2002 S ANACE BETONOV CH K ONSTRUKCÍ. B ETON TKS JE P ÍM M NÁSTUPCEM âasopisò A

2/2002

SANAC E

BETONOV¯CH

KONSTRUKCÍ

BETON TKS

JE P¤ÍM¯M NÁSTUPCEM âASOPISÒ

A

SPOLEâNOSTI

A

SVAZY

CO

SVAZ V¯ROBCÒ CEMENTU A VÁPNA âECH, MORAVY A SLEZSKA ·tûtkova 18, 140 68 Praha 4 tel.: 02 6121 2863, fax: 02 4140 5710 e-mail: [email protected]

PODPORUJÍCÍ

âASOPIS

NAJDETE V TOMTO âÍSLE

35/

VLIV

MRAZU NA PEVNOST

A SOUDRÎNOST REPROFILAâNÍCH HMOT S PODKLADEM

SANACE

BETONOVÉHO HRANICKÉHO ÎELEZNIâNÍHO VIADUKTU

SVAZ VÝROBCŮ BETONU ČR

19/

SANACE

KONSTRUKCE SÁLU

KRAJSKÉHO Ú¤ADU V

ÚSTÍ

NAD

LABEM

SVAZ V¯ROBCÒ BETONU âR Na Zámecké 9, 140 00 Praha 4 tel./fax: 02 8191 4909 e-mail: [email protected] www.svb.cz

TRVANLIVOST

SDRUÎENÍ PRO SANACE BETONOV¯CH KONSTRUKCÍ Kfiídlovická 78/80, 603 00 Brno tel.: 05 4324 8190, fax: 05 4157 2425 e-mail: [email protected] www.sanace-ssbk.cz

SPRÁVKOV¯CH HMOT

SANACE 50

M VYSOKÉHO

DVOJPLÁ·ËOVÉHO SILA U

âESKÁ BETONÁ¤SKÁ SPOLEâNOST âSSI Samcova 1, 110 00 Praha 1 tel.: 02 2231 6173 fax: 02 2231 1261 e-mail: [email protected] www.cbz.cz

29/

/9

ZKOU·KY

BETONÒ P¤I STAVEBNù

TECHNICKÉM PRÒZKUMU ÎELEZOBETONOV¯CH KOMÍNÒ

CENA FINSKÉ

BETONÁ¤SKÉ

SPOLEâNOSTI ZA ROK

2001

/61

OCHSENFURTU, NùMECKO

/25

/53

B E T O N T E C H N O LO G I E • KO N ST R U KC E • S A N AC E

C O N C R E T E T E C H N O LO GY • S T R U C T U R E S • R E H A B I L I TAT I O N

OBSAH

Roãník: druh˘ âíslo: 2/2002 Vychází dvoumûsíãnû Vydává BETON TKS, s. r. o., pro: Svaz v˘robcÛ cementu a vápna âech, Moravy a Slezska Svaz v˘robcÛ betonu âR âeskou betonáfiskou spoleãnost âSSI SdruÏení pro sanace betonov˘ch konstrukcí

ÚVODNÍK

/2

Zdenûk Jefiábek PROFILY

SDRUÎENÍ

P R O S A N AC E B E TO N OV ¯C H

KO N ST R U KC Í

DOSTING, S P O L . S R . O ., B R N O Vladimír Krejãík, Josef Suchomela, Pavel Gron Î E L E Z N I â N Í STAV I T E LST V Í B R N O , A . S . Rozhovor s generálním fieditelem Ing. Michalem ·teflem

VLIV /4

STAV I T E LST V Í

BRNO, A. S.

/8

VùDA

/35

A V¯ZKUM

M OÎ N O ST I /6

V Y U Î I T Í M O D U LOVA N É H O

V O D N Í H O PA P R S K U P ¤ I S A N AC I B E TO N U

/38

Libor Sitek, Josef Foldyna B E TO N OV É

STAVEBNÍ KONSTRUKCE

S A N AC E

M R A Z U N A P E V N O ST A S O U D R Î N O ST

R E P R O F I L Aâ N Í C H H M OT S P O D K L A D E M

Vladimír Kneissl

OBRAZOVÁ P¤ÍLOHA

ÎELEZNIâNÍ

Vydavatelství fiídí: Ing. Vlastimil ·rÛma, CSc. ·éfredaktorka: Ing. Jana Margoldová, CSc. Redaktorka: Petra Jaro‰íková

/3

Pavel Lebr

D E S KY N A P O D DA J N É M

P O D K L A D U V Y STAV E N É V L I V Ò M V Y S¯C H Á N Í B E TO N OV É H O H R A N I C K É H O

A S M R ·ËOVÁ N Í

Î E L E Z N I â N Í H O V I A D U KT U

Petr Adam, Karel ·tûrba P E R S P E KT I VA

/9

O D ST R A ≈ OVÁ N Í H R U B¯C H Z ÁVA D

B E TO N OV ¯C H KO N ST R U KC Í

TomበVanûk, Martin Tyrlik

/13

Jan L. Vítek, Alena Kohoutková, Vladimír Kfiístek V Y · E T R OVA N I E

S A N AC E

B A RY TOV ¯C H O M Í T E K

Ú ST Í Ladislav Bacil

NAD

LABEM /19

MATERIÁLY

A

TECHNOLOGIE

Grafick˘ návrh: DEGAS, grafick˘ ateliér, Hefimanova 25, 170 00 Praha 7

P O R U · E N ¯C H T R H L I N A M I

/46

Juraj Bilãík, Igor Hudoba

EKOLOGIE

KO N ST R U KC E S Á LU K R A J S K É H O

/42

B E TÓ N OV ¯C H KO N ·T R U KC I Í

P O S O U Z E N Í PA N E LOV ¯C H S O U STAV T 02 B - O S A T 03 B - O S N A P O D D O LOVA N É M Ú Z E M Í Darja Skulinová, Jaroslav Solafi /17 Ú¤ADU V

V¯VOJ

P ¤ Í P R AV Y A T E C H N O LO G I E ST Í N I C Í C H

Leonard Hobst, Lubomír Vítek, Marcela Fridrichová

/50

SPEKTRUM

P O R U C H Y V OZOV KOV É H O B E TO N U DÁ L N I C E D11 Z P Ò S O B E N É R E A KC Í A L K Á L I Í S KAMENIVEM (RAK) Zdenûk Pertold, Marek Chvátal, Jaroslava Pertoldová, Jifií Zachariá‰, Jan Hromádko /21

S A N AC E 50 M V Y S O K É H O DV O J P L Á·ËOV É H O S I L A U O C H S E N F U RT U , N ù M E C KO Johann Bleiziffer, Markus Deml, Eduard Hobst, Carsten Nechwatal, Andreas Weltner /53

T RVA N L I V O ST S P R ÁV KOV ¯C H H M OT Rostislav Drochytka, Amos Dufka

V O D O P R I E P U ST N O ST I B E TÓ N U

Z KO U · KY

/25

R ¯C H L A

/59

Vladimír Îivica B E TO N Á ¤ S K É

S P O L E â N O ST I Z A R O K

TECHNICKÉM PRÒZKUMU

2001

/61

Î E L E ZO B E TO N OV ¯C H KO M Í N Ò

Jifií Habarta, Jifií ·Èastn˘ HYDRODEMOLICE

/29

ETON

• TEC

/62

/31

FIREMNÍ

P Í S KOVÁ N Í Z A V L H K A Ladislav Janãa

/33 H NOLOG I E

PREZENTACE

T R A N S P O RT B E TO N

• KONSTR

U KC E

Tisk: SdruÏení MAC, spol. s r. o., U Plynárny 85, 101 00 Praha 10 Adresa redakce a vydavatelství: Beton TKS, s. r. o. Samcova 1, 110 00 Praha 1 Redakce a objednávky pfiedplatného: tel./fax: 02 2481 2906 e-mail: [email protected] Vedení vydavatelství a inzerce: tel.: 02 2231 6173, fax: 02 2231 1261 e-mail: [email protected]

Vydávání povoleno Ministerstvem kultury âR pod ãíslem MK âR E 11157 ISSN 1213-3116 Podávání novinov˘ch zásilek povoleno âeskou po‰tou, s. p., OZ Stfiední âechy, Praha 1 ãj. 704/2000 ze dne 23. 11. 2000

KO N F E R E N C E

A V ¯ STAV Y

Josef Richter

B

AKTUALITY SEMINÁ¤E,

P R O D LU Î U J E

Î I V OT N O ST S A N AC Í

Sazba: 3P, s. r. o., Staropramenná 21, 150 00 Praha 5

Roãní pfiedplatné: 480 Kã (+ po‰tovné a balné 6 x 30 = 180 Kã)

M E TÓ DA P R E STA N OV E N I E

CENA FINSKÉ

B E TO N Ò P ¤ I STAV E B N ù

Redakãní rada: Doc. Ing. Jifií Dohnálek, CSc., Ing. Jan Gemrich, Doc. Ing. Petr Hájek, CSc. (pfiedseda), Doc. Ing. Leonard Hobst, CSc. (místopfiedseda), Ing. Jan Huteãka, Ing. Zdenûk Jefiábek, CSc., Ing. Jan Kupeãek, Ing. Petr Laube, Ing. Pavel Lebr, Ing. Milada Mazurová, Ing. Hana Némethová, Ing. Vladimír Novotn˘, Ing. Milena Pafiíková, Ing. Vlastimil ·rÛma, CSc., Doc. Ing. RNDr. Petr ·tûpánek, CSc., Ing. Michal ·tevula, Ing. Vladimír Vesel˘, Doc. Ing. Jan L. Vítek, CSc., Ing. Miroslav Weber, CSc.

Z

LIAPORU

• SANAC

E

/64 2/2002

Foto na titulní stranû: Chladicí vûÏ s pfiirozen˘m tahem – Energocentrum Kladno (snímek: fotostudio ARDOS pro akciovou spoleãnost BETVAR)

1

ÚVODNÍK EDITORIAL

VÁÎENÍ

A MILÍ

âTENÁ¤I,

Ing. Zdenûk Jefiábek, CSc., prezident SdruÏení pro sanace betonov˘ch konstrukcí

jiÏ podruhé v krátké historii ãasopisu BETON TKS se mi dostalo cti napsat úvodník k ãíslu, které je vûnováno pfiedev‰ím sanacím betonov˘ch konstrukcí. ZároveÀ je vydání tohoto ãísla ãasovû naladûno tak, aby odpovídalo termínu jiÏ tradiãního, dvanáctého sympozia s tematikou sanací betonov˘ch konstrukcí s názvem SANACE 2002. V leto‰ním roce se organizaãní v˘bor tohoto sympozia rozhodl uvést do programu nové téma, a to „Ochrana Ïivotního prostfiedí“. Îivotní prostfiedí, které nás v‰ude obklopuje, respektive jeho nejdÛleÏitûj‰í souãást, pfiíroda, b˘vá ãasto bráno jen jako jakési „pozadí“ pro v‰echny na‰e ãinnosti odehrávající se z na‰eho pohledu na „popfiedí“. Domnívám se, Ïe i ãlovûk a lidská spoleãnost patfií do celkové mnoÏiny Ïivotního prostfiedí. Samozfiejmû ãlovûk i Ïivotní prostfiedí se navzájem ovlivÀují. Chci se tentokrát chvilku zamyslet nad souvislostmi sanací betonov˘ch konstrukcí a ochrany Ïivotního prostfiedí Celé stavebnictví mÛÏe b˘t pojato jako urãit˘ druh ochrany ãlovûka pfied pfiírodou. VÏdyÈ po celé vûky vût‰ina stavebních dûl slouÏila pfiedev‰ím k tomu, aby upravovala podmínky v okolním prostfiedí tak, aby lidská spoleãnost byla schopna pfieÏít. Pro tento úãel si lidé zaãali stavût nejen svá (nejprve skromná) obydlí, bylo nutné také vytvofiit dopravní cesty a zkrotit (nebo se o to alespoÀ snaÏit) pfiírodní Ïivly… Od poãátku svého v˘voje si ãlovûk pfiírodu podmaÀoval a vyuÏíval její – zpoãátku – nevyãerpatelné zdroje. Tyto zdroje se pak nejv˘znamnûj‰í mûrou podílely na bohatnutí ãlovûka jako jedince i lidské spoleãnosti. Podle stupnû podmanûní si Ïivotního prostfiedí, dovolil bych si dokonce tvrdit (pfienesenû a s urãitou nadsázkou) podle stupnû vyspûlosti stavebnictví, se mÛÏe jiÏ odpradávna pomûfiovat i stupeÀ v˘voje lidské spoleãnosti. Mohla by se vést dlouhá debata o dal‰ích aspektech v˘voje lidské spoleãnosti. Já se ov‰em hlásím mezi stavafie, takÏe mi odpusÈte tento stupeÀ zjednodu‰ování. Na‰tûstí, s rostoucím stupnûm v˘voje, si lidská spoleãnost více uvûdomuje nutnost chránit nejen sama sebe, ale i okolní prostfiedí, které mÛÏe v koneãném dÛsledku rozhodnout o samé existenci Ïivota. Nyní si dovolím pfiejít blíÏe k podstatû my‰lenky, kterou bych rád vyjádfiil. V souãasné dobû se nacházíme na vysokém stupni na‰eho v˘voje. Jak vysokém, to je zase sloÏitûj‰í odpovûì. V‰ichni doufáme, Ïe v˘voj bude pokraãovat i nadále. V rámci na‰eho stupnû rozvoje jsme, doufám, schopni pfiipustit, Ïe ve valné mífie jsme si od pfiírody vzali jiÏ dost, Ïe bychom se mûli v dal‰ím útoku na ni v˘raznû uskrovnit a Ïe bychom se mûli více zamûfiit na racionální vyuÏití tûch hmotn˘ch statkÛ, které jiÏ dnes máme k dispozici. Nechtûl bych se zaobírat jiÏ stálicemi na nebi ochrany Ïivotního prostfiedí v na‰í republice, tj. v˘stavbou nûkter˘ch projektÛ prÛmyslu a infrastruktury, které jsou sledovány velmi ostraÏitû. Na jedné stranû vidíme racionální (nûkdy ov‰em také pseudoracionální) poÏadavky na nové exploatování pfiírody, 2

B

ETON

• TEC

na druhé stranû zase vidíme houfy rÛzn˘ch ekologick˘ch fundamentalistÛ, ktefií se vlastnû kontraproduktivnû stávají zase pseudoekology. Chci se vrátit k problematice sanací betonov˘ch konstrukcí. Jako prezident SdruÏení pro sanace betonov˘ch konstrukcí, které v souãasné dobû sdruÏuje na padesát organizací z celé âeské republiky, bych chtûl totiÏ podtrhnout fakt, Ïe na‰e SdruÏení se hlásí k této problematice. Proto také bylo pro nás nové téma pov˘‰eno na kapitolu na‰eho kaÏdoroãního setkání na symposiu SANACE 2002. Zá‰titu nad touto akcí pfievzalo právû Ministerstvo Ïivotního prostfiedí. Vzhledem k tomu, Ïe velká ãást objektÛ na‰eho zájmu se nachází v pfiírodû, mûli bychom se v rámci zaji‰tûní tzv. udrÏitelného rozvoje postarat pfiedev‰ím o to, aby právû tyto objekty slouÏily plnû svému urãení. Místo asanací (které svou podstatou mohou b˘t velmi nevlídné k Ïivotnímu prostfiedí) a následné v˘stavbû nov˘ch objektÛ (coÏ opût mÛÏe b˘t pro Ïivotní prostfiedí nepfiíznivé), bychom mûli více a více uvaÏovat o sanacích. Sanace betonov˘ch konstrukcí totiÏ mají jako jeden z hlavních cílÛ slouÏit k tomu, aby se vysoce sofistikovan˘mi technologiemi, s relativnû nízk˘m poÏadavkem na spotfiebu stavebních hmot, navracely star˘m betonov˘m konstrukcím, ãasto s historicky památkov˘m charakterem, pÛvodní vlastnosti. Respektive, aby tûmto konstrukcím bylo dáno nové vyuÏití. Jako objekty na‰eho zájmu mÛÏeme vidût napfiíklad inÏen˘rské objekty na dopravních stavbách, vodohospodáfiské stavby, obytné komplexy, ale i mnoho prÛmyslov˘ch objektÛ. Domnívám se, Ïe se jedná o velice dÛleÏit˘ aspekt práce odborníkÛ na sanace, kter˘ je vlastnû jedineãn˘ v rámci celého stavebnictví. To byl jak˘si „makropohled“ na problematiku sanací betonov˘ch konstrukcí. Naproti tomu „mikropohled“ nám ukazuje, Ïe pfii sanacích betonov˘ch konstrukcí se pouÏívají technologie, které souvisejí s produkcí stavební sutû, ãasto kontaminované rÛzn˘mi zneãi‰Èujícími látkami, pouÏívaná stavební chemie se musí také pouÏívat pfiesnû pfiedepsan˘mi zpÛsoby a postupy, aby nemohlo vznikat ohroÏení Ïivotního prostfiedí. Pfii sanacích se také ãasto pouÏívají pra‰né technologie. Je na investorech, projektantech i realizátorech, aby tyto pouÏívané technologie byly plnû v souladu se zásadami ochrany Ïivotního prostfiedí. V‰ichni víme, Ïe tyto zásady je moÏné dodrÏovat, ov‰em je nutno pro to vytvofiit spoleãn˘ prostor. Je tfieba si uvûdomit fakt, Ïe v pfiípadû zapracování ekologick˘ch zásad jiÏ do pfiípravy sanaãního projektu (nejprve na stranû investora, potom návrhov˘m opatfiením, nakonec pak u realizátora), patrnû bude tfieba vytvofiit také potfiebn˘ prostor i ve financování. Ochrana Ïivotní prostfiedí není právû levná záleÏitost. Na druhé stranû si tím lépe uchráníme to nejcennûj‰í, tzn. prostfiedí, ve kterém Ïijeme. Také na‰im potomkÛm pfiipravíme pfiíznivûj‰í podmínky pro udrÏení uspokojivého stavu. Na závûr shrnuji v krátkosti to, co povaÏuji za podstatné a ãím bych rád uvedl diskusi právû na sympoziu SANACE 2002. Pfiispûjme na‰í invencí k tomu, abychom prosazovali sanace betonov˘ch konstrukcí, a nejen proto, Ïe je prostû nutné je provést. Podívejme se na cel˘ problém také trochu „ekologick˘ma“ oãima a takto kaÏd˘ svou hfiivnou pfiispûjme k tomu, aby se Ïivotní prostfiedí za „nás“ jiÏ dále nezhor‰ovalo…

