Vystužovanie stavebných konštrukcií

Ochrana oceľovej výstuže je väčšinou zabezpečená iba dostatočnou krycou vrstvou betónu a alkalickým prostredím, ktoré závisí od jeho zloženia. Počas používania betónového prvku sa však alkalické prostredie mení, znižuje sa pH, a tým  sa vytvárajú aj podmienky na vznik korózie betonárskej výstuže v prvku. Preto sa v niektorých prípadoch bežná oceľová výstuž nahrádza takzvanou povlakovou výstužou alebo nehrdzavejúcou oceľou. Vhodnou alternatívou je aj výstuž z kompozitných materiálov.

Kompozitné materiály FRP (z angl. Fiber Reinforced Plastics – plasty vystužené vláknami) spájajú rôzne materiály. Zvyčajne ide o vláknovú výstuž a spojivovú zložku – živicu. Možno ich použiť ako pomocnú alebo hlavnú výstuž stavebných konštrukcií. Využívajú sa v ťahanej časti konštrukcií, kde sa vhodne uplatňujú ich dobré mechanické vlastnosti.

Kompozitné materiály sa dajú aplikovať na konštrukciu v troch oblastiach ako (obr. 2):

• dodatočne lepená výstuž na spodnom povrchu – vľavo vonkajšia,
• výstuž umiestnená v blízkosti povrchu – uprostred a vpravo,
• vnútorná výstuž.

Obr. 2: Typy kompozitných výstuží
1 – vnútorná výstuž, 2 – dodatočne lepená výstuž na spodnom povrchu – vľavo vonkajšia, uprostred a vpravo výstuž umiestnená v blízkosti povrchu

Vonkajšia nekovová výstuž
Externá výstuž sa využíva na dodatočné zosilnenie konštrukcií namáhaných normálovou silou, ohybovým, resp. krútiacim momentom alebo kombináciou uvedených namáhaní. Väčšinou sa realizuje dodatočne lepenými lamelami alebo tkaninami (zosilňovací systém z uhlíkového kompozitu).

Výstuž umiestnená v blízkosti povrchu
Táto výstuž je vhodná nielen na dodatočné zosilnenie konštrukcií, ale aj na nové hybridné prvky. Oproti klasickej betónovej konštrukcii s lepenými lamelami alebo tkaninami má kompozitná konštrukcia vytvorená pomocou tejto výstuže nasledujúce výhody:

• väčší obvod styčnej plochy medzi betónom a zosilňujúcim prvkom. Takto možno ukotvením vniesť väčšiu silu z prídavnej výstuže do betónu;
• väčšia hĺbka ukotvenia pod povrchom betónu (ukotví sa pomocou špeciálnych vysokopevnostných mált alebo lepidiel). Betón sa vo väčšej hĺbke pod povrchom menej zdegraduje a vykazuje väčšie pevnosti.

Spôsob realizácie a výpočtu je podobný ako pri lepených lamelách a tkaninách. Vystuženie  možno aplikovať aj v prípade dodatočne predpätých betónových konštrukcií.

Vnútorná výstuž
Pri vystužovaní nových konštrukcií možno použiť vnútornú tyčovú výstuž z kompozitných materiálov na báze sklenených, uhlíkových alebo čadičových vláken.

Tento materiál je odolný proti agresivite prostredia a zároveň má dobré mechanické vlastnosti, ktoré vyhovujú potrebám betónových konštrukcií. Typickými príkladmi môže byť napríklad vystužovanie betónových konštrukcií v mimoriadne agresívnom prostredí, vystužovanie tenkostenných konštrukcií, kde krytie predstavuje významný príspevok pri rozmere prvku (tak vzniká nepriaznivý pomer vlastnej tiaže prvku a úžitkového zaťaženia), vystužovanie na miestach exponovaných z hľadiska rádiového vysielania či miestach ťažko dimenzovateľných vzhľadom na indukciu bludných prúdov.

Využitie nekovovej výstuže
Prvky so zvýšenou odolnosťou proti agresívnym vplyvom sa využívajú najmä v týchto oblastiach:

• chemický priemysel,
• atómová energetika (napríklad energokanály a potrubné kanály),
• kolektory a konštrukcie trvale vystavené kontaktu so zeminou,
• kanály a sanitárna mestská infraštruktúra.

V týchto odvetviach je problematika sanácie betónovej konštrukcie (spôsobená koróziou betonárskej výstuže) pomerne ťažko riešiteľná – či už z dôvodu ich problematického vyradenia z prevádzky pri sanácii, z dôvodu komplikovanej prístupnosti, alebo pre značné finančné náklady na sanáciu. Takisto konštrukcie, ktoré by nemali rušiť, resp. obmedzovať priestupnosť elektromagnetického vlnenia, patria do oblasti potenciálneho využitia betónových konštrukcií vystužených kompozitnou výstužou.

Kompozitné výstuže možno výhodne použiť pri zosilňovaní týchto konštrukcií:

• Betónových – FRP výstuž zo sklenených alebo uhlíkových vláken v tvare tyčí (obr. 3a) sa používa rovnako ako bežná oceľová výstuž. Na dodatočné zosilňovanie sa aplikuje vonkajšia lepená výstuž v tvare lamiel (obr. 3b);
• Murovaných – obmedzujú rozvoj už existujúcich trhlín, zamedzujú tvorbe nových trhlín, zvyšujú nosnosť aj tuhosť týchto konštrukcií a schopnosť prenášať ťahové napätie. Pri týchto konštrukciách sa používa rovnaký typ tyčovej výstuže uloženej v drážkach v blízkosti povrchu ako pri vystužovaní betónu (obr. 4).
• Drevených – zvyšujú nosnosť a pevnosť drevenej konštrukcie. Aplikovaná výstuž má tvar tyčí alebo lamiel (obr. 4), pričom sa vlepuje do vyfrézovaných drážok. Na rozdiel od vystužovania betónu sa bežne uplatňujú FRP zo sklenených vláken.

Obr. 3: Typy výstuží na zosilňovanie betónových konštrukcií a) vnútorná FRP výstuž zo sklenených vláken s priemerom 14 mm, b) vonkajšia uhlíková výstuž v tvare lamiel
Obr. 4: FRP výstuž zo sklenených vláken s priemerom 5 mm

Ing. Jan Prokeš, Ph.D.
Foto a obrázky: archív autora

Autor je riaditeľom vývoja a inovácii v spoločnosti PREFA KOMPOZITY, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.