Železobetónový panel s inštalačnými vložkami z recyklovaného plastu

Optimalizácia spotreby konštrukčných materiálov zameraná na znižovanie čerpania primárnych neobnoviteľných surovín a takisto na využívanie recyklovaných materiálov je jednou zo základných požiadaviek pri vývoji nových stavebných konštrukcií. V rámci dlhodobého výskumu sa preto do železobetónových panelov navrhlo niekoľko alternatív vyľahčujúcich vložiek z recyklovaného zmesového plastu. Vznikli tak komôrkové panely vyľahčené inštalačnými vložkami, ktoré majú tvar a vystuženie navrhnuté na základe statických a environmentálnych kritérií.

Technológia výroby panelov
Koncepcia výroby komôrkových panelov vychádza z tradičnej technológie výroby filigránových panelov, ktorá umožňuje využiť súčasné výrobné linky bez potreby ich upra­vovania. Na vybetónovaný spodný filigránový panel sa po zatuhnutí dosky (približne po 30 minútach) položia medzi filigránové nosníky škrupinové inštalačné vložky z recyklovaného plastu, utesnené v čelách panelov pruhmi penového polystyrénu. Tým vlastne vznikne stratené debnenie štyroch pozdĺžnych komôrok. Po osadení hornej výstuže sa vykoná dobetónovanie rebier a hornej dosky stropného panelu do úrovne inštalačných komínčekov.

Škrupinové vložky sa vyrábajú z materiálu, ktorý sa získava recykláciou zmesových plastov zo separovaného komunálneho odpadu. Ich dĺžka je 1 200 mm (+ poldrážka 20 mm), šírka 500 mm a výška 100 mm (+ výška inštalačného komínčeka 50 mm) (obr. 1). Vnútorný inštalačný priestor má svet­lú výšku 83 mm a svetlá výška pod výstužný­mi rebierkami je 60 mm. Vložky okrem vyľahčenia železobetónového prierezu dosky vytvárajú vnútorný priestor na vedenie inšta­lácii. Prístup do tohto priestoru i v hotovej konštrukcii (napr. pri modernizácii a rekonštrukcii budovy) umožňujú po odstránení horného viečka inštalačné komínčeky.

Experimentálne overenie mechanických vlastností
Pre overenie mechanických vlastností sa vyrobili tri prototypy betónových panelov (obr. 2, 3) s pevnosťou C 30/37, C 45/55 a vystužené oceľou R 10 505. Ich výška dosahovala 0,2 m, šírka 2,4 m a dĺžka 4,45 m. Podhľadová spodná doska pod vložkami i vrchná doska nad vložkami mali hrúbku 50 mm. Hlavnú ohybovú výstuž tvorili profily R 10 vo vzdialenostiach 120 mm (pri okrajoch panelu dva profily R 10 po 70 mm). Rebrá panelu s osovou vzdialenosťou 580 mm dosahovali v najužšom mieste šírku 80 mm a spevnené boli filigránovou výstužou profilu R 6. Horná doska (obr. 4) vzhľadom na zmrašťovanie a manipulačné zaťaženie bola zabezpečená kari sieťou z drôtov W 4.

Obr. 2: Pohľad do debnenia s výstužou pred betonážou spodnej dosky	Obr. 4: Betonáž rebier a hornej dosky panelu

Mechanické vlastnosti sa overili štandardnou zaťažovacou skúškou štvorbodovým ohybom na dvoch z troch vyrobených prototypových panelov (obr. 5). Experimenty sa vykonali pri veku prefabrikátov v čase skúšky štyri, resp. päť mesiacov.

Spôsob podopretia (pevné a posuvné oceľoliatinové ložisko) simuloval prostý nosník s rozpätím 4,2 m. V priebehu zaťažovania sa merali priehyby a napätie v povrchových vláknach betónu na spodnom i hornom povrchu panela. Ten sa zaťažoval v stupňoch až do dosiahnutia medze únosnosti.

Výsledky zaťažovacej skúšky
Maximálna sila pri porušení prvého panela bola 295 kN a pri druhom paneli 310 kN, čo zodpovedá približne plošnému zaťaženiu 40 kN/m².

Medzná hodnota priehybu podľa medzného stavu použiteľnosti je 14 mm. Skutočne namerané hodnoty v strede rozpätia pri paneli č. 1 predstavujú po ustálení 8,9 mm, pri paneli č. 2 len 6,0 mm. Pri výpočte podľa STN P ENV 1992-1-1, bola zistená hodnota priehybu pre častú kombináciu zaťaženia bez vplyvu zmrašťovania 13,5 mm.

Na overenie kvality betónu sa po zaťažovacej skúške z okrajov každého panela vykonali tri odvrty na zistenie pevnosti betónu v tlaku. Pevnosť v tlaku vzoriek z prvého panela bola 43,7 až 48,7 MPa, pri druhom paneli 63,7 až 76,6 MPa. Namerané hodnoty zodpovedajú betónu použitému pri výrobe, pri prvom paneli C 30/37 a pri druhom paneli C 45/55, ktorý sa použil pre možné skoršie oddebnenie a vyňatie z formy.