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

PROFILY PROFILES

SDRUÎENÍ

PRO SANACE BETONOV¯CH KONSTRUKCÍ CONCRETE STRUCTURES REPAIR ASSOCIATION (CSRA)

Ing. Pavel Lebr tajemník SSBK

SdruÏení pro sanace betonov˘ch konstrukcí (SSBK) je spoleãností, která se zab˘vá sanací betonu a uplatÀováním speciálních technologií pfii v˘stavbû betonov˘ch konstrukcí. âleny sdruÏení jsou stavební firmy, v˘robci a prodejci nejrÛznûj‰ích v˘robkÛ se vztahem k betonov˘m konstrukcím, teoretická pracovi‰tû a investorské organizace. SSBK vzniklo pfied deseti lety jako odezva na technologick˘ zlom v opravách betonov˘ch konstrukcí poãátkem devadesát˘ch let. Otevfiením hranic nastal pfiíliv sanaãních materiálÛ a postupÛ, které do té doby znal jen nevelk˘ okruh odborníkÛ. Nové technologie umoÏnily mnohotvárnûj‰í pfiístup k sanacím a opravám naru‰en˘ch betonov˘ch konstrukcí. Souãasnû se ukázalo, Ïe pfiíliv sanaãních prostfiedkÛ a technologií zastihl odbornou vefiejnost teoreticky a psychologicky nepfiipravenou. Odborná nepfiipravenost vytváfiela prostor pro nekvalitu, diletantství a mnohdy i pro vûdomé podvody. Nûkolik firem a organizací (17) zaãalo hledat cestu, jak v nepfiehledném prostfiedí pomoci vytváfiet korektní trh sanaãních prací a odpovídající formy technické osvûty. Hledání vyústilo v roce 1992 v zaloÏení SSBK. SdruÏení je nezisková organizace, financovaná pfieváÏnû z ãlensk˘ch pfiíspûvkÛ. Hlavní my‰lenkou, zdÛrazÀovanou pfii zakládání sdruÏení i dnes, je: vytvofiit bezkonfliktní platformu pro v‰eobecné ‰ífiení osvûty v oblasti sanaãních a speciálních technologií. ·ífiení osvûty v nejrÛznûj‰ích podobách se úspû‰nû dafii. KaÏdoroãní dvoudenní sympozia v Brnû s úãastí zahraniãních odborníkÛ, jsou vyvrcholením svazové ãinnosti. Jsou zamûfiena pfieváÏnû na novinky oboru a nové technologické trendy. Hodnotu celostátního oborového setkání podtrhuje spoleãensk˘ program, kter˘ dává pfiíleÏitost k neformálním osobním kontaktÛm odborníkÛ s mnohdy znaãnû rozdíln˘m profesním zamûfiením. Pro vnitfiní Ïivot sdruÏení mají velk˘ v˘znam klubové veãery se strukturovan˘m programem, které jsou urãeny pro zástupce ãlensk˘ch organizací a pozvané hosty. DÛleÏitou mediální platformou SSBK byl ãasopis SANACE. Postupnû byly ve sdruÏení ustanoveny odborné sekce, které pfiispívají k prohlubování profesní ãinnosti. Zúãastnili jsme se formování legislativního rámce programu regenerace panelov˘ch domÛ. DÛleÏit˘mi aktivitami jsou vypracování Technick˘ch pod-

mínek pro sanace a ‰ífiení znalostí o technologiích a legislativû oboru prostfiednictvím ‰kolení pracovníkÛ od nejvy‰‰ích funkcí aÏ po manuální pracovníky. Spolupracujeme se subkomisí ã. 8 „Sanace betonov˘ch konstrukcí", která je souãástí Technické normalizaãní komise âSNI ã. 36 „Betonové konstrukce" na zaji‰tûní pfiekladu souboru sanaãních Euronorem. Souãástí ãinnosti v oboru technické legislativy i se zahraniãními podobnû zamûfien˘mi organizacemi, spolupráce napfi. s americkou ICRI, Kanadskou asociací pro sanaãní práce a Rakousk˘m betonáfisk˘m svazem ÖBV. V prvních letech existence SdruÏení bylo v popfiedí zájmu poznávání nov˘ch materiálÛ a technologií. Poznávací etapa se bûhem nûkolika let naplnila. TfiebaÏe pfiíliv nov˘ch technologií a materiálÛ není nikdy ukonãen, sdruÏení reflektovalo situaci zv˘‰ením zájmu o diagnostiku staveb, technickou legislativu oboru a komunikaci s investorskou sférou. Uvûdomili jsme si, Ïe bez efektivní spolupráce a bez dÛvûry investorské sféry nelze vytvofiit podmínky pro seriozní soutûÏ. Názorov˘ v˘voj se projevuje i v podobû a náplni sympozií. Do popfiedí zájmu se dostává diagnostika poruch, jejich sledování a anal˘za jako klíã ke kvalifikovanému technickému mapování sanaãních úkolÛ a jejich finanãní nároãnosti. Trvalou souãástí programu zÛstává i nadále sledování nikdy nekonãícího proudu novinek (jiÏ zmínûná osvûta) a konkrétní v˘sledky sanaãních zásahÛ, oprav a rekonstrukcí spolu s praktick˘m pfiedvádûním sanaãních technologií. Jako viditelné ocenûní nejlep‰ích sanaãních dûl a individuálních zásluh o odborn˘ rozvoj oboru je na sympoziu slavnostnû udûlována cena Sanaãní dílo roku a Osobnost roku. Dosavadní v˘voj oboru ukazuje, Ïe speciální technologie se budou stále více pouÏívat také ke zv˘‰ení kvality konstrukcí v novov˘robû, i kdyÏ nespornû zÛstanou hlavními nástroji sanací. Toto pfiesvûdãení nás pfiivedlo k tûsnûj‰í spolupráci s nejv˘znamnûj‰ími tuzemsk˘mi organizacemi, které mají v oblasti betonu klíãov˘ v˘znam a k úãasti na zaloÏení spoleãného ãasopisu „BETON TKS“, kter˘ je pfiím˘m nástupcem na‰eho dosavadního periodika Sanace. SSBK má v souãasné dobû padesát ãlenÛ. Je jednou z nejstar‰ích asociací, vznikl˘ch po roce 1989 a jednou z mála organizací této generace, která s vûkem sílí. Samotn˘ obor, kter˘ trvale získává na v˘znamu a je jedním z perspektivních oborÛ ãeského stavebnictví. SdruÏení poskytuje sv˘m ãlenÛm potfiebné informace a pomáhá jim orientovat se v technick˘ch a legislativních poznatcích oboru.

SdruÏení pro sanace betonov˘ch konstrukcí Kfiídlovická 78/80, 603 00 Brno tel.: 05 4324 8190, fax: 05 4157 2425 e-mail: [email protected] www.sanace-ssbk.cz

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

3

PROFILY PROFILES

DOSTING,

SPOL. S R. O.,

Vladimír Krejãík, Josef Suchomela, Pavel Gron

Dosting, spol. s r. o., Brno, je firmou vyvíjející obchodní, dodavatelskou a projektovou ãinnost v oblasti stavebnictví. Firma byla zaloÏena v roce 1993 a od té doby se postupnû rozvíjí z pÛvodních sedmi osob na dne‰ní stav zhruba padesáti zamûstnancÛ. V˘znamn˘m mezníkem v historii firmy byl rok 2000, kdy se jednotlivá oddûlení – projektové, obchodní a v˘robní – sestûhovala z pÛvodních dislokovan˘ch provozoven do spoleãného areálu v Brnû-Královû Poli. Toto „sjednocení“ firmy v˘znamnû pfiispûlo k zefektivnûní ãinnosti spoleãnosti a jejího fiízení. Z hlediska zamûfiení ãasopisu BETON TKS je stûÏejní ãinností firmy Dosting, s. r. o., projektování v investiãní v˘stavbû. Projekãní stfiedisko zaji‰Èuje projektovou a inÏen˘rskou ãinnost, v oborech dopravního stavitelství a inÏen˘rsk˘ch konstrukcí. Nejvût‰í objem kapacity je nasmûrován do oblasti mostních konstrukcí. Pro státní i soukromé investory zaji‰Èujeme projektovou dokumentaci v‰ech stupÀÛ, od vstupních studií aÏ po realizaãní projekty a dokumentace skuteãného provedení. Klademe dÛraz na komplexnost poskytovan˘ch sluÏeb, tj. nejen na zpracování vlastní projektové dokumentace, ale i na zaji‰tûní v‰ech potfiebn˘ch podkladov˘ch materiálÛ (zamûfiení a prÛzkumy v‰ech druhÛ). Pro na‰e odbûratele, mezi nûÏ patfií zejména investorské organizace dopravních staveb (pfiíslu‰né sloÏky ¤editelství silnic a dál-

BRNO nic âeské republiky, âesk˘ch drah ãi mûstské investorské útvary) a rovnûÏ orgány správy silniãní sítû (okresní a nyní novû vznikající krajské správy a údrÏby silnic), dodáváme projektové dokumentace novostaveb i rekonstrukcí. Jako pfiíklady v oblasti novostaveb lze uvést úãast na projektech dálnice D1 v úseku Vy‰kov-Mofiice, pfiipravovaného komunikaãního napojení novû vznikající podnikatelské zóny âernovická terasa v Brnû, a zejména na pfiipravované stavbû mimoúrovÀového kfiíÏení Velkého mûstského okruhu s ulicí Hlinky v Brnû–Pisárkách, ve spolupráci s generálním projektantem PK Ossendorf Brno. Zde bylo úkolem na‰eho projektového stfiediska zpracování dokumentace mostních a inÏen˘rsk˘ch objektÛ, opûrn˘ch a protihlukov˘ch zdí. Tato stavba je dokumentována poãítaãovou vizualizací technického fie‰ení (zpracovatel vizualizace WAVE Studio Brno), obr. 1. Nemalou mûrou zamûfiujeme svou ãinnost do oblasti sanací betonov˘ch konstrukcí. Opût jsou to pfiedev‰ím projektové pfiípravy rekonstrukcí a oprav mostÛ (obr. 2), ale i ostatních betonov˘ch konstrukcí (obãansk˘ch, prÛmyslov˘ch a vodohospodáfisk˘ch). Zde mnohdy proti nepochopení a nûkdy i odporu prosazujeme nutnost specifického pfiístupu k problematice oprav a rekonstrukcí. Podle na‰eho (a nejen na‰eho) názoru naprosto nezbytn˘m základem správného návrhu rekonstrukce jakékoli stavby je kvalitní, cílená a dostateãnû podrobná diagnostika skuteãného stavu konstrukce. Teprve na základû dostateãn˘ch znalostí o konstrukci se lze odpovûdnû rozhodnout, jak dále postupovat. Místo toho se mnohdy jiÏ ve fázi realizace dostáváme ke konstrukcím, kde právû podcenûní diagnostiky vede k velk˘m následn˘m problémÛm, neoãekávané ãasové prodlevû, nárÛst finanãní nároãnosti akce a nûkdy dokonce i nutnosti úplného pfiehodnocení pfiístupu, kdy místo pÛvodnû plánované opravy je nezbytná kompletní v˘mûna konstrukce. Na‰e rozsáhlé zku‰enosti v této oblasti projektování jsou mavíc podtrÏeny dlouholet˘m ãlenstvím ve SdruÏení pro sanace betonov˘ch konstrukcí. V poslední dobû rovnûÏ rozvíjíme ãinnost v oblasti v˘poãtÛ a projektování ocelov˘ch konstrukcí, vãetnû dynamicky namáhan˘ch, napfiíklad nosn˘ch konstrukcí lehk˘ch chladících vûÏí, kdy tyto konstrukce nahrazují neudrÏované a znaãnû zchátralé stavby betonové, u nichÏ je oprava z hlediska technického i finanãního nesmyslná. Obr. 1 Vizualizace projektu Brno, MÚK VMO-Hlinky, autor vizualizace WAVE studio Brno Fig. 1 Visualisation of project Brno, grade-separated insersection of the Large town ring and Hlinka street, author of visualisation WAVE studio Brno

4

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

PROFILY PROFILES

Obr. 2 Rekonstruovan˘ most v Uherském Ostrohu, projekt Dosting, spol. s r. o. Fig. 2 Reconstructed bridge in Uhersk˘ Ostroh, design Dosting, s. r. o.

V na‰í práci je samozfiejmostí pouÏívání moderních metod poãítaãového projektování, které je dnes zejména pro potfieby vût‰ích akcí s nutností koordinace velkého mnoÏství partnerÛ naprosto nutné. Pro zaji‰tûní maximální moÏné kvality produkce a tím spokojenosti zákazníkÛ je ve firmû zaveden a provozován certifikovan˘ systém fiízení jakosti dle normy âSN EN ISO 9001. Projekãní stfiedisko rovnûÏ poskytuje vnitrofiremní technickou podporu ostatním ãinnostem firmy, pfiedev‰ím obchodní a doda-

vatelské. Ve v‰ech oblastech nabízí na‰e firma obchodním partnerÛ ucelenou sluÏbu od technické pomoci, pfies detailní projektovou pfiípravu aÏ po finální dodávky staveb ãi jejich speciálních souãástí. Z hlediska celkového pfiístupu klademe dÛraz pfiedev‰ím na serióznost, komplexnost a kvalitu poskytovan˘ch sluÏeb, neboÈ se domníváme, Ïe aã to v souãasné dobû nûkdy v na‰í obchodní praxi tak nevypadá, je toto jediná cesta k dlouhodobému úspûchu v jakémkoli podnikání.

Ing. Vladimír Krejãík, Ing. Josef Suchomela, Ing. Pavel Gron jednatelé spoleãnosti Dosting, spol. s r. o. Ko‰inova 19, 612 00 Brno tel.: 05 4952 2211, fax: 05 4952 2210 www.dosting.cz

Obr. 3 Rekonstrukce lucerny pavilonu B v˘stavi‰tû Brno, projekt a dodávka Dosting, spol. s r. o. Fig. 3 Reconstruction of the lantern of pavilion B within the exhibition ground Brno, design and contract of Dosting, s. r. o.

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

5

ÎELEZNIâNÍ

STAVITELSTVÍ

BRNO,

A. S. M-palác obchodnû administrativní centrum Brno M-palace, commercial and administrative centre

Palác Pacifik, Praha–Vysoãany Palace Pacifik, Praha–Vysoãany

Pavilon V, Brno–V˘stavi‰tû Exhibition pavilion V, Brno–V˘stavi‰tû

Velk˘ mûstsk˘ okruh Kohoutova, severní portál tunelu Large town ring Kohoutova, north portal of the tunnel

VMO Brno, mosty na Lesnické ulici LTRR Brno, bridges in Lesnická street

Most pfies fieku Bûlou na silnici I/44 Bridge over the river Bûlá in road I/44

Silnice II/487, Halenkov – zárubní zeì Road II/487, Halenkov – retail wall

Hranick˘ viadukt – rekonstrukce v roce 2000 Reconstruction of the viaduct in Hranice in year 2000

PROFILY PROFILES

ÎELEZNIâNÍ

BRNO,

STAVITELSTVÍ

Rozhovor s generálním fieditelem Ing. Michalem ·teflem

Pane fiediteli, mohl byste na‰im ãtenáfiÛm v úvodu pfiedstavit spoleãnost, v jejímÏ ãele stojíte, a seznámit je s historií jejího vzniku? Akciová spoleãnost Îelezniãní stavitelství Brno slaví v leto‰ním roce 50. v˘roãí svého vzniku. Byli jsme zaloÏeni v roce 1952 jako úãelová spoleãnost Ministerstva dopravy a spojÛ pfiedev‰ím pro potfieby modernizace a rekonstrukce Ïelezniãních tratí a v‰eho co bylo se Ïeleznicí spojeno. V roce 1992 byl státní podnik Îelezniãní stavitelství Brno transformován do podoby akciové spoleãnosti. V té dobû byl roãní objem v˘roby kolem 500 mil. Kã, v souãasné dobû na‰e produkce v oblasti stavební v˘roby pfiekroãila hranici 7 mld. Kã roãnû. Patfiíme mezi pût nejv˘znamnûj‰ích stavebních firem v âeské republice a jsme nejvût‰í stavební firmou na Moravû. Po cel˘ch padesát let si na‰e spoleãnost udrÏela univerzálnost svého pÛsobení pfii vysoké specializaci. Jaká je struktura akciové spoleãnosti Îelezniãní stavitelství Brno? Îelezniãní stavitelství Brno, a. s., tvofií ãtyfii závody. Z hlediska objemu obratu, 4 mld. Kã za rok, je nejvût‰í závod zamûfien˘ na modernizaci a rekonstrukci Ïelezniãních tratí (Ïelezniãní svr‰ek a spodek) a dal‰ích systémÛ mûstské hromadné dopravy. PouÏívané nejmodernûj‰í technologie nejen kupujeme ze zahraniãí, nûkteré jsme sami vyvinuli a máme v této oblasti jiÏ nûkolik patentÛ. Závod pod vedením fieditele, pana Václava BartoÀka, udûlal velk˘ pokrok zejména v kvalitû odvedené práce. Obor modernizace Ïelezniãních tratí je velmi perspektivní. Evropa si uvûdomuje, Ïe silniãní a dálniãní spojení nemohou b˘t jedin˘m dopravním systémem a Ïe je potfieba je‰tû jin˘, alternativní pro masovou dopravu. Îelezniãní doprava má nezastupitelné místo pfiedev‰ím v pfiímûstské integrované dopravû osob a v dálkové nákladní dopravû. Evropsk˘ region se sv˘mi velk˘mi aglomeracemi se zamûfiil na vytváfiení nové generace vlakÛ a nové kvalitativní úrovnû. Uveìme systémy „TGV“ ve Francii, „Intercity“ v Nûmecku, „Talgo“ ve ·panûlsku ãi „Pendolino“ v Itálii. Tyto systémy tvrdû konkurují letecké dopravû pfiedev‰ím pro její zranitelnost. I zemû v˘chodní Evropy a Balkánu musejí tento proces modernizace pfiijmout. Zde se otevírá ‰ance pro na‰i spoleãnost, která dosahuje kvalitativní úrovnû západních firem. Závod MOSAN, pÛsobící v oblasti tunelov˘ch prací, rekonstrukcí a v˘stavby mostÛ a silniãních staveb a speciálních sanaãních prací, dosahuje roãního obratu pfies 1 mld. Kã. Závod vede ing. Miroslav Dobrovoln˘. Z dokonãen˘ch prací, kter˘mi se mÛÏeme py‰nit, je to série rekonstrukcí tunelÛ na trati Brno-âeská Tfiebová, v˘stavba „Husovického tunelu“ pod ulicí Kohoutova v Brnû (tunel dálniãního typu 750 m dlouh˘), rekonstrukce dálniãních mostÛ na dálnicích D1 a D2, rekonstrukce „Znojemského viaduktu“, v˘stavba mostu v Mikulovicích a nejãerstvûj‰í dílo most na Velkém mûstském okruhu v Brnû, Tfiídû generála Píky. Zajímavou stavbou je most na praÏské tramvajové trati z Hluboãep na Barrandov. 8

