Samozhutňujúci betón a jeho využitie

Hoci sa samozhutňujúci betón ťažko jednoznačne definuje, možno povedať, že v súčasnosti sa ustálila definícia, ktorá charakterizuje SCC ako čerstvý betón, ktorý je pri kombinácii stálosti s vysokou tekutosťou schopný samozhutnenia bez akejkoľvek zhutňovacej činnosti aj pri veľmi hustej výstuži. Dosahuje pri tom požadované spojenie základných zložiek betónu bez výskytu odlučovania (segregácie) betónu (obr. 1).

Hlavnými charakteristikami výrobku sú predovšetkým vyplňovacia schopnosť, pohyblivosť čerstvého betónu aj na väčšie vzdialenosti (obr. 2), homogenita výrobku z dôvodu vylúčenia neodborného zhutňovania betónu, vysoká mechanická pevnosť a trvanlivosť betónu, hladký a rovný vzhľad povrchu betónu (obr. 3). Priaznivou charakteristikou výrobku je i to, že ho netreba zhutňovať vibráciou a že podstatne znižuje zaťaženie pracovníkov hlukom a odstraňuje zdraviu škodlivé následky pre pracovníkov pri dlhodobejšej práci s vibrátormi (tzv. syndróm bielych prstov).
 

Prototyp SCC vyvinul p. Ozawa v roku 1988 v Japonsku použitím granulovanej vysokopecnej trosky, popolčeka a superplastifikátora s cieľom splniť tieto požiadavky:

• aby bol betón v čerstvom stave samozhutňujúci a mal vysokú odolnosť proti odlučovaniu (segregácii) zložiek betónu;
• aby sa v počiatočnom štádiu betónu vyhlo jeho poškodeniu spôsobenému vývojom hydratačného tepla, vznikom trhlín pri tvrdnutí betónu, zmrašťovaním pri úniku vlhkosti (vysychaní) a sadaním betónu;
• aby bol zatvrdnutý betón odolný proti vonkajším poveternostným vplyvom, t. j. aby mal nízku priepustnosť vzduchu a bol odolný proti mrazu (ak sa to vyžaduje).

Obr. 1 Rez skúšobným hranolom zo SCC, ktorý dokumentuje, že po výške hranola nenastala segregácia betónu	Obr. 2 Schopnosť SCC pohybovať sa i na väčšie vzdialenosti

Niektoré z týchto požiadaviek sú protichodné, a preto nebolo možné dosiahnuť nízky vývin hydratačného tepla (len výberom vhodného typu a množstva cementu) a súčasne požadované vlastnosti zatvrdnutého betónu (napr. nízku pórovitosť).

Je veľmi ťažké dosiahnuť vysokú tekutosť betónu a súčasne jeho stabilitu, preto sa na tento účel musela do betónu pridávať troska, popolček, jemne mletý vápenec a vhodné chemické prísady.
Doterajší vývoj ukazuje, že príklad z Japonska nasleduje viacero krajín. V Japonsku sa SCC úspešne použil pri viacerých veľkých projektoch. V ostatných krajinách sa SCC používa tam, kde možno uplatniť jeho prednosti napriek mierne zvýšenej cene (napr. pri oprave mostných konštrukcií v Taliansku po ich asi 40-ročnom používaní).

Najpodstatnejší rozdiel v požiadavkách na SCC oproti tradičnému betónu sú požiadavky na čerstvý betón. SCC musí preukázať vysokú tekutosť a schopnosť vyplniť priestor, kde má byť uložený. Okrem toho musí dobre pretekať v medzerách medzi výstužou a dosiahnuť potrebnú hutnosť bez použitia vibrácie. Súčasne musí mať vysokú odolnosť proti odlučovaniu zložiek betónu (segregácii), a to počas jeho dopravy na stavenisko, čerpania a ukladania do debnenia.

Schopnosť vyplniť priestor je ovplyvňovaná nielen debnením a výstužou, ale aj spôsobom betónovania, a to najmä rýchlosťou a množstvom uloženého betónu. SCC sa musí navrhnúť tak, aby zohľadňoval konkrétne podmienky betonáže a konštrukcie.
Japonská spoločnosť stavebných inžinierov stanovila tri rozsahy samozhutniteľnosti betónu:
Rozsah 1 – samozhutniteľnosť v častiach konštrukcie s veľmi komplikovaným tvarom a/alebo s malými prierezovými plochami a minimálnou vzdialenosťou medzi výstužou v rozpätí 35 až 60 mm.
Rozsah 2 – samozhutniteľnosť v železobetónových konštrukciách alebo v častiach konštrukcie s minimálnou vzdialenosťou výstuže v rozpätí 60 až 200 mm (čo zodpovedá objemu výstuže v betóne v rozsahu 350 až 100 kg/m³).
Rozsah 3 – samozhutniteľnosť v častiach konštrukcie s veľkou prierezovou plochou a malým objemom výstuže (menej ako 100 kg/m³) s minimálnou vzdialenosťou výstuže viac ako 200 mm.

Čo sa týka ukladania betónu a debnenia, možno konštatovať, že každá dobre organizovaná stavebná spoločnosť, ktorá má premyslené plánovanie ukladania betónu a používa kvalitné debnenie, môže SCC používať bez výrazných zmien v jej pracovných zvyklostiach. Aj keď sú hydraulické tlaky na debnenie reálne vyššie ako pri bežných betónoch, dajú sa prekonať riadením rýchlosti ukladania SCC a vystužením debnenia. Rovný povrch betónov možno získať tým, že venujeme zvýšenú pozornosť návrhu zloženia čerstvého betónu, ďalej kvalitným odformovacím prostriedkom na debnenie, resp. formu, vhodnou rýchlosťou a technikou ukladania betónu.

