Výsledné stavebnofyzikálne vlastnosti stavebného diela a vytvorenie požadovaného vnútorného prostredia sú závislé od správnosti a kvality realizovaných stavebných prác a dodržania technologických postupov počas ich realizácie. Nie je dostatočný iba precízne spracovaný projekt stavebnej konštrukcie, v ktorom sa ráta s použitím moderných stavebných materiálov a technológií a ktorý rieši kritické detaily konštrukcie. V praxi platí, že treba zabezpečiť aj vysokú úroveň kvalifikovanej práce, pretože ani najkvalitnejšie materiály pri nesprávnej realizácii stavebných prác nezaručia dosiahnutie navrhovaných kvalitatívnych parametrov stavebného objektu.

Ing. Katarína Balúchová
Foto: Leier

Autorka pracuje ako produktová manažérka firmy Leier Baustoffe SK, s. r. o.

Recenzoval Ing. Pavol Kňaze, CSc., ktorý je členom prezídia SAVT.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.