B

ETON

• TEC

A. S.

Závod Pozemní stavitelství pÛsobí pfiedev‰ím v regionech Praha, Brno, Olomouc a Ostrava, kde má specializované divize. Závod vede ing. Miroslav Machala. Z nejzajímavûj‰ích staveb, které divize postavila v Brnû, chci uvést administrativnû-obchodní centrum M-palác, pavilon „V“ na Brnûnském v˘stavi‰ti a právû v tûchto dnech dokonãenou stavbu V‰eobecné zdravotní poji‰Èovny. V Ostravû-Porubû jsme provedli rekonstrukci fiady administrativních a bytov˘ch objektÛ, v Praze Paláce Pacifik a v Olomouci dostavbu a rekonstrukci ãásti Fakultní nemocnice. Závod Pozemního stavitelství má roãní obrat témûfi 2 mld Kã. âtvrt˘m závodem jsou Energetické a ekologické stavby. Jako pfiíklady jeho úspû‰né ãinnosti lze uvést rekonstrukci a v˘stavbu nového provozu ãistírny odpadních vod v Brnû nebo v˘stavbu kotelny na spalování biomasy v Bystfiici nad Pern‰tejnem. Oblast energetiky se dot˘ká i systému mûstské hromadné dopravy. Závod vyrábí svÛj vlastní systém mûníren jak pro mûstskou hromadnou dopravu, tak i pro âeské dráhy, s. p. Obrat závodu, vedeného ing. Petrem Sláãalou, ãiní témûfi 600 mil. Kã. A co zahraniãí, máte zájem o zakázky vnû na‰ich hranic? Ekologie je právû tou oblastí, kde bychom chtûli pÛsobit i v zahraniãí. Ekologie je spolu s dopravou v centru pozornosti Evropské unie a je finanãnû podporována z jejích fondÛ. Modernizace dopravních sítí, pfiedev‰ím Ïelezniãní sítû, je praktická ãinnost na pfiípravû vstupu âeské republiky do Evropské unie. Tomuto úkolu, se chceme vûnovat i v dal‰ích zemích stfiední a v˘chodní Evropy s dÛrazem na Balkán a v budoucnu poãítáme i s pÛsobením v zemích souãasné Evropské unie. Pfii úãasti na tendrech v zahraniãí se jiÏ dokáÏeme mûfiit s firmami ze zemí Evropské unie. Dafií se nám prosadit se a umoÏnit tak vstup na evropsk˘ trh i dal‰ím ãesk˘m v˘robcÛm. Spolu s tûmito firmami máme v úmyslu pÛsobit jako konsorciální v˘vozci investiãních celkÛ V dlouhodobém horizontu poãítáme s pÛsobením v zemích v˘chodní Evropy, pfiedev‰ím na Ukrajinû, Rusku a Kazachstánu a v dal‰ích zemích stfiední Asie. Pane fiediteli, sponzoruje Vámi vedená spoleãnost nûjaké sportovní nebo kulturní akce? Akciová spoleãnost ÎS Brno se kromû podnikání podílí na uskuteãnûní fiady kulturních, spoleãensk˘ch a sportovních akcí. Jsme tradiãními sponzory brnûnského basketbalu, ostravského volejbalu, svûtového poháru v bûhu na lyÏích „Zlaté lyÏe“ v Novém Mûstû na Moravû a mistrovství republiky ve spoleãensk˘ch tancích. To se letos konalo v Brnû. V oblasti kultury a umûní jsme v˘znamn˘mi sponzory Mûstského divadla v Brnû ãi Festivalu duchovní hudby v Olomouci. Podporovali jsme i umûleck˘ rÛst talentované mezzosopranistky Magdaleny KoÏené. Spolupracujeme a podporujeme celou fiadu vysok˘ch ‰kol. Nejsme lhostejní k na‰im hendikepovan˘m spoluobãanÛm. Finanãnû pfiispíváme a jinak pomáháme Domovu pro hendikepovanou mládeÏ BrnoKociánka. Jako v˘znamná firma povaÏujeme za svoji pfiirozenou povinnost najít si cestu k neziskov˘m organizacím a podnikÛm a pomáhat jim pfii pfiípravû a realizaci aktivit nev˘dûleãn˘ch oblastí. Pane fiediteli, dûkujeme za rozhovor.

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

STAVEBNÍ

KONSTRUKCE STRUCTURES

SANACE

BETONOVÉHO HRANICKÉHO ÎELEZNIâNÍHO VIADUKTU MAINTENANCE OF A CONCRETE RAILWAY VIADUCT IN HRANICE

PETR ADAM, KAREL ·TùRBA

provedení, je uloÏen v dráÏním archivu v Olomouci.

Celková rekonstrukce Ïelezniãního viaduktu v Hranicích na Moravû za úãelem zv˘‰ení pfiechodnosti a prÛchodnosti trati. The overall reconstruction of a railway viaduct in Hranice in Moravia in order to increase the crossing and passage capacity of the line. V modernizovaném úseku Ïelezniãní tratû Pfierov–Hranice na Moravû, v bezprostfiední blízkosti mûsta Hranice, pfievádûjí traÈ pfies údolí fieky Veliãky tfii hranické viadukty – ciheln˘, kamenn˘ a betonov˘. Pfiedmûtem tohoto pfiíspûvku je Ïelezniãní dvoukolejn˘ hranick˘ betonov˘ viadukt. TROCHA HISTORIE JiÏ v roce 1910 se zapoãalo se stavbou v pofiadí tfietího Hranického viaduktu na tzv. Severní dráze Ferdinandovû z Vídnû do Krakova. Podle jaké dokumentace se most realizoval, není známo, protoÏe první dochované plány jsou aÏ z roku 1918. Asi na tom v té dobû byli projektanti jako dnes. Prostû nestíhali. Podle unikátních plánÛ uloÏen˘ch ve Státním ústfiedním archivu v Praze, mûl b˘t pÛvodnû cel˘ viadukt kamenn˘. V˘stavbu mostu pfieru‰ila 1. svûtová válka. Do té doby byla z vût‰í ãásti hotova spodní stavba. S pokraãováním se zaãalo po více jak 20 letech, v roce 1936. Kamenné polokruhové klenby byly nahrazeny parabolick˘mi ze Ïelezobetonu. Od roku 1937 je most v provozu. Generelní plán provedeného viaduktu z roku 1939, dnes bychom fiekli dokumentace skuteãného Obr. 1 Pohled na polovinu mostu Fig. 1 View of a half bridge

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

Ú D A J E O S TÁVA J Í C Í M V I A D U K T U Most dlouh˘ 399 m je tvofien 30 Ïelezobetonov˘mi spojit˘mi skofiepinov˘mi klenbami shora zabetonovan˘mi a uloÏen˘mi na kamenn˘ch pilífiích (obr. 1). Konstrukãní uspofiádání mostu je následující: od obou opûr ke stfiedu mostu se opakují tfii celky po ãtyfiech klenbách svûtlosti 11,4 m. Mezi tûmito celky je vÏdy sdruÏen˘ pilífi ze dvou dfiíkÛ, nad kter˘mi je malá klenba o svûtlosti 6,7 m. Obû poloviny se sejdou uprostfied dvûma men‰ími klenbami svûtlosti 8,4 m. Tvar v‰ech kleneb je parabolick˘. Spodní stavbu tvofií kamenné zdivo. Lícní zdivo v‰ech pilífiÛ i obou opûr tlou‰Èky 250 aÏ 400 mm je z kvalitní Ïuly. Vnitfiní zdivo je tvofieno kameny Ïul, drob, vápencÛ a pískovcÛ pojen˘ch betonem aÏ maltou. PÛdorysn˘ rozmûr bûÏn˘ch pilífiÛ je 2,6 x 10,8 m, sdruÏen˘ch pak 4 x 10,8 m. V˘‰ka pilífiÛ se pohybuje od 5,5 do 11 m. Celková v˘‰ka mostu je cca 18,5 m. Most je zaloÏen plo‰nû. Základové pásy pilífiÛ s odstupky cca 1 m jsou uloÏeny na vrstvû písãit˘ch aÏ jílovit˘ch ‰tûrkÛ mocnosti 1,5 aÏ 2 m v hloubce 3 aÏ 4 m pod terénem. Pod vrstvou ‰tûrkÛ jsou jílovité hlíny. H L AV N Í P O R U C H Y M O S T U Pod ‰tûrkov˘m loÏem byla zcela nefunkãní izolace, coÏ se projevovalo v˘luhami na líci kleneb i na pilífiích. Do spár mezi poprsní zdi tlusté pouze 100 mm a v˘plÀov˘ beton kleneb zatékala voda, která mrzla a pÛsobila trhliny v poprsních zdech i v pilífiích. U pilífiÛ pak docházelo k odtrÏení rohÛ. Beton na spodním líci kleneb

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

byl více ãi ménû zkarbonatován (aÏ do hloubky 10 mm), nejvíce v patách kleneb, kde byla prokopírovaná v˘ztuÏ, znaãné v˘luhy a odpr˘skané kousky betonu. V klenbû ã. 1, ve ãtvrtinû rozpûtí smûrem k pfierovské opûfie, byly trhliny ‰ífiky více neÏ 1 mm z obou stran mostu, mezi poprsní zdí a klenbou byla trhlina po rubu klenby a poprsní zeì nad klenbou byla na tfiech místech roztrÏena svisle aÏ kolmo k zakfiivení klenby. V opûfie za uloÏením klenby byla vodorovná trhlina v loÏné spáfie. Problém první klenby souvisel se zaloÏením pfierovské opûry – na hlínû se ‰tûrkem cca 1m nad únosn˘mi ‰tûrky G2 (dle geologického profilu). Za opûrou nebylo provedeno rovnobûÏné kfiídlo. Pravdûpodobnû to byl dÛsledek pfiedzvûsti dal‰í války a práce na viaduktu bylo potfieba urychlit. Trhliny svûdãily o poklesu opûry a o pohybu betonov˘ch ãástí nad klenbou smûrem dozadu (po rubu klenby), coÏ zpÛsobilo trhliny v klenbû i v poprsních zdech. V ostatních klenbách byly po otryskání betonu vysokotlak˘m vodním paprskem dodateãnû zji‰tûny vlasové trhliny, a to pouze v pracovních spárách Poprsní zdi na obou stranách po celé délce mostu byly místnû potrhány v‰emi smûry buì od zatékání a následného potrhání mrazem, nebo mÛÏe jít i o trhliny vlivem smr‰tûní betonu vzhledem k malé tlou‰Èce skofiepinov˘ch poprsních zdí. Mezi betonov˘m a kamenn˘m viaduktem je pût spojovacích Ïelezobetonov˘ch lávek. V‰echny byly znaãnû po‰kozené a právû tak fiímsy – obnaÏená zkorodovaná v˘ztuÏ a degradovan˘ beton. SdruÏené pilífie byly rozepfieny Ïelezobetonov˘mi rozpûrami, aby ãásti mostu mezi sdruÏen˘mi pilífii mohly b˘t betono-

2/2002

9

STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES vány v libovolném pofiadí. Konstrukãnû tedy dva sdruÏené rozepfiené pilífie tvofiily pro celek provizorní opûru. Pfiímo nad rozpûrami, ve vrcholu klenby byly osazeny odvodÀovaãe, a z Ïelezobetonov˘ch rozpûr mnohde zbyla jen zkorodovaná v˘ztuÏ. Na v‰ech pilífiích se vyskytovaly v˘luhy, zejména v místû uloÏení kleneb z boãního pohledu na most. Lícní zdivo pilífiÛ bylo lokálnû potrháno, pfiedev‰ím ve svisl˘ch spárách, nûkdy i svisle pfies kámen. Vlivem nefunkãní izolace zatékala voda po klenbách do vnitfiku pilífiÛ a v místech, kde je mezerovité zdivo, se snaÏila dostat z pilífiÛ ven. V dÛsledku toho do‰lo vlivem mrazu k potrhání. V korytû fiíãky Veliãky byla na nûkolika místech utrÏená pata svahu z obkladního kamenného kyklopského zdiva (2 aÏ 3 spodní fiady) vlivem povodnû z roku 1997. PROJ E KT A R EALIZ AC E SANAC E Úãelem sanace bylo odstranit poruchy mostu a zmodernizovat mostní prÛjezdn˘ prÛfiez vãetnû Ïlabu kolejového loÏe dle âSN 73 6201. NejváÏnûj‰í poruchou byly trhliny v oblasti první klenby u pfierovské opûry. Bylo nutné opûru podchytit mikropilotami vrtan˘mi shora skrz celou opûru (obr. 2). Bûhem vrtání mikropilot bylo zji‰tûno, Ïe nad klenbou chybí nadbetonování. Podrobnûj‰ím prÛzkumem byla urãena tlou‰Èka poprsních zdí (i s dobetonováním

1,3 m). Právû toto zdivo ujíÏdûlo po rubu klenby dozadu. VytaÏením mikropilot aÏ pod Ïlab kolejového loÏe a jejich zakotvením do rozná‰ecí Ïelezobetonové desky se docílilo svázání opûry se zdivem nad klenbou, a tím k zabránûní pohybÛ zdiva po rubu klenby. Do prostoru mezi poprsní zdi nad klenbou do oblasti k líci opûry byly pfiidány je‰tû dvû fiady mikropilot, aby ve spojení s injektáÏí vzniklo dodateãné nadbetonování klenby propojené s betonov˘m blokem nad opûrou vyztuÏen˘m ocelov˘mi trubkami mikropilot. První pilífi byl téÏ podchycen mikropilotami, neboÈ je zatíÏen obsypem opûry a vlivem zemního tlaku by mohlo docházet k pfietûÏování základové spáry pod klenbou ã. 2. Podchycením pfierovské opûry i prvního pilífie získala klenba stabilní uloÏení a nemûlo by jiÏ docházet k dal‰ím deformacím. Následnû byly trhliny v klenbû i v souvisejících poprsních zdech zainjektovány materiálem pfiená‰ejícím silové úãinky za dynamického namáhání. Pro plynul˘ pfiechod z mostu na stávající zemní pláÀ se za pfierovskou opûrou vybetonovalo rovnobûÏné kfiídlo ve tvaru „L“. Kfiídlo zachycuje zásyp, kter˘ vznikl v souvislosti s roz‰ífiením mostu. DÛleÏitou úpravou byl nov˘ tvar Ïlabu kolejového loÏe. Nejdfiíve bylo tfieba pfiipravit úroveÀ pro betonáÏ nasazené Ïelezobetonové desky. Proto byly po celé délce mostu ubourány fiímsy s ãástmi poprsních zdí i ãást nadbetonování. Poté

byla vybetonována Ïelezobetonová nasazená deska tlou‰Èky 200 mm nad poprsními zdmi aÏ 100 mm nad podélnou osou mostu. Na konce desky byly osazeny a pfiikotveny fiímsové prefabrikáty se Ïlaby pro kabely (obr. 3 a 5). Îlaby a nasazená deska vytvofiily podklad pro nástfiikovou izolaci a vytvarovaly Ïlab kolejového loÏe. Do horní plochy fiímsov˘ch prefabrikátÛ vnû Ïlabu bylo osazeno do kapes ocelové svafiované zábradlí z úhelníkÛ, opatfiené ochrann˘mi nátûry proti korozi . S úpravou nového tvaru kolejového loÏe souviselo pfiekotvení trakãního vedení, které bylo provedeno jako první práce na hranickém viaduktu. Pro kaÏd˘ trakãní stoÏár bylo tfieba pfiipravit betonovou patku s konzolou, na kterou byl následnû pfii‰roubován sloup tak, aby nezasahoval do nového prÛjezdného prÛfiezu. Patky byly vyrobeny jako prefabrikáty a osazeny do pfiedem pfiipraven˘ch v˘kopÛ. Nad tûlesem patky musel b˘t zabezpeãen nov˘ tvar kolejového loÏe (obr. 3 a 5). Dále bylo tfieba zpevnit potrhané pilífie. V místech, kde se vyskytovaly trhliny, byly v loÏn˘ch spárách vyfrézovány dráÏky (pÛdorysnû ve tvaru „U“ ãi „L“) a poté byly dfiíky pilífiÛ se‰ity pomocí speciálních nerezov˘ch ‰roubovit˘ch kle‰tin a dráÏky byly zaspárovány (obr. 7). Nerezové kle‰tiny jsou dvakrát únosnûj‰í neÏ betonáfiská v˘ztuÏ a sv˘m tvarem pfiená‰ejí v˘bornû dynamické namáhání. V‰echna dal‰í

Obr. 2 ¤e‰ení mikropilot pfierovské opûry Fig. 2 Design of micropiles of Pfierov’s abultment

10

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

Obr. 3 Vzorov˘ pfiíãn˘ fiez 1:20 – v místû stoÏáru TV Fig. 3 Sample cross-section 1:20 – in the site of TL mast

• SANAC

E

2/2002

STAVEBNÍ

Obr. 4 Vrtání mikropilot na pfierovské opûfie Fig. 4 Boring of micropiles in Pfierov abutment

Obr. 5 Nasazená Ïelezobetonová deska a fiímsy Fig. 5 Installed reinforced concrete slab and fillets

místa, kde byly trhliny nebo vypadaná malta, byla hloubkovû pfiespárována. Pfii posuzování pilífiÛ bylo zji‰tûno, Ïe u sdruÏen˘ch pilífiÛ nevyhovují základy vhledem k mohutnosti a váze. Jejich únosnost byla zv˘‰ena pfiibetonováním základov˘ch odstupkÛ. Stávající základy byly proinjektovány, aby byly kompaktnûj‰í. Poté byly základy, stfiídavû po pásech, odkopány, pfii spodní ãásti byla vybourána prÛbûÏná nika, pod kterou byly do vyvrtan˘ch otvorÛ na vysokopevnostní zálivku zakotveny trny a ãást odstupku byla pfiibetonována. Tím základy získaly vût‰í rozná‰ecí plochu. Z provozních dÛvodÛ jsou viadukty, betonov˘ a kamenn˘, propojeny lávkami. Lávky byly ve znaãnû po‰kozeném stavu, a proto bylo nutné vybetonovat nové.