Aby sa dosiahli čo najlepšie konečné vlastnosti betónu, treba prispôsobiť návrh zloženia čerstvého betónu rôznym geometrickým vlastnostiam zhotovovanej stavebnej konštrukcie. Dôležité je tiež prepojenie medzi inžiniermi a architektmi, stavebnou spoločnosťou a výrobcom transportbetónu.

Existuje viacero metód navrhovania SCC. Najznámejšia je metóda odporúčaná Japonskou asociáciou stavebných inžinierov (JSCE) a metóda popísaná prof. Okamurom (3).
Rovnako ako pri obyčajnom betóne postup návrhu SCC pozostáva z troch fáz:

• výber vlastností, ktoré má spĺňať betón, a stanovenie požiadaviek,
• výber vhodných vstupných surovín a predbežný návrh betónu,
• počiatočné overenie dávkovania – overí sa na skúšobných zmesiach a podľa výsledkov sa vhodne upraví.

Častou metódou navrhovania je však aj pokusný návrh zloženia betónu (tzv. try and error).

Na určenie miery samozhutniteľnosti SCC sa používa viacero skúšobných metód, ktoré zatiaľ nie sú normované. Bežná je skúška rozliatím – pri SCC sa vyžaduje rozliatie 600 až 700 mm (obr. 4) – ďalej je to skúška V-lievikom a skúška v L-forme. Stopercentnú kontrolu konzistencie uplatnili pri stavbe mosta Ritto, keď všetok dovezený betón pred vstupom do násypky čerpadla prechádzal tzv. otvorovým skúšobným zariadením. Na jednej strane sa ukladal do špeciálnej skúšobnej aparatúry samozhutniteľný betón priamo z domiešavača a z druhej strany vytekal do čerpadla. Ak betón pretiekol cez skúšobnú aparatúru, považoval sa za vyhovujúci, ak nie, musel sa na mieste upraviť (toto zariadenie sa použilo aj pri výstavbe plynového zásobníka v Osake).

V súčasnosti sa pripravujú normy na používanie skúšobných metód a mali by sa stať, rovnako ako ustanovenia o SCC, súčasťou európskej normy pre betón – EN 206-1. Na Slovensku sa používa Európska smernica pre samozhutniteľný betón, ktorá bola preložená do slovenčiny a je dostupná na SAVT (Slovenská asociácia výrobcov transportbetónu).

Na Slovensku sa SCC prvýkrát použil v júni 1999. Na výrobu betónu sa použilo kamenivo predpísanej krivky zrnitosti (bola zložená zo štyroch frakcií kameniva: 0 až 1 mm, 0 až 4 mm, 4 až 8 mm a 8 až 16 mm). Vďaka vhodnému zloženiu kameniva a dodržiavaniu predpísanej krivky zrnitosti nebolo nutné použiť ďalšie jemné prímesi. Z prísad do betónu sa použil superplastifikátor modifikovaný látkou znižujúcou segregáciu betónu.

SCC sa na Slovensku v súčasnosti používa viac-menej na špeciálne účely, napr. vo výrobniach prefabrikátov a v niektorých prípadoch i na stavbách. Rozsah jeho použitia nie je veľký vzhľadom na cenu, ktorá je vyššia o 10 až 15 % oproti tradičnému betónu. V ďalšom vývoji sa očakáva impulz od projektantov na hľadanie nových smerov použitia SCC a odvaha zahrnúť ho do projektových riešení náročnejších betónových stavebných konštrukcií. Od stavebných firiem sa zase očakáva rozšírenie znalostí o SCC a akceptovanie jeho vyššej ceny.

Text: Ing. Pavol Kňaze, CSc.
Foto: STACHEMA Bratislava, s. r. o.

Autor je výkonným tajomníkom Slovenskej asociácie výrobcov transportbetónu (SAVT), členom predsedníctva Európskej asociácie výrobcov transportbetónu (ERMCO) a členom komisie pre stratégiu rozvoja transportbetónu v Európe (ESD komisia pri ERMCO). Je tiež členom technickej komisie pri Európskej asociácii výrobcov kameniva (UEPG) a podpredsedom Slovenského združenia výrobcov kameniva (SZVK). Zastáva funkciu predsedu TK 75 pre kameň a kamenivo a člena TK 5 pre betóny pri Slovenskom ústave technickej normalizácie (SÚTN). Zastupuje Slovensko v CEN/TC154 pre normalizáciu v oblasti kameniva. Predtým pôsobil vo funkcii manažéra pre Slovensko pre výrobu transportbetónu a kameniva v spoločnosti Holcim (Slovensko), a. s., Rohožník.

Literatúra:
(1) Kitamura, H. a kol.: Construction of Prestressed Concrete Outer Tank for LNG Storage Using High-Strengh Self-Compacting Concrete. Zborník z medzinárodnej konferencie o SCC, Technická univerzita v Kochi, Japonsko, 23. – 26. 8. 1998
(2) Nakajima, Y., Nakazono, A., Mori, S.: High Sterength Self-Compacting Colored Concrete for Ritto Bridge Substructure (New Meishin Expressway). Zborník 1. FIB kongresu 2002, Osaka, 2. zväzok, sekcia 9, str. 33
(3) Nawa, T. a kol.: State-of-art Report on Materials and Design of Self-Compacting Concrete. Zborník z medzinárodnej konferencie o SCC, Technická univerzita v Kochi, Japonsko, 23. – 26. 8. 199