Environmentálne vyhodnotenie
Pri environmentálnom porovnaní sa sledovali hodnoty zviazaných emisií CO_{2, ekviv.} a emisií SO_{x, ekviv.}, zviazaných spotrieb energií a plošnej hmotnosti na štvorcový meter stropnej konštrukcie. Tieto parametre sa počítali pre stropnú konštrukciu z komôrkových panelov a pre referenčnú plnú železobetónovú dosku s rovnakou hrúbkou. Pri environmentálnom hodnotení stropných konštrukcií sa použili materiálové charakteristiky uvedené v tab. 1. Stropný panel s inštalačnými vložkami z recyklovaného zmesového plastu sa porovnával s alternatívou filigránovej železobetónovej dosky bez vyľahčujúcich výplní na zhodné rozpätie, hrúbka dosky 200 mm, hlavná ohybová výstuž ∅ R10 ā 110 mm, pri hornom povrchu kari sieť 5 × 150 × 150 mm.

Tab. 1: Materiálové charakteristiky použité v hodnotení

*) Hodnoty sa týkajú iba vlastného materiálu vložky

Výsledné absolútne hodnoty pre strop z komôrkových panelov s vložkami z recyklovaného zmesového plastu a referenčnú plnú filigránovú dosku sú uvedené v tab. 2.

Tab. 2: Environmentálne parametre stropných konštrukcií

Záver
Nový typ prefabrikovaného panela s vložkami z recyklovaného plastu vykazuje podobné úžitkové vlastnosti ako bežne používané dutinové panely. Experimentálne overenie statických parametrov preukázalo dostatočnú statickú spoľahlivosť týchto komôrkových panelov pri súčasnej úspore konštrukčných materiálov a menšej vlastnej hmotnosti stropnej konštrukcie. Environmentálnym zhodnotením sa zistilo nižšie zaťaženie životného prostredia emisiami CO_{2, ekviv.}, SO_{x, ekviv.}, zviazanou spotrebou energie i priamymi úsporami primárnych zdrojov neobnoviteľných surovín a takisto menším množstvom materiálu pri demolácii konštrukcie po jej dožití.

Dosť významná bola aj nižšia miera zaťaženia životného prostredia dopravou materiálu, či už znížením množstva emisií zo spaľovania pohonných hmôt, znížením hluku a prašnosti, alebo menšou dopravnou záťažou na preťažených komunikáciách. Využitie odpadového zmesového plastu z komunálneho odpadu predstavuje vhodný materiál z hľadiska ochrany životného prostredia. Ak sa zoberie do úvahy výstavba bytového domu s 2 000 m² stropov, potom úspora betónu bude asi 170 m³ a spotreba recyklovaného zmesového plastu z komunálneho odpadu asi 40 m³. Environmentálne výhody nie sú zatiaľ ekonomicky zhodnotené, predstavujú však významný parameter pri komplexnom hodnotení konštrukcií z hľadiska ich udržateľnosti.

Príspevok vznikol s finančným prispením MŠMT ČR, projekt 1M0579, v rámci činnosti výskumného centra CIDEAS s využitím výsledkov projektu GAČR 103/08/1658.

prof. Ing. Petr Hájek, CSc., Ing. Ctislav Fiala
Foto: archív autorov

Petr Hájek pôsobí na Katedre konštrukcií pozemných stavieb na Stavebnej fakulte ČVUT v Prahe a zároveň je zástupcom vedúceho výskumného centra CIDEAS. Zaoberá sa optimalizáciou a multikriteriálným hodnotením budov s minimalizovanými enviromentálymi dopadmi, optimalizáciou betónových konštrukcií a využitím recyklovaných materiálov.

Ctislav Fiala je asistentom na Katedre konštrukcií pozemných stavieb na Stavebnej fakulte ČVUT v Prahe a zamestnancom výskumného centra CIDEAS. Rovnako ako Petr Hájek sa zaoberá optimalizáciou a multikriteriálným hodnotením budov s minimalizovanými enviromentálnymi vplyvmi, optimalizáciou betónových konštrukcií a využitím recyklovaných materiálov.

Literatúra
1. Hájek, P.: Integrated Environmental Design and Optimization of Concrete Floor Structures for Buildings. In: Proc. Sustainable Building 2005, Tokyo, 2005.
2. Hájek, P.: The Way towards Sustainable Construction by the Use of Recycled Municipal Waste, Rethinking Sustainable Construction 2006. Sarasota: USA, 2006.
3. Fiala, C., Hájek, P.: Environmentální optimalizace komůrkové železobetonové desky. In: 12. betonářské dny, 2005, Hradec Králové, ČBS ČSSI, 2005.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.