Byly provedeny jako prefabrikované s fiímsami, do kter˘ch bylo osazeno zábradlí. Na betonov˘ viadukt byly lávky pfiikotveny pomocí trnÛ a na kamenném viaduktu bylo provedeno posuvné uloÏení po kolejnici (obr. 9). Po provedení prací zaji‰Èujících bezpeãnou funkci mostu, vyhovující modernizaci traÈového úseku Pfierov–Hranice bylo nutné vrátit mostu pÛvodní podobu; to znamená obléci ho do nového kabátu, kter˘ ho bude jednak chránit pfied povûtrnostními vlivy a jednak bude vypovídat, Ïe jde o most, kter˘ je chloubou moravsk˘ch Ïelezniãních tratí. Ve‰ker˘ povrch pÛvodní betonové konstrukce (spodní a boãní líce kleneb a poprsní zdi) byl otryskán vysokotlak˘m vodním paprskem (obr. 10)

Obr. 6 Prefa konzola pro stoÏár TV Fig. 6 Prefabricated cantilever for a TL mast

Obr. 7 „Se‰ívání“ pilífie nerezov˘mi kle‰tinami Fig. 7 „Sowing“ of a pile with non-corrosive walings

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

KONSTRUKCE STRUCTURES

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

v‰echny trhliny byly vyãi‰tûny a zároveÀ odstranûny kaverny v poprsních zdech, aby v‰e mohlo b˘t vyspraveno a reprofilováno kvalitními sanaãními maltami. Ve‰kerá obnaÏená v˘ztuÏ byla zbavena rzi a o‰etfiena protikorozním nátûrem, kter˘ je zároveÀ spojovacím mÛstkem pro novou reprofilaãní vrstvu. Nová reprofilaãní vrstva byla naná‰ena v tlou‰Èce, která je rovnocená poÏadovan˘m 40 mm krycí vrstvy betonu s ohledem na ochranu v˘ztuÏe. Po provedení nové omítky byly v‰echny povrchy natfieny vodoodpudiv˘m protikarbonataãním nátûrem v ‰edé barvû. Jednou z posledních prací byla úprava koryta Veliãky pod mostem (obr. 11) oãíslování pilífiÛ a opûr a tabulka s letopoãtem rekonstrukce mostu. P OSTU P PR AC Í Pro zafiízení staveni‰tû i pod mostem bylo dostatek místa. Pfiístupy na staveni‰tû zaji‰Èovaly cesty pod mostem a cesty rovnobûÏné s mostem podél cihelného a betonového viaduktu. Pfied vlastní sanací bylo nutné v krátkodob˘ch v˘lukách pfiekotvit trakãní stoÏáry. Základové patky byly osazeny pomocí Ïelezniãního jefiábu nejdfiíve v jedné a pak ve druhé koleji. Poté byly v oboustrann˘ch krátkodob˘ch v˘lukách smontovány brány a pfievû‰eno trakãní vedení. Následovalo zabezpeãení koleje 2, která musela zÛstat v provozu pfii omezené rychlosti. Hlavní práce na polovinû mostu, kde vedla první kolej, mohly zaãít. Po snesení koleje 1 nastalo bourání fiíms a ãásti dobetonování mezi klenbami aÏ po spodní úroveÀ nasazené Ïelezobetonové desky. Souãasnû se provádûlo podchycování pfierovské opûry a prvního pilífie.

2/2002

11

STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES

Obr. 8 Roz‰ífiení základÛ pfiibetonováním Fig. 8 Extension of foundations by adding concrete

Hned po bourání následovala betonáÏ Ïelezobetonové desky a to na nûkolika místech. Po ãásteãném vyzrání byly osazovány fiímsové prefabrikáty. Po dokonãení poloviny Ïlabu kolejového loÏe a odzkou‰ení kvality betonu byla nastfiíkána izolace proti vodû. Nové kvalitní odvodnûní nosné konstrukce bylo svedeno do nov˘ch odvodÀovaãÛ osazen˘ch na pÛvodních místech nad stfiedy kleneb. Na opravenou ãást mostu bylo navezeno nové kolejové loÏe, které bylo hned zabezpeãeno, kolej 1 byla zprovoznûna a tytéÏ práce mohly b˘t zopakovány i na druhé polovinû mostu. Nezávisle na pracích nahofie na mostû probíhalo spojování pilífiÛ pod klenbami nerezov˘mi kle‰tinami. Dále byly zainjektovány trhliny v první klenbû a vyspraveny trhliny a kaverny v poprsních zdech. V listopadu roku 2000 se konala hlavní prohlídka mostu a vzápûtí na to zaãaly jezdit vlaky nesníÏenou rychlostí. Na jafie následujícího roku byla provedena reprofilace betonov˘ch ploch na spodním líci

Obr. 9 Spojovací lávky mezi mosty Fig. 9 Connection foot bridges between bridges

kleneb i na poprsních zdech, roz‰ífieny základy pfiibetonováním a provedena úprava koryta fieky Veliãky. Rekonstrukce viaduktu trvala 18 mûsícÛ. Z ÁV ù R U Hranic na Moravû stojí tfii viadukty. Rekonstruován v‰ak byl pouze jeden, ten nejmlad‰í betonov˘ (obr. 12). Na kamenném byla provedena pouze nová hydroizolace, zafixování nûkolika trhlin v klenbách a vyspárování kleneb. Poslední, cihlov˘ a nejstar‰í, pfii‰el zkrátka. S tím se nedûlalo nic. Má smÛlu – není na koridoru. Na realizaci se podíleli: investor – âD DDC Stavební správa Olomouc, vy‰‰í zhotovitel – ÎS Brno, a. s., záv. MOSAN, projektant – SUDOP Praha, a. s. Ing. Petr Adam, Ing. Karel ·tûrba SUDOP Praha, a. s. Ol‰anská 1a, 130 80 Praha 3 tel.: 02 6709 4128 e-mail: [email protected]

Obr. 11 Opevnûní koryta Veliãky Fig. 11 Canal lining of the Veliãka

12

Obr. 10 Otryskání betonu a zdiva VVP Fig. 10 Blasting of concrete and masonry of HWJ

Obr. 12 Celkov˘ pohled na hotov˘ viadukt Fig. 12 General view of the completed viaduct

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

STAVEBNÍ

KONSTRUKCE STRUCTURES

PERSPEKTIVA

ODSTRA≈OVÁNÍ HRUB¯CH ZÁVAD BETONOV¯CH KONSTRUKCÍ PROSPECT OF ELIMINATION OF MISTAKES OF CONCRETE STRUCTURES

TOMÁ· VAN ù K, MARTI N T YR LI K Stále vzrÛstající poãet hrub˘ch závad. Dostatek norem a v˘poãetní techniky. Vedle pfiíãin hrub˘ch chyb jsou v ãlánku uvedeny tfii pfiíklady: nadmûrná délka objektu bez dilataãních spár, „odváÏné“ uloÏení krokví na vazníky a nedostateãná úloÏná plocha. Ever increasing number of an abusive failures. Enough standards and computer technologies. The reason of an abusive faults. Three examples: excessive length of a structure without expansion joints, “bold” fitting of rafters on joining beams and poor bearing area.

Optimistická je oproti dfiívûj‰ímu období rychlost stavûní (nûkdy aÏ nadmûrná) témûfi u v‰ech druhÛ staveb. Velmi pfiízniv˘ je pomûr montovan˘ch a monolitick˘ch staveb vãetnû jejich kombinací. Pfiipomínáme, Ïe hrubé chyby se ãasto opakují, a to v projektech i realizacích. Rádi konstatujeme, Ïe je u nás vût‰ina solidních, zdatn˘ch a v˘teãn˘ch projektantÛ, stavbyvedoucích, mistrÛ i fiemeslníkÛ a staví se pozoruhodné objekty. Hrubé chyby nás v‰ak nemohou nechat lhostejn˘mi a musíme se snaÏit zmen‰ovat jejich poãet. Chybou by bylo je neu-

vefiejÀovat, neboÈ z chyb jednûch se mohou uãit ostatní. Jen zdatn˘ jednotlivec ãi kolektiv si pfiizná chybu, slaboch ji zatajuje. O nûkter˘ch fie‰en˘ch závadách z posledního období je pojednáno mj. i v literatufie[1 aÏ 9]. Pro pfií‰tí nûkolikaleté období odstraÀování hrub˘ch chyb mají ãetní pracovníci zab˘vající se touto problematikou perspektivu zaji‰tûnou. Obr. 1 PÛdorys 2. a 1. suterénu bez dilataãních spár Fig. 1 Plan view of 2. and 1. basement floor without expansion joints

Po poslední spoleãenské zmûnû jsme optimisticky pfiedpokládali, Ïe témûfi kaÏd˘ investor, projektant i zhotovitel bude peãlivû pracovat a poãet závad a hrub˘ch chyb se podstatnû sníÏí. Zatím tomu tak není, spí‰e naopak. Vût‰í poãet pracovníkÛ na v‰ech úrovních fie‰í vcelku zbyteãné hrubé chyby a na jejich odstraÀování jsou vynakládány nemalé prostfiedky. ZávaÏná je rovnûÏ skuteãnost, Ïe vût‰ina rekonstrukcí je víceménû kompromisním fie‰ením z finanãních, technick˘ch ãi jin˘ch dÛvodÛ. Technick˘ch norem a dal‰ích pfiedpisÛ máme mimofiádné mnoÏství a jsou k dispozici. RovnûÏ ãasopisÛ je vydáván vysok˘ poãet. KaÏdoroãnû se koná se znaãnou úãastí fiada konferencí a rÛzn˘ch semináfiÛ s vydáváním sborníkÛ. V˘stav, napfi. FOR ARCH aj. s nov˘mi materiály je téÏ dostateãn˘ poãet. VáÏná je stále situace v nedostatku uãebnic a odborn˘ch publikací. Pro váÏné zájemce jsou zde v‰ak pfiedpoklady pro kvalitní návrh i realizaci. K dispozici je v˘poãetní technika, kde zejména v˘poãet statick˘ch veliãin, prÛhybÛ a ‰ífiek trhlin s dimenzováním v˘ztuÏe usnadÀuje a urychluje vypracování projektu. Obr. 2 Podepfiení desek a podéln˘ch prÛvlakÛ v místech „dilataãních spár“ Fig. 2 Supported plates and longitudinal beams in place of “expansion joints” B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

13

STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES v prÛbûhu stavby, kter˘ch je nejvíce, a dal‰í pak v prÛbûhu uÏívání objektu, které mají pfiíãinu rovnûÏ v nekvalitním novém objektu – vliv dotvarování betonu, vliv teplot, nekvalitní beton, nedostateãná v˘ztuÏ a její umístûní, vliv prostfiedí aj.

Obr. 3 RoztrÏení sloupÛ ∅ 800 mm v pfiízemí nad vzniklou dilatací. Zesílení sloupÛ obandáÏováním nad úrovní +0,8 je neúãinné Fig. 3 Disruption of column ∅ 800 mm in ground floor beyond the dilatation. Bandage treatment is futile

P ¤ Í K L A DY Témûfi dennû se setkáváme s fie‰ením nov˘ch návrhÛ rekonstrukcí betonov˘ch (i jin˘ch) staveb. Jsou to závady vzniklé jiÏ

Obr. 4 âásteãn˘ pohled na spodní líc stfiechy. Patrn˘ je vodorovn˘ prÛhyb krokví tvaru U Fig. 4 View of the bottom of the roof. Evident sag of U-type rafter

14

B

Nadmûrná délka budovy bez dilataãních spár Délka dilataãních úsekÛ monolitick˘ch objektÛ je doporuãována 40 aÏ 60 m, kdy není nutné zohledÀovat vliv objemov˘ch zmûn, tj. zejména vliv dotvarování a smr‰Èování betonu a vliv teplot. Pokud projektant navrhne délku dilataãního úseku vût‰í a má pro to váÏné dÛvody, pak musí tuto skuteãnost zohlednit ve statickém v˘poãtu a respektovat v prÛbûhu stavby. Náklady zde pak budou o nûco vy‰‰í. V uvádûném pfiípadû monolitické budovy délky 150 a ‰ífiky 54 m (obr. 1) nebyla navrÏena ani provedena Ïádná dilataãní spára! Nebyla rovnûÏ provedena Ïádná opatfiení ve statickém v˘poãtu (nebylo by to reálné, ale mimofiádnû nákladné) a ani Ïádná opatfiení pfii betonáÏi stropÛ. Betonová konstrukce je v‰ak korektnûj‰í neÏ projektant a stavbyvedoucí a reaguje sama vytvofiením vlastních „dilataãních spár“. Na‰la si nejslab‰í místa ve stropních konstrukcích v obou suterénech nad sebou, tj. u tuωích svisl˘ch ãástí (vût‰í poãet stûn v˘tahÛ a schodi‰È), proto poru‰ení nastalo ve tfietinách délky objektu (obr. 1). Zru‰ení tûchto „dilataãních spár“ by bylo nereálné a nesmyslné. Odstranûní uvedené závady, tj. trhliny celou stropní konstrukcí ‰ífiky aÏ 25 mm, ve dvou místech, bylo moÏné ponecháním tûchto „dilataãních spár“ a umoÏnûním pohybu konstrukce vlivem objemov˘ch zmûn v budoucnu. Závadu jsme navrhli odstranit podepfiením stropních desek po celé ‰ífice objektu, a to jednoduchou ocelovou

ETON

• TEC

H NOLOG I E

konstrukcí. Podepfiení spoãívá ve vloÏení ocelov˘ch nosníkÛ profilÛ I 220 aÏ 240 a ocelov˘ch sloupkÛ ze 2 profilÛ U120 pod desku (obr. 2). Tyto prvky byly po aktivaci opatfieny protipoÏárním nátûrem a nemûly by b˘t pfiekáÏkou provozu v garáÏích po úpravû uzavíracích vrat. Vzniklé spáry je zde nutno zaplnit pruÏn˘m tmelem. Poznámka Ve dvou místech rÛzn˘ch v˘‰kov˘ch úrovní vzniklá dilataãní spára zpÛsobila i roztrÏení Ïelezobetonov˘ch sloupÛ ∅ 800 mm (obr. 3). Zesílení bandáÏováním sloupÛ nad úrovní + 0,8 m je neúãinné a zbyteãné. Dofie‰ení je v‰ak nutné u sloupÛ mezi v˘‰kovou úrovní +/– 0,0 a + 0,8 m. KaÏd˘ sloup je zde pÛdorysnû rozdûlen na dvû poloviny, které jsou nad dilataãní spárou, viz fiezy C – C’ a B – B‘. Toto zesílení sloupÛ bude zajímavé a neobvyklé. „OdváÏné“ uloÏení krokví na vazníky Stále ãastûji se setkáváme s „odváÏnûj‰ím“, tj. aÏ hazardérsk˘m uloÏením montovan˘ch prvkÛ u stfie‰ních konstrukcí, napfi. uloÏení krokve na vazník nebo vazník na sloup. Rozpûtí tûchto prvkÛ se zvût‰ují aÏ na 35 m (v˘jimeãnû i vût‰í) a uloÏení se zmen‰ují na max. 200 mm. Ve skuteãnosti je uloÏení, s ohledem na v˘robní a montáÏní nepfiesnosti, je‰tû men‰í a úloÏná hloubka ãiní jen 150 mm a je‰tû pfii malé ‰ífice vazníku 140 mm. ÚloÏná plocha je dále oslabena otvorem pro trn, Obr. 5 Dodateãné a je‰tû nekvalitní uloÏení krokve rozpûtí 12 m na pfiedpjat˘ spodní pás vazníku rozpûtí 24 m Fig. 5 Additional and yet low-quality fitting of rafters on prestressed ground plate of the joining beam

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

STAVEBNÍ

kter˘ ãasto ani neb˘vá zaplnûn cementovou zálivkou. DÛsledkem jsou ãasté havárie, a to jiÏ pfii montáÏi nebo po nûkolika letech provozu [6, 7 a 8]. Doporuãujeme projektantÛm a zhotovitelÛm vûnovat tûmto detailÛm zv˘‰enou pozornost. Jedno „odváÏné“ fie‰ení uloÏení krokve na vazník je uvedeno na obr. 4 aÏ 6. Jde o uloÏení krokví s rozpûtím 12 m na pfiíhradové vazníky s pfiedpjat˘m spodním pásem rozpûtí 24 m. Na pohledu na ãást spodního líce stfiechy (obr. 4) je patrn˘ nadmûrn˘ vodorovn˘ prÛhyb. Mnohem vût‰í jsou v‰ak svislé prÛhyby aÏ l/70, tj. 171 mm > l/150 = 62 mm. Dal‰í hrubou závadou je zde v˘robní a montáÏní nepfiesnost v uloÏení krokví. Pfiijateln˘ návrh na zv˘‰ení bezpeãnosti v uloÏení je uveden na obr. 5. Zhotovitel, bohuÏel, neprovedl dobetonávku, vyznaãenou na obr. 5, a ocelové pfiíãníky U120 „uloÏil“ na ‰ikmá ocelová táhla ∅ 32 a na druhé stranû je opfiel o svislice vazníku (obr. 6). Stfiecha zatím stojí, ale pfii ponechání tohoto stavu mÛÏe dojít k havárii, neboÈ pod stfiechou se ve skladu pohybují jefiáby s dynamick˘mi úãinky. V brzké dobû uvedeme úpravu zaji‰tûní statické bezpeãnosti. Je‰tû pfiipomeÀme, Ïe délka úloÏné plochy ozubu krokve je na více Obr. 6 Pohled na hrubû nesprávné dodateãné uloÏení krokve na vazník – viz fiez v levé ãásti! Fig. 6 View of an additional misplacing of rafters on the joining beam

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

KONSTRUKCE STRUCTURES

místech jen 30 mm, coÏ mÛÏe b˘t rekordem v nosn˘ch montovan˘ch konstrukcích. Nedostateãná a nekvalitní úloÏná plocha I zde pfiipomínáme úvodní ãást druhého pfiíkladu. Pfii posuzování mal˘ch úloÏn˘ch ploch je je‰tû nutno zohlednit vliv prÛhybu nosníku (prÛhybem se zmen‰í délka úloÏné plochy), vliv kolísání teploty a dal‰í skuteãnosti (podrobnûj‰í vyjádfiení ke zmen‰en˘m úloÏn˘m plochám by vyÏadovalo samostatn˘ obsáhlej‰í pfiíspûvek). V tomto pfiíkladu zbyteãné závady v úloÏn˘ch plochách mají pfiíãinu zejména v absenci dilataãních spár pfii délce objektu 312 a ‰ífice 60 m, nepfiesném uloÏení v˘ztuÏe a nedobrém uloÏení gumov˘ch podloÏek mezi prÛvlakem a vazníkem. Detail uloÏení pfiedpjaté krokve rozpûtí 24 m na Ïelezobetonovém prÛvlaku rozpûtí 12 m je uveden na obr. 7, kde je vyznaãen i odpadl˘ beton, kter˘ zde náhodou nikoho nezranil. Pohled na konzolu

Obr. 8 Pohled na odpadl˘ beton ãásti konzoly prÛvlaku, na které spoãívá uloÏení krokve rozpûtí 24 m Fig. 8 View of breaking concrete of part of bracket of beam

vazníku po uvolnûní betonu je na obr. 8. Návrh statického zaji‰tûní krokví po nedostateãné úloÏné plo‰e je zfiejm˘ na obr. 9. Poznámka K uvádûnému pfiíkladu i dal‰ím obdobn˘m v praxi pfiipomínáme, Ïe po havárii ãi váÏné závadû jedné ãi nûkolika konzol, je obtíÏné se rozhodnout, zda podepfiít v‰echny krátké konzoly, kter˘ch je nûkolik

Obr. 7 Detail uloÏení pfiedpjaté krokve rozpûtí 24 m na Ïelezobetonov˘ prÛvlak rozpûtí 12 m – pÛdorys a fiez Fig. 7 Detail of fitting of prestressed rafter on the reinforcement concrete beam – plan view and section of it

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

Obr. 9 Návrh statického zaji‰tûní uloÏení krokve na prÛvlak Fig. 9 Project of static fixation of fitting of rafter on the joining beam

15

STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES set, ãi nikoliv. Nejsme totiÏ schopni reálnû zjistit skuteãn˘ stav sníÏené bezpeãnosti tûchto konzol a velikosti úloÏn˘ch ploch se skuteãnû umístûnou v˘ztuÏí. Podchytit v‰echny tyto prvky by bylo velmi nákladné, a proto doporuãujeme urãité sledování stavu tûchto konstrukcí. Je‰tû pfiipomeÀme, Ïe k naru‰ení dochází aÏ po nûkolika letech (v daném pfiípadû po tfiech), a to zejména vlivem objemov˘ch zmûn.

Pfiíspûvek byl vypracován za podpory v˘zkumného zámûru MSM 210000001 „Funkãní zpÛsobilost a optimalizace stavebních konstrukcí“.

Literatura [1] Vanûk T.: Rekonstrukce staveb. SNTL Praha 1989 [2] Vanûk T.: Hrubé závady pfii projektování a realizaci nov˘ch i rekonstruovan˘ch objektÛ, Betonáfiské dny 1999, Pardubice 1999 [3] Vanûk T.: Sanace Ïelezobetonov˘ch vodohospodáfisk˘ch objektÛ, Beton ã. 1/1999 [4] Vanûk T.: âasté závady betonov˘ch podlah v prÛmyslov˘ch objektech, Sanace betonov˘ch konstrukcí, Brno 2000 [5] Vanûk T.: VáÏné závady z nerespektování objemov˘ch zmûn na rÛzn˘ch typech konstrukcí nedostateãnou

Z ÁV ù R Pfiíspûvek upozorÀuje na vcelku zbyteãné závady konstrukcí vedoucí aÏ k haváriím. Pfiíãinou závad jsou nedostateãné úloÏné plochy montovan˘ch prvkÛ. PfiipomeÀme, Ïe malé úloÏné plochy by byly dostateãné pouze pfii kvalitním vyztuÏení podpÛrn˘ch konzol a koncov˘ch ãástí v uloÏení krokve na prÛvlak a prÛvlaku na sloup. To bude obsahem nûkterého dal‰ího pfiíspûvku. Pro pfiípadné zájemce mají autofii k dispozici dal‰í ãetné vyfie‰ené pfiíklady.

SANACE

A ASANACE

Slovo sanace ve spojeni s betonov˘mi konstrukcemi skloÀujeme v tomto ãísle ve v‰ech pádech. Vlastní v˘znam slova asanace souvisí s ozdravûním prostfiedí v‰emi moÏn˘mi zpÛsoby. Dnes se jím obvykle rozumí plo‰n˘ zásah do stávajícího mûsta, vlastnû destrukce dosavadního zastavûní a následné soudobé fie‰ení. Srovnáním pfiiloÏen˘ch obrázkÛ si mÛÏeme udûlat pfiedstavu o jednom praktickém provedení. Náãrtek vpravo ukazuje území

Prof. Ing. TomበVanûk, DrSc. Ing. Martin Tyrlik Fakulta stavební âVUT v Praze Thákurova 7, Praha 6–Dejvice tel.: 02 2435 4628, fax: 02 3333 7362

[6]

[7]

[8]

[9]

podélnou v˘ztuÏí. Betonáfiské dny 2000, Pardubice 2000 Vanûk T.: Havárie montovan˘ch konstrukcí z malé pozornosti k detailÛm, Sanace betonov˘ch konstrukcí, Brno 2001 Vanûk T., Weiss, V.: Sanace betonov˘ch nádrÏí na vodu, âKAIT, ãervenec 2000 Vanûk T.: Nûkteré nedobré zku‰enosti s navrhováním a realizací rekonstrukcí betonov˘ch a zdûn˘ch staveb, 23 konference WTA CZ, Praha 2001 Vanûk T.: Zbyteãné rekonstrukce betonov˘ch a zdûn˘ch staveb. Stavitel 2002 ã. 3

ãásti Prahy se Star˘m Mûstem a Josefovem dle stavu v roce 1895. Vlevo je na leteckém snímku z roku 2001 zachycena stejná oblast. Asanace Josefova a ãásti Starého Mûsta probíhala od roku 1895 aÏ do první svûtové války, kdy byla zhruba i v novém zastavûní dokonãena. JiÏ více neÏ sto let uplynulo od vzru‰ené doby, kdy bylo zbouráno 365 476 m2 zastavûného území (dle v˘mûry z roku 1886). Vzru‰ení z hlubok˘ch citov˘ch proÏitkÛ, rozdûlující PraÏany na obdivovatele a odpÛrce, uklidnil ãas. Po klidné úvaze je zfiejmé, Ïe s ohledem na tehdej‰í technické moÏnosti asi nebylo vyhnutí. Akce takového rozsahu pfiinesla zku‰enosti v‰eho druhu a po posouzení v‰ech pro a proti snad nedopadla tak ‰patnû. Podruhé by v‰ak Praha takové dûní asi neunesla. Bene‰ová M., Po‰va R.: PraÏské ghetto – asanace, ABF, Praha 1993 Ortofotomapa 1 : 6000 (zmen‰eno), GEODIS Brno, s. r. o. –jm–

16

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

STAVEBNÍ

KONSTRUKCE STRUCTURES

PANELOV¯CH SOUSTAV T02B-OS A T03B-OS NA PODDOLOVANÉM ÚZEMÍ INVESTIGATION OF THE PANEL SYSTEMS T02B-OS AND T03B-OS IN THE UNDERMINED AREA

POSOUZENÍ

S TAV E B N ù

DAR JA SKU LI NOVÁ, J A R O S L AV S O L A ¤ Celospoleãensk˘ zájem o regeneraci panelov˘ch bytov˘ch domÛ v âeské republice nab˘vá na intenzitû. Souãástí procesu je i stavebnû-technick˘ prÛzkum s cílem posoudit stávající projektovou dokumentaci se skuteãností posuzovaného objektu a evidovat vady a poruchy. Zku‰enosti a poznatky autorÛ, získané pfii vlastním prÛzkumu panelov˘ch domÛ typové fiady T02B-OS a T03B-OS. The corporate interest in the regeneration of the prefabricated blocks of flats in the Czech republic acquires still growing intensity. An integral part of the whole regeneration process of the prefabricated flats fund is also construction technical research with the goal of comparison of the existing project documentation with the reality of the evaluated object, registration as well as evaluation of the defects and failures. In the relation towards the construction technical research, the article concerns in its content to experience and knowledge of authors obtained during their own research of numerous prefabricated blocks of flats. Vût‰ina panelov˘ch domÛ v âeské republice byla postavena v letech 1960 aÏ 1985, proto zaãíná b˘t v souãasné dobû aktuální problematika jejich regenerace. Pfiedpokladem úãinného zásahu do panelové konstrukce bytov˘ch domÛ pfii jejich rekonstrukci, je získání dostateãného mnoÏství informací o konstrukãním a materiálovém fie‰ení, o stavu konstrukãních prvkÛ a jejich vzájemn˘ch vazbách. Pfii hodnocení stavebnû-technického stavu panelov˘ch domÛ je tfieba se zamûfiit na vlastní stavebnû-technické posouzení v návaznosti na poÏadavky Stavebního zákona, a dále na poÏadavky, které jsou stanoveny Smûrnicí Rady 89/106/EHS a mezi nûÏ patfií: mechanická odolnost a stabilita, hygiena, ochrana zdraví uÏivatelÛ, ochrana Ïivotního prostfiedí, bezpeãnost v pfiípadû poÏáru, bezpeãné uÏívání, ochrana proti hluku a energetické hledisko. B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

TECHNICKÉ

POSOUZENÍ

Stavebnû-technické posouzení je zamûfieno na panelovou konstrukãní soustavu typové fiady T02B a T03B a její krajové varianty T02B-OS a T03B-OS. Posouzení bylo rozdûleno do dvou fází. První fáze byla zamûfiena na: • posouzení pÛvodní projektové dokumentace; • evidenci vad a poruch, zhodnocení jejich závaÏnosti a stanovení problematick˘ch ãástí nosné panelové konstrukce (vady a poruchy byly rozdûleny do kapitol dle lit. [1], pfiíspûvek se vztahuje k nosné konstrukci panelového domu); • doporuãení pro podrobn˘ prÛzkum (odbûr vzorkÛ, v˘vrty, destruktivní ovûfiení vybran˘ch stykÛ). Druhá fáze, na základû v˘sledkÛ stavebnû-technického posouzení, bylo pfiistoupeno ke statickému v˘poãtu a vypracování projektové dokumentace pro komplexní rekonstrukci panelového domu (není souãástí tohoto pfiíspûvku). K O N S T R U K â N ù S TAV E B N Í ¤ E · E N Í • T02B: typová fiada, T02B-OS: ostravská krajová varianta

• T03B: typová fiada, T03B-OS: ostravská krajová varianta Podle typov˘ch podkladÛ byly obecnû realizovány objekty blokopanelové zástavby typové fiady T02B (varianty T02B-OS pro poddolované území) a T03B (varianty T03B-OS pro poddolované území) jako fiadové se 4, 6 a maximálnû 8 nadzemními podlaÏími, které se zpravidla skládaly z 1 aÏ 3 sekcí. âtyfipodlaÏní domy se stavûly také jako bodové. V˘stavba objektÛ T02B a T03B byla realizována zejména v letech 1962 aÏ 1972 v celé âeské republice. Podkladem pro zpracování typov˘ch podkladÛ panelov˘ch domÛ (vã. projektÛ ostravsk˘ch krajov˘ch variant s oznaãením OS pro poddolované území) byla studie blokopanelov˘ch bytov˘ch domÛ T02B a T03B vypracovaná v roce 1962 KPÚ Ostrava (Krajsk˘ projektov˘ ústav) a posouzení studie Studijním a typizaãním ústavem v Praze, 1963. Základní rozdíl mezi konstrukãní soustavou T02B-OS a T03B-OS byl v podlaÏnosti. V poãáteãní fázi v˘stavby byly realizovány panelové domy jako ãtyfipodlaÏní s oznaãením T02B-OS, v dal‰í etapû byly panelové domy s oznaãením T03B-OS stavûny jako

Tab. 1 Základní identifikaãní údaje posuzovan˘ch panelov˘ch domÛ fiady T02B-OSa T03B-OS Tab. 1 The basic identification data for prefab constructions of the serie T02B-OS and T03B-OS T02B typová fiada, krajová varianta T02B-OS (blokopanel) T03B typová fiada, krajová varianta T03B-OS (blokopanel) Havífiov–Podlesí (Moravskoslezsk˘ kraj)

Panelová konstrukãní soustava Lokalita Posuzované bloky

Blok: 308, dva dilataãní celky, jedna sekce, dvû sekce, 4.NP Blok: 279, dva dilataãní celky, dvû sekce, 8.NP Blok: 294, jeden dilataãní celek, 8.NP Blok: 237, dva dilataãní celky, 8.NP Zpracovatel pÛvodní projektové dokumentace Stavoprojekt Ostrava Rok zpracování projektu 1965 (typové podklady z roku 1963) Doba realizace 1966, dodavatel stavby Bytostav Tvar objektÛ Panelové objekty s plochou stfiechou, obdélníkového pÛdorysu Poãet nadzemních podlaÏí 4.NP, 8.NP Poãet podzemních podlaÏí Jedno podzemní podlaÏí Stáfií domu cca 35 let Ostatní provoz v domû Standardní vybavení v domû

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

17

STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES

Obr. 1 Panelov˘ dÛm typové fiady T03B-OS Fig. 1 Block of flats – T03B – OS type series prefab building

‰esti a osmipodlaÏní. Rozdíl v oznaãení mezi soustavami byl v‰ak v prÛbûhu v˘stavby smazán, a v˘pis blokopanelov˘ch prvkÛ byl platn˘ pro obû konstrukãní soustavy. V závûreãné fázi v˘stavby se pouÏívalo jen oznaãení T03B-OS. ZÁKLADNÍ

CHARAKTERISTIKA

NOSN É HO SYSTÉ M U

Nosnou konstrukci soustavy T02B-OS a T03B-OS je moÏno charakterizovat jako podéln˘ nosn˘ stûnov˘ systém-blokopanel, kdy podélné obvodové struskopemzobetonové stûny objektu (dále jen SPB), tl. 375 mm, jsou hlavním nosn˘m vertikálním prvkem konstrukce. Podélná vnitfiní stûna je nahrazena systémem sloupÛ a prÛvlakÛ. Obvodové stûny a ve stfiedu dispozice sloupy pfiená‰ejí zatíÏení objektu postupnû do základÛ. Obvodov˘ plá‰È ‰títov˘ch stûn je z SPB tl. 375 mm, schodi‰Èové a ztuÏující stûny jsou SPB tl. 200 a 300 mm. Ve‰keré svislé panely, které byly prohlédnuty, respektive jejich styky v chodbû objektu a nav‰tíven˘ch bytov˘ch jednotkách byly z vizuálního hlediska v pofiádku. Pokud se u tûchto stykÛ projevily drobné trhliny, pak se jednalo o vlasové trhliny do ‰ífie 0,5 mm, které jsou bûÏn˘m prÛvodním jevem panelov˘ch staveb a neznamenají nebezpeãí pro únosnost nebo stabilitu objektu. V˘jimku tvofií trhliny ve styku podéln˘ch nosn˘ch Tab. 2 V˘voj panelové konstrukãní soustavy T02B a T03B Tab. 2 The development of prefab construction system T02B and T03B Stavební soustava a oznaãení Typová fiada Krajová varianta Typová fiada Krajová varianta

18

Rok realizace Jiné varianty v âR v regionu v letech (oznaãení) T02B T02B-OS T03B T03B-OS

1962 – 1970 1962 – 1970 1965 – 1972 1965 – 1972

T0B T02B.A T02B-3B

B

stûn a pfiíãn˘ch ztuÏujících panelÛ v místû chodby, a to v oblasti vstupu, tedy na úrovni 1. NP, a pak v nejvy‰‰ím podlaÏí objektu. Pravdûpodobnou pfiíãinou jejich vzniku je zmûna statického schématu konstrukce a zmûna vzpûrné délky prvku. Bezprostfiední pfiíãinu je pak moÏno spatfiit v niωí pevnosti takového styku ve vztahu k deformaci konstrukce v dÛsledku namáhání teplotní roztaÏností materiálÛ. Trhliny umoÏÀují pfiístup vzdu‰né vlhkosti a agresivního prostfiedí ve zv˘‰ené mífie k v˘ztuÏi styku. ZaloÏení objektÛ bylo navrhováno podle základov˘ch pomûrÛ pro kaÏd˘ bytov˘ objekt individuálnû. ZaloÏení je realizováno na betonov˘ch nebo Ïelezobetonov˘ch základov˘ch pásech jednostupÀov˘ch obdélníkového prÛfiezu nebo stupÀovit˘ch se ‰tûrkopískov˘m podsypem. Z hlediska v˘skytu poruch u spodní stavby je moÏno konstatovat, Ïe ze statického hlediska nebyly shledány Ïádné takové projevy, které by nasvûdãovaly jakémukoli poru‰ení nosn˘ch konstrukcí spodní stavby, pfiípadnû nedostateãné únosnosti konstrukce jak v místû paty stûn suterénu, tak v úrovni stûny na kótû stropu nad suterénem. Obvodové konstrukce suterénu nevykazují zv˘‰enou vlhkost a proto nehrozí ani nebezpeãí degradace materiálu vlivem agresivního prostfiedí vnûj‰ích zásypÛ stavby. Stropy jsou sestaveny ze stropních Ïelezobetonov˘ch dutinov˘ch panelÛ – desek PZD 64n tl. 215 mm. Tyto panely jsou pouÏity ve v˘robních ‰ífikách 990 mm. Stropy jsou uloÏeny na blokopanely spoleãnû s vûncovkou a se ztuÏující zálivkou. V místû bytov˘ch jader jsou pouÏity instalaãní panely s otvorem pro instalace vedené instalaãní ‰achtou. V tûchto místech podélného styku stropních panelÛ se v nûkter˘ch pfiípadech objevují trhliny. Zatímco v pfiípadû bûÏn˘ch stropních panelÛ se jedná o nepatrné vlasové trhliny bûÏného rozsahu charakteristické pro panelové stropní konstrukce, v místech jejich podéln˘ch stykÛ a u stykÛ s instalaãním panelem je tato trhlina nepatrnû vût‰í. Na tomto panelu je pozorován vût‰í prÛhyb ve srovnání s popisovan˘mi PZD panely. Pravdûpodobnû se v tomto pfiípadû jedná o panely s nestejn˘m prÛhybem vedle sebe, coÏ mÛÏe b˘t zapfiíãinûno nûkolika dÛvody, kter˘mi jsou chybn˘ návrh prvku v procesu projektové pfiípravy v oblasti stanovení prÛhybu konstrukce a nebo odchylky v technologii v˘roby. ETON

• TEC

H NOLOG I E

Pfiedsazené konstrukce, v daném pfiípadû lodÏie, jsou tvofieny konzolovitû vyloÏen˘mi nosníky v modulu pfiíãn˘ch stûn, na kter˘ch spoãívá Ïelezobetonová deska. Prefabrikát je z betonu znaãky 170 (tehdy SPB 170) s pouÏitím oceli 10 210/A. LodÏiové desky jsou opatfieny zámeãnick˘mi v˘robky – kotevními deskami. Stûny lodÏií jsou vytvofieny z SPB panelÛ tl. 80 mm podporované konzolov˘m nosníkem lodÏie. Staticky jsou jednotlivé lodÏie na sobû nezávislé a kaÏdá lodÏie v patfie nese svou lodÏiovou desku a boãní lodÏiové panely na v˘‰ku jednoho patra. V souãasné dobû je znaãná ãást kotevních desek obnaÏena vãetnû pfiilehlé ãásti v˘ztuÏe. U obnaÏen˘ch zámeãnick˘ch v˘robkÛ a návaznû na to obnaÏené v˘ztuÏe mÛÏe dojít k postupné korozi kotevních prvkÛ a okolní nosné v˘ztuÏe balkónové desky a konzol. Schodi‰tû ve schodi‰Èovém prostoru rozmûru 3,5 x 5 m je fie‰eno jako dvouramenné, uloÏené na podestov˘ch nosnících a schodnicích. Tlou‰Èka schodi‰Èové stûny je 300 mm, v místû osazení bytového jádra je schodi‰Èová stûna zúÏena na tl. 200 mm. Ve schodi‰Èovém prostoru se objevují lokálnû trhliny ve styku mezi schodi‰Èov˘m ramenem (schodnicí) a schodi‰Èovou stûnou. Styk byl zfiejmû vyplnûn cementovou zálivkou, která neumoÏÀovala voln˘ prÛhyb schodi‰Èového ramene. Z ÁV ù R Z provûfiení a zhodnocení stávající technické a v˘kresové dokumentace a ostatních dostupn˘ch podkladÛ, z vizuální prohlídky budovy, prohlídky konstrukãních ãástí, materiálového fie‰ení konstrukce, zji‰tûní zmûn konstrukcí lze konstatovat: nebyly zji‰tûny takové projevy, které by svûdãily o pfiípadné nedostateãné únosnosti konstrukce. Opotfiebení nosné konstrukce ze SPB panelÛ na viditelném líci nosn˘ch zdí je úmûrné dobû uÏívání objektu. Nebyly shledány Ïádné vady a poruchy vyplynou z úãinkÛ poddolování.

• KONSTR

Literatura [1] Program MPO na âR na podporu v˘zkumu a v˘voje Regenerace panelov˘ch domÛ, Praha 2000 Ing. Darja Skulinová, Ph.D. Ing. Jaroslav Solafi, Ph.D. V·B-TU Ostrava, FAST L. Podé‰tû 1875, 708 00 Ostrava-Poruba tel.: 069 699 1305, fax: 069 699 1355 e-mail: [email protected]

U KC E

• SANAC

E

2/2002

STAVEBNÍ

SANACE KONSTRUKCE NAD LABEM

KONSTRUKCE STRUCTURES

SÁLU KRAJSKÉHO Ú¤ADU V

ÚSTÍ

MAINTENANCE OF THE STRUCTURE OF THE REGIONAL AUTHORITY IN ÚSTÍ UPON THE ELBE L A D I S L AV B AC I L Návrh a realizace sanace betonové konstrukce zasedacího sálu v budovû Krajského úfiadu v Ústí nad Labem jako souãást celkové rekonstrukce objektu. Vy‰etfiení stávajícího stavu pÛvodní konstrukce, návrhy zpÛsobÛ sanování, podmínky pro v˘bûr postupu, prÛbûh prací a pouÏité materiály. The design of maintenance and maintenance of the concrete structure of the conference hall situated in the building of the Regional Authority in Ústí upon the Elbe. It was part of the overall reconstruction of the building. Results of the investigation of the condition of the original structure, methods of maintenance design, conditions of the choice of the method, the process of maintenance jobs and used materials are presented. Na Mírovém námûstí v Ústí nad Labem stojí od roku 1985 megalomanská stavba b˘valého Krajského v˘boru KSâ (obr. 1). Po roce 1989 budova doslouÏila svému úãelu a vnifitní prostory byly jednotlivû pronajaty rÛzn˘m firmám a spoleãnostem. V roce 2000 vyhlásil Okresní úfiad v Ústí nad Labem v˘bûrové fiízení na celkovou rekonstrukci objektu s cílem poskytnout zde sídlo novû vytvofienému Krajskému úfiadu. Vítûzem v˘bûrového fiízení se stala spoleãnost IPS Skanska, a. s. Pfii první technické prohlídce budovy bylo zji‰tûno, Ïe celá stavba byla velmi nekvalitnû provedena a prakticky neudrÏována(obr. 2). Po pfiedání staveni‰tû a zahájení prací se projevilo, Ïe rozsah projektové dokumentace pfiedan˘ investorem je nedostateãn˘ a bude nutné provést velké mnoÏství víceprací. Jednou z tûchto ãinností bylo provedení sanace trhlin Ïelezobetonové konstrukce hlavního zasedacího sálu. Tuto sanaci investor pÛvodnû do plánu rekonstrukce nezafiadil. Zasedací sál tvofií architektonicky samo-

statn˘ prvek, kter˘ je v úrovni 2. NP spojen s hlavní budovou. Tvarovû se podobá vanû – tak místní obyvatelé cel˘ objekt naz˘vají. Konstrukce sálu stojí na Ïelezobetonov˘ch pilífiích, v˘‰kovû zabírá úroveÀ 2. a 3. NP hlavní budovy a pÛdorysné rozmûry jsou pfiibliÏnû 30 x 22 m. Konstrukci tvofií Ïelezobetonová spodní deska s prÛvlaky, které v zesílené zaoblené ãásti mizí a svislé úseky pÛsobí jako konzolová deska. Z té vystupují bloky vnitfiních konzol, na kter˘ch jsou uloÏeny ocelové pfiíhradové stfie‰ní vazníky o rozteãi 7,2 m a rozpûtí 20,5 m. Zastfie‰ení je provedeno Ïebírkov˘mi prefa deskami. Z vnûj‰í strany nebyla Ïelezobetonová konstrukce povrchovû upravena, kromû nepatrn˘ch zbytkÛ star˘ch nátûrÛ. Velmi vûrnû se na povrchu zachovala podoba pouÏitého bednûní a kvalita jeho provedení. Bednûní rovn˘ch ploch bylo provádûno dfievotfiískov˘mi deskami, oblé plochy byly bednûny z prken. Nerovnost povrchu byla znaãná, s rozdíly aÏ 70 mm mezi jednotliv˘mi prvky bednûní. Dal‰ím problémem byla na mnoha místech obnaÏená a korozí napadená v˘ztuÏ (obr. 3). Nejvíce znepokojující byl rozsáhl˘ v˘skyt trhlin v Ïelezobetonové konstrukci. Trhliny smûfiovaly pfieváÏnû svisle ke sloupÛm, bylo v‰ak moÏno nalézt trhliny vodorovné i ‰ikmé. Pomocí sond bylo zji‰tûno, Ïe nûkteré trh-

liny jsou na celou tlou‰Èku Ïelezobetonové konstrukce. ·ífika trhlin se pohybovala pfieváÏnû od 1 do 3 mm, ojedinûle se vyskytly i trhliny ‰ífiky 7 mm. Konstrukce zasedacího sálu je zevnitfi zateplena polystyrénem, kter˘ je obezdûn pórobetonov˘mi tvárnicemi opatfien˘mi omítkou. I toto zdivo s omítkami bylo v nûkter˘ch místech potrháno. Na základû prÛzkumu Ïelezobetonové konstrukce a zji‰tûn˘ch skuteãností byl vyzván statik, aby popsané poruchy posoudil a stanovil zpÛsob sanace. Statick˘ posudek stanovil dvû varianty fie‰ení. První varianta uvaÏovala o statickém pfiepoãtu celé konstrukce, pfiípadnû s modelováním vzniku a rozvoje poruch. Sanace a zesílení konstrukce by se provádûly z obou stran a bylo by nutné vybourat celou vnitfiní obezdívku. Druhá varianta vycházela z pfiedpokladÛ, Ïe konstrukce vykazuje vady, které vznikly v prÛbûhu realizace stavby a bûhem uÏívání do‰lo k jejich rozvoji. Tlou‰Èka konstrukce je v oblasti válcov˘ch ploch v˘raznû vût‰í (vnitfiní bednûní je rovinné v úhlu 45°). Smûs byla tekutá (vysok˘ vodní souãinitel) a zhutnûní smûsi bylo nedostateãné. BetonáÏ probíhala v letních mûsících. V dobû v˘stavby byly jistû problémy zajistit kontinuální betonáÏ. Souhrn tûchto pfiíãin tedy naznaãuje pravdûpodobnost

Obr. 1 Pohled na rekonstruovanou budovu Fig. 1 View of the reconstructed building B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

19

STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES Obr. 2 Objekt pfied sanací Fig. 2 State of building before maintenance

smr‰Èování betonu a následn˘ vznik trhlin. Sanace by se v tomto pfiípadû provádûla pouze z vnûj‰í strany. Nev˘hodou druhé varianty oproti první je niωí spolehlivost. Obû varianty byly pfiedloÏeny investorovi k posouzení. Finanãní a ãasová nároãnost první varianty vedla investora k rozhodnutí realizovat variantu druhou. Pro samotnou sanaci byla na základû v˘bûrového fiízení vybrána specializovaná firma Sangreen, s. r. o. Aby mohly b˘t lokalizovány a následnû zainjektovány v‰echny trhliny, musela b˘t konstrukce

Realizace

celoplo‰nû zbavena cementového paãoku a zbytkÛ pÛvodního nátûru. Tato práce byla provádûna pomocí vysokotlakého paprsku o min. tlaku 110 MPa. Bylo oãi‰tûno 980 m2 plochy. Poté byla provedena pasportizace trhlin (délka a ‰ífika trhliny) a na základû tûchto údajÛ byl vybrán vhodn˘ injektáÏní materiál a zpÛsob injektáÏe. Byla zvolena pevnostní injektáÏ nízkoviskózními epoxidov˘mi pryskyfiicemi pomocí lepen˘ch pakrÛ. S ohledem na tenkostûnnost konstrukce ãiní rozestup mezi pakry pfiibliÏnû 0,3 m. V závislosti na ‰ífii trhliny byly pouÏívány rÛzné druhy nízkoviskózních pryskyfiic. Pro trhliny ‰ífie 1 aÏ 2 mm MC DUR 1200 VK, pro trhliny 0,2 mm MC DUR 1264 a pro vlasové trhliny ‰ífie 0,1 mm MC DUR 1264 KF. V‰echny tyto materiály zaji‰Èují pfii dokonalém proinjektování trvalé spojení a pevnost Ïelezobetonov˘ch konstrukcí. Samotná injektáÏ byla zapoãata nalepením pakrÛ pfiímo na trhlinu, následovalo její utûsnûní (na horním konci trhliny musel zÛstat 20 aÏ 30 mm dlouh˘ odvzdu‰Àovací otvor, aby bylo zaruãeno celoplo‰né zaplnûní trhliny). InjektáÏ byla provádûna smûrem zespoda nahoru, s pouÏitím injektáÏních bodÛ po sobû, vÏdy aÏ po v˘stupu v˘plÀového materiálu z pfiedchozího injektáÏního bodu, minimálním injektáÏním tlakem 4 aÏ 6 barÛ. O dobrém proinjektování jsme se pfiesvûdãili odstranûním tûsnící hmoty na vnitfiní stranû plá‰tû. Zde bylo patrno, Ïe trhliny jsou vyplnûny pryskyfiicí a je tudíÏ moÏno injektáÏ povaÏovat za úspû‰nou. Sanace Ïelezobetonové konstrukce mûla v tomto pfiípadû pasivovat odhalenou v˘ztuÏ a reprofilovat po‰kozená místa. V místech s viditelnou v˘ztuÏí a v místech, kde docházelo k rozpadu betonu vlivem karbonatace, byl beton vybourán a v˘ztuÏ byla odhalena v celém profilu aÏ na „zdravou ãást“. Upraven˘ povrch byl znovu otryskán vysokotlak˘m vodním paprskem o minimálním tlaku 110 MPa. Odhalená zkorodovaná v˘ztuÏ byla v celém profilu zcela zbavena rzi opískováním drcenou struskou – Gemec ONG 3, pomocí zafiízení fiady SWA, stupeÀ oãistûní

IPS Skanska, a. s., OZ 06 – Redos Hlavní stavbyvedoucí Václav Folauf Stavbyvedoucí Ladislav Bacil Plocha sanované konstrukce 980 m2 Doba realizace 38 dnÛ

Sa 2 1/2. Oãi‰tûná v˘ztuÏ byla opatfiena pasivaãním nátûrem na bázi cementu – Armatop CZ 10001. Po vyzrání druhé vrstvy pasivaãního nátûru byla opravovaná ãást konstrukce zbavena prachu po pískování opláchnutím tlakovou vodou o min. tlaku 160 barÛ. K reprofilaci byla pouÏita sanaãní malta Permapatch. Materiál byl naná‰en klasick˘m zednick˘m zpÛsobem tak, aby nedocházelo k zachycování vzduchu pod materiálem nebo v okolí v˘ztuÏe. Celkem bylo zainjektováno 377 bm trhlin. Pomûr vodorovn˘ch trhlin ke svisl˘m byl pfiibliÏnû 1 ku 2. Sanaãní práce trvaly necel˘ch 20 dnÛ. Posledním úkolem bylo opatfiit „vanu“ novou fasádou. PÛvodní zámûr investora a projektanta provést fasádu z umûlého kamene se jevil jako nevhodn˘ a toto technické fie‰ení bylo zamítnuto. Bylo zvoleno fie‰ení, které co nejvíce eliminovalo plo‰né nerovnosti povrchu a které by i na velk˘ch plochách pÛsobilo pruÏnû. Nejprve byla celá plocha rozdûlena dilataãními li‰tami Schlutter do jednotliv˘ch dilataãních celkÛ a poté byla provedena následující skladba: celoplo‰né napenetrování, vyrovnání ploch maltou Permapatch TH 35 W (v rozsahu pfiibliÏnû 30 %), strojní jádrová omítka MVCJ (Knauf), penetrace, minerální omítka zrnitosti 2 mm (naná‰ená ruãnû), penetrace, základní nátûr Emce Color – flex E, vrchní nátûr Emce Color – flex S. Vzhledem k tomu, Ïe se jiÏ blíÏilo období, kdy hrozila nepfiízeÀ poãasí, musela b˘t i fasáda provedena v co nejkrat‰ím termínu. Díky vysokému pracovnímu tempu a pfiízniv˘m klimatick˘m podmínkám byla fasáda dokonãena bûhem 18 dnÛ. Souãasnû se sanací a fasádou probíhaly práce v interiéru zasedacího sálu. Celá stavba byla investorovi pfiedána vãas, v dohodnutém termínu. Ladislav Bacil DOPRAVNÍ STAVBY HOLDING, a. s. Závod 10 – Praha Prosecká 26, 180 00 Praha 8 e-mail: [email protected]

Obr. 3 Detail po‰kozené konstrukce Fig. 3 Detail of damaged structure

20

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES

VOZOVKOVÉHO BETONU DÁLNICE D11 ZPÒSOBENÉ REAKCÍ ALKÁLIÍ S KAMENIVEM (RAK) ALKALI–AGGREGATE REACTION–INDUCED DAMAGE OF CONCRETE ON THE MOTORWAY D11

PORUCHY

ZDENùK PERTOLD, M A R E K C H V ÁTA L , J A R O S L AVA P E R T O L D O VÁ , J I ¤ Í Z AC HAR IÁ·, JAN HROMÁDKO Bfiidlice, prachovce, tufy a vulkanity proterozoika jv. kfiídla Barrandienu reagovaly s alkáliemi v betonu za vzniku silikagelÛ (star‰í bohat‰í Ca, mlad‰í K, Na). Kromû fylosilikátÛ, pokládan˘ch za pfiíãinu nedostateãnû objasnûné reakce alkálií se silikáty, jsme nalezli domény mikrokrystalick˘ch kfiemit˘ch hmot, doprovázen˘ch kaolinitem, které jsou typické pro RAK. Novotvofiené chloritové lemy na kontaktech kameniva s betonem povaÏujeme za zbytek po uvolnûní SiO2 z prachovce. Vût‰ina hornin prodûlala neúplné geologické alterace, jejichÏ v˘sledkem je chemická a mineralogická nehomogenita hornin a v na‰í interpretaci i vût‰í náchylnost k RAK. Late Proterozoic rocks of sedimentary, mixed volcano–sedimentary and volcanic origin reacted with alkalis in concrete to form older gels, high in Ca, and younger gels high in K and Na. Rock–forming phyllosilicates are generally suspected to be involved in alkali–silicate reaction. Besides these, we have found newly formed chlorite rims along aggregate particles, and microcrystalline highly siliceous domains accompanied by kaolinite. We suspect the former to represent a remnant after release of SiO2 from siltstone, and the later a material likely to react with alkali solutions. Most rocks underwent partial geological alterations (carbonatization, sericitization, silicification) which enhanced the AAR in our interpretation. Objemové zmûny betonu, vedoucí za vhodn˘ch podmínek k jeho úplné destrukci, mohou b˘t zpÛsobeny dlouhotrvající chemickou reakcí mezi kamenivem a alkáliemi z cementu a pfiísad. V âR se jedná o nov˘, závaÏn˘ typ poruchy betonu, i kdyÏ je dnes jiÏ zfiejmé, Ïe k RAK na stavbách v minulosti na na‰em území B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

do‰lo, av‰ak tento fenomén nebyl zfiejmû vãas a správnû identifikován. Trhliny v konstrukcích mohou b˘t totiÏ mylnû identifikovány jako mrazov˘ rozpad betonu nebo smr‰Èovací trhliny (s pozdûj‰ími v˘luhy vápna) z doby v˘stavby. Dále se popisovan˘ druh poruchy mÛÏe vyskytnout i na rÛzn˘ch jin˘ch inÏen˘rsk˘ch stavbách a konstrukãních prvcích z betonu, jako jsou napfi. mosty, pfiehrady, jezy, opûrné zdi, roury, bloky atd. Dosud pravdûpodobnû prvním dÛkladnûji popsan˘m a publikovan˘m pfiípadem RAK v âR se stala porucha cementobetonové vozovky. V letech 1995 aÏ 1999 se na dálnici D 11 (Praha – Podûbrady – Hradec Králové) zaãaly objevovat nepravidelné trhliny a sítû trhlin v betonu vozovky. Jejich ãetnost vzrÛstala k okrajÛm desek cementobetonového krytu dálnice, nejvût‰í hustoty dosahovala v rozích desek a v dolní ãásti deskového prÛfiezu (cca 150 aÏ 240 mm pod povrchem vozovky), tedy v oblasti se stálou, vysokou vlhkostí betonu. U mechanicky zkou‰en˘ch v˘vrtÛ klesl statick˘ E modul betonu na tfietinu a pevnost v osovém tahu témûfi na nulu, pevnost v tlaku klesla jen málo. Nejvíce postiÏené byly úseky dálnice v km 28 aÏ 40, betonované v r. 1989. Vzhledem k nepravidelnosti rozpukání betonové desky a dále s ohledem na mokvající tmavé skvrny na jejich povrchu i na povrchu jádrov˘ch v˘vrtÛ, kde jsme dokonce objevili i gelové kuliãky, jsme povaÏovali za pravdûpodobnou hypotézu o pfiítomnosti gelÛ, vznikl˘ch alkalickou reakcí kameniva v betonu. ProtoÏe se v kamenivu pouÏitém do betonu dálnice D11 nemûly podle geologick˘ch ani technologick˘ch pfiedpokladÛ vyskytovat horniny a minerály, které âSN 72 1179 uvádí jako moÏnou pfiíãinu reakce alkálií s „reaktivním“ SiO2 (tj. amorfní a kryptokrystalické formy SiO2 jako opál, chalcedon, tridymit, buliÏník, rohovec, vulkanická skla a jiné amorfní silikáty), byly vzorky poru‰eného betonu podrobnû zkoumány jak s ohledem na identifikaci gelÛ, tak i vzhledem ke sloÏení hornin a stop po jejich pfiípadné reaktivnosti.

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

M E T O DY V ¯ Z K U M U Jádrové v˘vrty byly podélnû rozfiezány na desky, jejichÏ plochy byly diagnosticky barveny na pfiítomnost vápenat˘ch a draseln˘ch gelÛ. Z vyfiíznut˘ch vzorkÛ byly zhotoveny le‰tûné v˘brusy, které byly nejprve pouÏity k petrografické charakteristice optickou mikroskopií a dále k anal˘ze sloÏení jednotliv˘ch minerálÛ elektronov˘m mikroanalyzátorem. Nûkteré v˘brusy byly také diagnosticky barveny na pfiítomnost silikagelÛ a jejich distribuci v mikromûfiítku. Ze stejn˘ch vzorkÛ byly vyfiezány destiãky, které byly studovány elektronov˘m fiádkovacím mikroskopem s pfiipojen˘m energeticko-disperzním spektrometrem. Povlaky a v˘plnû dutin a trhlin byly studovány ve formû prá‰kov˘ch preparátÛ. Fázové sloÏení nûkter˘ch hmot bylo dále studováno metodou rentgenové difrakce. KAMENIVO V BETONU Makroskopicky je kamenivo v betonu tvofieno pfieváÏnû dvûma zcela odli‰n˘mi skupinami hornin: (1) sedimentárními aÏ vulkanosedimentárními horninami, pocházejícími pravdûpodobnû ze svrchního proterozoika Barrandienu (oblasti tepelsko-barrandienské), a dále (2) horninami granitoidními. To je v souladu s informacemi o zdrojích kameniva pouÏitého pfii stavbû betonové vozovky, tj. z lomÛ Zbraslav u Prahy a Olbramovice na Moravû. Velmi zfiídka se vyskytují vût‰í úlomky Ïlutav˘ch jemnozrnn˘ch sedimentÛ, které pfiipomínají horniny svrchní kfiídy, a dále úlomky kfiemenn˘ch hornin s hrubozrnnou vnitfiní stavbou. Na základû poznatkÛ o ‰kodách na vozovce a sloÏení dodávaného kameniva byla nejvût‰í pozornost vûnována horninám z lokality Zbraslav. V drobném tûÏeném kamenivu jsou zãásti zastoupeny úlomky stejn˘ch hornin jako v kamenivu hrubém drceném, av‰ak nejãastûj‰í sloÏkou jsou oválná zrna kfiemene. Mikroskopie hornin ve v˘brusech pfiinesla podstatné upfiesnûní horninov˘ch typÛ. Granitoidní horniny (Olbramovice) jsou zastoupeny dvûma základními typy,

2/2002

21

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES stfiednû aÏ hrubozrnn˘mi granodiority a jemnozrnn˘mi porfyrick˘mi Ïulami aÏ Ïulov˘mi porfyry. • Granodiority jsou tvofieny plagioklasem, K–Ïivcem, kfiemenem a biotitem, vût‰inou chloritizovan˘m. Struktura je vût‰inou usmûrnûná, s projevy kataklastické i duktilní deformace, zejména v kfiemeni. Plagioklasy jsou témûfi vÏdy ãásteãnû sericitizované. âasté jsou Ïilky kfiemene. • Jemnozrnné porfyrické Ïuly aÏ Ïulové porfyry jsou ménû zastoupeny neÏ granodiority. Odli‰ují se od nich zejména jemnozrnnou strukturou základní kfiemeno-Ïivcové hmoty se sericitem (~ 0,001 mm) a mikroporfyrick˘mi vyrostlicemi kfiemene, plagioklasu a draselného Ïivce (~ 0,1 mm). Akcesorické jsou lupínky biotitu a chloritu (0,1 aÏ 0,05 mm). Horniny svrchního proterozoika (Zbraslav u Prahy) tvofií ‰kálu hornin od ãistû sedimentárních (droby, prachovce, bfiidlice), pfies horniny smí‰ené, vulkanosedimentární (tufity), po horniny vulkanogenní rÛzn˘ch zrnitostí (tufy lapilové, pískové, popelové) a horniny vulkanické (ryolity aÏ dacity). V této fiadû jsou koncov˘mi ãleny klastické sedimenty na jedné stranû a kyselé vulkanity na stranû druhé. Kromû tûchto hornin v‰ak byly v hrubém kamenivu zji‰tûny i vulkanity bazické, reprezentované kfiemenn˘m spilitem, kter˘ není s ostatními horninami spojen Ïádn˘mi pfiechodn˘mi ãleny. • Prachovce, prachovité bfiidlice a bfiidlice mají velikost ãástic nejãastûji 0,09 aÏ 0,001 mm, s malou pfiímûsí zrn psamitick˘ch rozmûrÛ. Hlavními minerálními souãástmi jsou kfiemen, Ïivce (albit) a sericit. Jako vedlej‰í souãásti se uplatÀují chlorit, chemick˘m sloÏením na rozhraní pyknochloritu, brunswigitu a diabantitu (ve smyslu klasifikace Heye [1]), opakní pigment (pravdûpodobnû organická hmota), fiidãeji opakní minerály (pyrit), karbonáty (kalcit a siderit) a slídy (muskovit a biotit). V˘jimeãnû byl zji‰tûn apatit, epidot a blíÏe neurãená opticky izotropní zrna. Ve v‰ech sedimentárních a metasedimentárních horninách jsou dosti hojné Ïilky, jak loÏní tak i pfiíãné, s rÛzn˘mi minerálními v˘plnûmi (kfiemenné, Ïivcové, kfiemen-karbonátové a karbonátové s kalcitem a sideritem). • Tufy a tufity jsou v hrubém kamenivu poãetnû zastoupeny. Velikost zrna se pohybuje od popelov˘ch tufÛ k tufÛm 22

B

psamitické zrnitosti. Ve velmi jemnû zrnité základní hmotû (0,001 aÏ 0,1 mm), se nacházejí úlomky velikostí 0,01 aÏ 1 mm. Nejãastûj‰í jsou úlomky ÏivcÛ (vût‰inou albit, ménû ortoklas) a kfiemene, ménû ãasto vulkanick˘ch hornin. V nûkolika pfiípadech byly identifikovány úlomky andesitÛ. Dal‰ími souãástkami tufÛ jsou sericit, chlorit (pfievaÏuje pyknochlorit s pfiesahy do brunswigitu a diabanditu), epidot, prehnit, biotit, muskovit (v tufitu) a rudní (opakní) minerály. Nejãastûj‰í alterací tûchto hornin je karbonatizace, v nûkter˘ch pfiípadech doprovázená chloritem. • Kyselé vulkanity (ryolity, dacity) jsou také ãastou sloÏkou hrubého kameniva. Jejich panxenomorfní aÏ mikroporfyrická struktura, v˘jimeãnû fluidální, se vyznaãuje zrnitostí od 0,001 do 1 mm. Z minerálÛ se uplatÀují pfieváÏnû kfiemen a Ïivce (albit aÏ anortoklas, ortoklas). Z vedlej‰ích souãástí jsou nejhojnûj‰í opakní rudní minerál a karbonát. Alterace jsou hojné. Je to zejména karbonatizace horniny (kalcit a siderit, v˘jimeãnû ankerit), která dosahuje aÏ 25 % v nepravideln˘ch shlucích, a rozpt˘lená sericitizace. • Spility s kfiemenem mají zrnitost obvykle 0,1 aÏ 1 mm. Ve sloÏení silnû pfievaÏuje albit, kfiemene je vût‰inou do 10 %. Dále jsou pfiítomny chlorit, pyroxen (augit), minerály zoisit-epidotové skupiny, karbonát a rudní minerál. Alterace se projevují chloritizací pyroxenÛ, karbonatizací a v˘plní mikromandlovcov˘ch dutinek kfiemenem, chloritem a kalcitem. Ostatní horniny jsou vzácné. Jsou to úlomky agregátního kfiemene, kfiemence, dále pískovec s glaukonitem, pocházející z hornin svrchní kfiídy. Pravdûpodobnû se

jedná o drobné tûÏené kamenivo z lokality Sadská (terasy Labe). S LO Î E N Í

ZRN FRAKCE

1

AÎ

4

MM

V BETONU

Ve v‰ech vzorcích v˘raznû pfievaÏují zrna klastického kfiemene. Nejãastûj‰í zrnitost je 0,5 aÏ 1 mm. Zrn vût‰ího prÛmûru je ménû neÏ 10 %. Nûkterá zrna obsahují inkluze biotitu (magmatického ãi metamorfního pÛvodu). Lze odli‰it kfiemen minimálnû dvou typÛ. Jeden reprezentuje kfiemen magmatického pÛvodu, druh˘ je pravdûpodobnû metamorfní. V mnoÏství men‰ím neÏ 5 aÏ 3 % jsou pfiítomny i monokrystalické ãi polykrystalické suboválné klasty ÏivcÛ (0,4 aÏ 1 mm). Zcela podruÏnou pfiímûs tvofií izolovaná zrna aÏ lupínky biotitu ãi chloritu. S I L I K ÁT O V Á

C H E M I C K Á A N A L¯ Z A

K AM E N IVA

Granodiorit (Olbramovice) má relativnû vysok˘ obsah SiO2. Typická je pfievaha sodíku nad draslíkem. Nízké obsahy Fe, Mg a H2O+ ukazují na nedostatek tmav˘ch minerálÛ a minerálÛ obsahujících (OH)– skupinu. Zbraslavské kfiemenné spility jsou z analyzovan˘ch hornin nejchud‰í SiO2 a nejbohat‰í CaO a FeO. Mají v˘raznou pfievahu Na2O nad K2O. Kyselé vulkanity ukazují pfievahu Na2O nad K2O a variabilitu chemického sloÏení, která je ve shodû s variabilitou petrografickou. Nejvy‰‰í obsah SiO2 mají nûkteré vzorky tufÛ a tufitÛ. V¯PLNù

TRHLIN V BETONU

A P¤ ÍTOM NOST SI LI K AG E LÒ

Ve v˘plních trhlin a dutin byly zji‰tûny (v pofiadí podle ãetnosti v˘skytu): (1) silikagely dvou typÛ, (2) bílé prá‰kovité po-

Obr. 1 Otevfiená trhlina v horninovém úlomku s ledvinit˘mi povlaky dehydratovaného gelu, SEI Fig. 1. Open crack in a rock fragment with kidneyshaped coatings of dehydrated gel, SEI

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES Na2O Bílé prá‰kovité povlaky na stûnách trhlin v horninov˘ch úlomcích Bílé celistvé v˘plnû dutinek v betonu Star‰í gely Porézní hmota mezi star‰ími a mlad‰ími gely Mlad‰í gely Nezafiazené gely

K2O

CaO

Obr. 2 Pomûr CaO / Na2O / K2O fází nalezen˘ch v dutinkách a na trhlinách betonu dálnice D11 (hmotnostní %) Fig. 2. Ratio of CaO / Na2O / K2O phases found in cavities and cracks in the concrete of D11 motorway (mass %)

vlaky na stûnách trhlin v horninov˘ch úlomcích, blíÏe neurãené, (3) ettringit, (4) bílé celistvé v˘plnû dutinek, blíÏe neurãené. Silikagely vyplÀují dutinky a trhliny (obr. 1). âasto jsou tvofieny star‰í (spodní) a mlad‰í (svrchní) vrstvou, která b˘vá následkem dehydratace znaãnû nesouvislá. Mezi nimi b˘vá vyvinuta porézní pfiechodná vrstviãka. Silikagely jsou amorfní silikáty s kolísav˘m zastoupením CaO, K2O a Na2O (obr. 2) a se silnû variabilním obsahem vody. Jejich analyzované sloÏení se pohybuje v ‰irokém rozmezí cca 20 aÏ 70 % SiO2, 10 aÏ 60 % CaO, 0 aÏ 17 % K2O a 0 aÏ 15 % Na2O (hmotnostní %). Star‰í gely mají zfietelnû vy‰‰í obsah vápníku (30 aÏ 60 % CaO), niωí obsah kfiemíku (20 aÏ 60 % SiO2) a niωí obsah alkálií (2 aÏ 15 % Na2O + K2O) neÏ mlad‰í gely (20 aÏ 35 % CaO, 50 aÏ 65 % SiO2, 15 aÏ 25 % Na2O + K2O). PrÛmûrné sloÏení mlad‰ích gelÛ je blízké pomûru 5 (K, Na) : 4 Ca : 10 Si (prÛmûr z 12 anal˘z), sloÏení star‰ích gelÛ je silnû kolísavé. Obsahy alkálií a CaO se vzájemnû zastupují. SloÏení star‰ích gelÛ, s niωím obsahem SiO2 a vysok˘mi obsahy CaO, ukazuje na velk˘ vliv betonové matrix, bohaté CaO, pfii tvorbû gelÛ. Pozdûji se uplatnily roztoky bohat‰í sloÏkami vlastní alkalické reakce, tj. SiO2, K2O a Na2O. Bílé prá‰kovité povlaky se hojnû vyskyB

ETON

• TEC

H NOLOG I E

tují na povrchu trhlin v horninov˘ch úlomcích a na kontaktu s betonovou matrix, takÏe tvofií lemy úlomkÛ. PrÛmûrné sloÏení je blízké pomûru 5 (K, Na) : 2 Ca : 10 Si. Ettringit, sloÏit˘ hexagonální sulfát, tvofií velmi drobné jehlicovité krystaly na stûnách dutinek v betonu. Jeho pfiítomnost svûdãí o existenci roztokÛ s pH > 10, jak bylo experimentálnû dokázáno. Bílé celistvé v˘plnû dutinek v betonu, ve formû drobn˘ch (cca 10 µm) kulovit˘ch agregátÛ, sestávajících z tence tabulkovit˘ch krystalkÛ. Chemické sloÏení se pohybuje v rozmezí 63,73 aÏ 65,46 % SiO2, 13,15 aÏ 17,54 % K2O, 7,67 aÏ 13,86 % Na2O a 6,42 aÏ 10,82 % CaO.

Vzájemn˘ pomûr alkálií je promûnliv˘, s pfievahou K2O. Lze pfiedpokládat, Ïe se jedná o silikát se stál˘m poãtem atomÛ Si v mfiíÏce a zastupováním Ca za K a Na. KAMENIVO

A J E H O S LO Î K Y,

ÚâASTNÍCÍ SE ALKALICKÉ REAKCE

Aãkoliv nelze vylouãit, Ïe se na alkalické reakci mÛÏe podílet i silnû deformovan˘ kfiemen ze zrn granodioritu, je na základû makroskopického pozorování ãerstv˘ch jádrov˘ch v˘vrtÛ a barvicích zkou‰ek zfiejmé, Ïe silikagely pfiednostnû vznikají v zrnech sedimentárních a vulkanick˘ch hornin svrchního proterozoika (lom Zbraslav u Prahy) a v jejich sousedství. Mikroskopick˘m studiem jsme nalezli dva druhy vysoce podezfiel˘ch situací: • Vznik chloritového lemu na kontaktu prachovité bfiidlice a betonu. Tento lem, vzhledem ke své pozici a nepravidelnému prÛbûhu (obr. 3), vznikl s nejvût‰í pravdûpodobností reakcí na styku tûchto dvou prostfiedí. Pokud si jeho tvorbu pfiedstavíme jako reakci alkalického roztoku s bfiidlicí, potom chloritov˘ lem pfiedstavuje zbytek po desilifikaci: prachovec obsahuje 65 aÏ 68 % SiO2, analyzovan˘ chlorit pouze 25,9 aÏ 26,4 % SiO2. Takto uvolnûn˘ kfiemík by byl k dispozici pro vznik silikagelÛ, které jako pohyblivûj‰í sloÏka se vysráÏely v urãité vzdálenosti od úlomkÛ horniny, kdeÏto chlorit jakoÏto alumosilikát vznikl na místû, ze sloÏek ménû mobilních. • V fiadû vulkanogenních hornin (ryolit, pískové a popelové tufy, spilit) byly nalezeny kfiemité hmoty, které se v mikroskopu projevují jako mikrokrystalické aÏ kryptokrystalické a jsou ve svém okolí doprovázeny mikroporézními oblastmi. Sv˘m chemick˘m sloÏením v‰ak tyto hmoty nemají sloÏení ãistého kfiemene,

Obr. 3 Na kontaktu prachovité bfiidlice (p) a betonu (b) je vyvinut chloritov˘ lem (ch), BEI Fig. 3. Chlorite border (ch) develops on the contact of powder slate (p) and concrete (b), BEI

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

23

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES ale kromû Si je pfiítomen i Al (aÏ do 9,7 %) a alkálie (max. 5,7 % Na2O a 3,2 % K2O). Tato hmota je tvofiena agregáty xenomorfnû omezen˘ch zrn o velikostech nepfiesahujících první desítky mikrometrÛ. Tyto kfiemité hmoty se ãasto vyskytují spoleãnû s agregáty kaolinitu (obr. 4). Domníváme se, Ïe se v pfiípadû spoleãného v˘skytu kfiemit˘ch hmot a kaolinitu mÛÏe jednat o odskelnûné souãásti vulkanick˘ch hornin, které byly silicifikovány a mají kolísavé a proto nestabilní chemické sloÏení. Takov˘ agregát je velmi podobn˘ horninám, které jsou obecnû povaÏovány za úãastníky alkalické reakce, jako napfi. pazourek, buliÏník, kfiemité rohovce. Jak bylo uvedeno v˘‰e, proterozoické horniny pouÏité jako kamenivo prodûlaly fiadu pfiemûn (alterací) jiÏ ve svém pÛvodním geologickém prostfiedí. Je to zejména znaãnû roz‰ífiená karbonatizace, dále prokfiemenûní, v pfiípadû vulkanick˘ch hornin chloritizace a sericitizace, a v pfiedcházejícím odstavci uvedené odskelnûní, doprovázené kaolinizací a silicifikací. V‰echny tyto pochody neprobûhly úplnû, postihly horniny jen v ãástech jejich objemu. V dÛsledku toho jsou horniny po stránce chemické i mineralogické nehomogenní. Jejich ãásteãná geologická pfiemûna je pravdûpodobnû také dÛvodem, proã v nich snáze probíhají antropogenní pfiemûny, kdy reagují s alkalick˘mi roztoky za vzniku silikagelÛ. Dal‰í pfiíãinou vzniku RAK v tûchto horninách mÛÏe b˘t pfiítomnost fylosilikátÛ (sericit, kaolinit, chlorit). Z ÁV ù RY V betonu vozovky dálnice D 11 byly analyzovány kfiemité gely (silikagely) ve v˘plni trhlin, obsahující SiO2, CaO, Na2O a K2O. Bûhem jejich tvorby se chemismus mûnil od SiO2 chud‰ích a CaO bohat‰ích ke gelÛm bohat‰ím SiO2 a alkáliemi. Ve v˘plni dutin a trhlin byly nalezeny dal‰í, blíÏe neidentifikované hmoty, zejména bílé prá‰kovité povlaky a drobnû krystalické agregáty, a dále sulfát ettringit. Posloupnost ve v˘voji silikagelÛ, charakterizovaná ub˘váním Ca a pfiib˘váním Si a alkálií, ukazuje na postupnû ustupující vliv betonové matrix a zvût‰ující se vliv migrujících produktÛ alkalické reakce. Silikagely i dal‰í hmoty vznikají pfieváÏnû v okolí úlomkÛ kameniva, pocházejícího ze svrchního proterozoika Barrandienu, v tomto pfiípadû z lomu Zbraslav u Prahy. Tyto horniny jsou zastoupeny vcelku ply24

B

Obr. 4 Dutiny v pískovém tufu, pravdûpodobnû po skle, vyplnûné kaolinitem (k), lemované kryptokrystalickou kfiemennou hmotou (q), BEI Fig. 4 Hollows in sand tuff, probably left after glass, filled with kaolinite (k), lined with kryptocrystalline quartz material (q), BEI

nulou fiadou od sedimentÛ (bfiidlic a prachovcÛ), pfies smí‰ené horniny tufitické a vulkanogenní tufy aÏ po vyvfieliny typu ryolitÛ a spilitÛ s kfiemenem. Ostatní typy kameniva, tj. granitoidy (HDK Olbramovice) a kfiemenné agregáty drobného kameniva (DTK Sadská) neasociují zfietelnû se silikagely. Byly zji‰tûny nûkteré struktury a minerální agregáty, které jsou pravdûpodobn˘m svûdectvím nebo pfiíãinou vzniku RAK. Je to zejména chloritov˘ lem na kontaktu betonu a sedimentárního prachovce, kter˘ vznikl bûhem reakce tûchto dvou prostfiedí. Dále to jsou velmi jemnozrnné agregáty kfiemité hmoty s podílem Al a alkálií, které jsou doprovázeny mikroporézními doménami a agregáty kaolinitu ve vulkanogenních horninách. PovaÏujeme za pravdûpodobné, Ïe vznikly odskelnûním vulkanického skla a silicifikací, a zároveÀ se domníváme, Ïe pfiedstavují hmoty, které jsou náchylné k RAK, podobnû jako buliÏník, kfiemit˘ rohovec apod. Ve vût‰inû zkouman˘ch vzorkÛ kameniva z lomu Zbraslav byly identifikovány rÛzné alterace vzniklé geologick˘mi procesy (karbonatizace, silicifikace, chloritizace, sericitizace), které nepostihují celou horninu. Tím vznikly nehomogenity a gradienty v chemickém a mineralogickém sloÏení hornin, které je pravdûpodobnû ãiní náchylnûj‰ími k reakcím typu RAK. Pfiítomnost silikátÛ s vrstevnatou vazbou tetraedrÛ (fylosilikátÛ) mÛÏe b˘t dal‰í pfiíãinou vzniku RAK. Vulkanické horniny a horniny s vulkanogenní pfiímûsí v jv. kfiídle barrandienského svrchního proterozoika jsou potenciálnû náchylné k RAK. Lze usuzovat, Ïe zejména novotvofien˘ chlorit na styku kameniva a betonu, dále jemnozrnné aÏ kryptokrysETON

• TEC

H NOLOG I E

talické kfiemité hmoty vzniklé odskelnûním vulkanického skla a ãásteãnû probûhnuv‰í geologické alterace hornin jsou hlavními pfiíãinami vzniku RAK. Pro ocenûní vhodnosti jednotliv˘ch ãástí loÏiska Zbraslav a jin˘ch loÏisek kamene v této geologické jednotce bude uÏiteãné jejich podrobné petrografické zpracování s ohledem na uvedené a pfiípadnû i dosud neznámé faktory, které vedou ke vzniku RAK.

• KONSTR

Literatura [1] Hey M. H.: A new review of the chlorites, Mineralogical Magazine, V. 30, No 224, pp. 277–292 [2] Myneni S. C. B., Traina S.J., Logan T.J.: Ettringite solutibility and geochemistry of the Ca(OH)2 – Al2(SO4)3 – H2O system at 1 atm pressure and 298 K, Chemical Geology 148 (1998), pp. 1–19

Prof. RNDr. Zdenûk Pertold, CSc. e-mail: [email protected] Mgr. Marek Chvátal e-mail: [email protected] RNDr. Jifií Zachariበe-mail: [email protected] v‰ichni: Ústav geochemie, mineralogie a nerostn˘ch zdrojÛ Pfiírodovûdecká fakulta Univerzity Karlovy Albertov 6, 128 43 Praha, RNDr. Jaroslava Pertoldová, CSc. âesk˘ geologick˘ ústav Klárov 3, 110 01 Praha 1 e-mail: [email protected] Ing. Jan Hromádko TÚ, ¤editelství silnic a dálnic âR Na Pankráci 56, 145 05 Praha 4 e-mail: [email protected]

U KC E

• SANAC

E

2/2002

M A T E R I Á L Y A T E C H NZOÁ LHOL GA IV EÍ MATERIALS AND TECHNOLOGIES

TRVANLIVOST

SPRÁVKOV¯CH HMOT DURABILITY OF REPAIR MATERIALS R O S T I S L AV D R O C H Y T K A , AMOS DUFKA Trvanlivost sanovaného díla závisí na kvalitû provedené sanace i na odolnosti správkov˘ch hmot. Správkové malty jsou po aplikaci na Ïelezobetonové konstrukce vystaveny pÛsobení vnûj‰ích vlivÛ. Perspektivní moÏnost zvy‰ování odolnosti správkov˘ch malt vÛãi pÛsobení agresivních látek z vnûj‰ího prostfiedí je modifikace receptur tûchto materiálÛ aplikací vhodn˘ch typÛ odpadních surovin. Durability of the maintained structure depends on the quality of maintenance works and resistance of repair materials. After their application on reinforced concrete structures, repair mortars are exposed to external effects. Modification of the composition of these materials by means of application of suitable types of waste materials appears to be a perspective method of increasing resistance of repair moratrs to effects of aggressive substances present in the exterior environment. U odborné vefiejnosti zab˘vající se problematikou sanace betonov˘ch konstrukcí pfievládá v‰eobecn˘ názor, Ïe správkové hmoty jsou schopny svou primární odolností zajistit poÏadovanou Ïivotnost provádûné sanace. Na základû souãasn˘ch poznatkÛ lze konstatovat, Ïe uveden˘ názor platí pouze v mífie velmi omezené. Správkové malty jsou po aplikaci na Ïelezobetonové konstrukce vystaveny pÛsobení fiady vnûj‰ích vlivÛ. Obecnû lze tyto vlivy rozdûlit na vlivy fyzikálnû mechanické (úãinky zatíÏení, pÛsobení mrazu, Tab. 1 SloÏení zku‰ebních smûsí Tab. 1 Composition of test mixtures SloÏka smûsi Cement – CEM I 42,5 R závod Mokrá Plnivo – kamenivo frakce 0 aÏ 2 mm, Bratãice Popílek – elektrofiltr elektrárny Chvaletice Redispergovaná vinylacetátová kopolymerová disperze Zámûsová voda*

zmûny teploty atd.) a vlivy fyzikálnû chemické (pÛsobení agresivních látek atd.). Ve skuteãnosti je konstrukce vystavena synergickému pÛsobení tûchto vlivÛ. V souãasné praxi je odolnost správkov˘ch malt vÛãi agresivním látkám z vnûj‰ího prostfiedí nejãastûji zaji‰Èována pomocí sekundární ochrany, která je zpravidla tvofiena vhodnou povrchovou úpravou (nátûrem, stûrkou apod.). Aplikace sekundární ochrany je nároãná jak z technologického, tak ekonomického hlediska. Perspektivní moÏností, která by umoÏnila eliminovat nezbytnost pouÏití sekundární ochrany je anal˘za odolnosti správkov˘ch malt vÛãi rÛzn˘m typÛm agresivních prostfiedí a vy‰etfiení moÏnosti zv˘‰ení odolnosti tûchto malt vhodn˘mi typy pfiísad. Odolnost správkov˘ch malt vÛãi pÛsobení agresivních látek je limitována skuteãností, Ïe matrice polymercementov˘ch malt je tvofiena jednak produkty vznikajícími hydratací cementu a jednak makromolekulami polymeru. Pfiíãinou sniÏování hodnot fyzikálnû mechanick˘ch parametrÛ malty tedy mÛÏe b˘t jednak degradace cementového kamene a jednak rozpad fietûzcÛ makromolekul polymeru. Mezi látky, které mohou zpÛsobovat rapidní korozi cementové matrice patfií pfiedev‰ím kyselé (acidické) slouãeniny s nízkou hodnotou pH. K látkám, které degradují makromolekuly polymeru patfií nepolární organické slouãeniny. Mezi pfiísady, kter˘mi lze zv˘‰it odolnost cementového kamene vÛãi pÛsobení kyselin, mohou patfiit napfiíklad elektrárenské popílky a to zejména popílky s vysokou pucolánovou aktivitou. Tento ãlánek se zab˘vá moÏností vyuÏití popílku z elektrofiltrÛ elektrárny Chvaletice. Popílek zde vzniká „klasick˘m“ zpÛsobem spalování hnûdého uhlí. Tento Dávka sloÏky na m3 smûsi Smûs bez popílku Smûs s pfiímûsí popílku 500 kg 500 kg 1500 kg 1280 kg -180 kg 87 kg 87 kg 230 250

Pozn: *) dávka zámûsové vody byla korigována tak, aby byla zachována konstantní zpracovatelnost ãerstvé smûsi

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

popílek se vyznaãuje vysok˘m obsahem oxidu kfiemiãitého a má tedy silnou pucolánovou aktivitu. Dal‰ím aspektem, kter˘ v˘raznû ovlivÀuje Ïivotnost malt je odolnost polymerní disperze vÛãi rÛzn˘m typÛm agresivních látek. Jak jiÏ bylo zmínûno, mezi látky, které velmi rapidním zpÛsobem mohou degradovat makromolekuly patfií pfiedev‰ím organické látky napfi. ropné produkty. E X P E R I M E N TÁ L N Í â Á S T Receptury analyzovan˘ch malt byly navrÏeny tak, aby jejich parametry splÀovaly kritéria definovaná pro správkové malty Technick˘mi podmínkami SSBK [1]. Pro ovûfiení moÏnosti zv˘‰ení Ïivotnosti malty pomocí pucolánové pfiímûsi byla ãást plniva substituována elektrárensk˘m popílkem. SloÏení analyzovan˘ch smûsí je uvedeno v tab. 1. Z uveden˘ch smûsí byla postupem dle âSN EN 196-1 zhotovena zku‰ební tûlesa ve tvaru trámeãkÛ o rozmûrech 40 x 40 x 160 mm pro stanovení pevnostních charakteristik malt. Pro stanovení pfiídrÏnosti malty k podkladu byla malta naná‰ena ve vrstvû o tlou‰Èce cca 10 mm na beton tfiídy B20. Pro anal˘zu vlivu agresivního prostfiedí bylo z kaÏdé receptury zhotoveno jedenáct sad zku‰ebních tûles. Zku‰ební tûlesa bez obsahu popílku jsou v dal‰ím textu oznaãovány arabsk˘mi ãíslicemi, tûlesa s obsahem popílku jsou dále oznaãovány ãíslicemi fiímsk˘mi. První sada tûles byla po dobu zrání umístûna ve vodním uloÏení, tj. v podmínkách normálního zrání (v obrázcích 1 a 2 je pouÏita zkratka PNZ). Teplota vzduchu v tomto prostfiedí byl udrÏována konstantní t = 20 °C a relativní vlhkost vzduchu ϕ > 95 %. Po 28, 90 a 360 dnech zrání byly provedeny fyzikálnû mechanické a fyzikálnû chemické zkou‰ky. Dal‰í sady zku‰ebních tûles byly po dobu 28 dní po zhotovení umístûny ve vodním uloÏení a poté uloÏeny do agresivních prostfiedí. Agresivní prostfiedí jsou charakterizována v tabulce 2. V korozívních prostfiedích byla tûlesa exponována po dobu 90, resp. 360 dní. Po uplynutí této doby byla tûlesa vyjmuta ze zku‰ebních prostfiedí a byly provedeny fyzikálnû-mechanické a fyzikálnû-chemické zkou‰ky.

2/2002

25

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES Volba jednotliv˘ch agresivních prostfiedí byla provedena tak, aby bylo postiÏeno spektrum látek, jimÏ jsou pfii své exploataci správkové malty vystaveny nejãastûji. Pro co moÏno nejpfiesnûj‰í simulaci reáln˘ch podmínek, kter˘m jsou správkové malty vystaveny, byla studována koroze malt v dÛsledku cyklického pÛsobení roztoku síranÛ, chloridÛ resp. nafty. V rámci jednoho cyklu byla zku‰ební tûlesa po dobu 12 hodin uloÏena ve zku‰ebním roztoku a poté byla po dobu 12 hodin umístûna v laboratorních podmínkách (t = 20 °C, ϕ = 50 %). Pro stanovení míry korozního naru‰ení byly zku‰ební vzorky podrobeny následujícím stanovením: • stanovení objemové hmotnosti dle âSN 72 2447, • stanovení pevnosti v tahu za ohybu a v tlaku dle âSN EN 12190, • stanovení pfiídrÏnosti k podkladu dle âSN 72 2451, • anal˘za mikrostruktury rentgenovou difrakãní anal˘zou dle metodického postupu VUT FAST, ã. 30-33/1. V¯SLEDKY ZKOU·EK V˘sledky fyzikálnû mechanick˘ch stanovení jsou graficky vyjádfieny na obr. 1 aÏ 3. V grafech jsou uvedeny prÛmûrné hodnoty sledovan˘ch veliãin vypoãtené z v˘sledkÛ mûfiení proveden˘ch na vÏdy na ‰esti zku‰ebních vzorcích. Na obr. 1b, 2b a 3b jsou vyjádfieny procentuální zmûny sledovan˘ch parametrÛ malt po 360 denní expozici ve zku‰ebních prostfiedích. Za referenãní jsou povaÏována tûlesa uloÏená 360 dní ve vodním uloÏení.

Pevnost v tahu za ohybu [ MPa ]

12 10 8 6 4 2 0 28 dní PNZ

90 dní PNZ

360dní PNZ

CO 2

SO

2

Chloridy

Chloridy cykl.

Nafta

Nafta cykl.

s popílkem-PNZ s popílkem-expozice 90 dní s popílkem-doba expozice 360 dní

Obr. 1a V˘voj pevností malty v tahu za ohybu Fig. 1a Development of strength in tension of mortar Zmûna pevnosti v tahu za ohybu [ % ] 60 35

40

23

18

20 0

0 -20 -40 -60

0 0

-3

-4

Referenãní hodnoty

-17

7

5

0

-14

-21

-12 -24

-35

28 dní PNZ

-41 -46

90 dní PNZ

360dní PNZ

CO 2

SO 2

Sírany

Sírany cykl.

s popílkem

Chloridy

Chloridy cykl.

Nafta

-46 -46

Nafta cykl.

bez popílku

Obr. 1b Procentuální vyjádfiení zmûny pevnosti malty v tahu za ohybu Fig. 1b Percentage change of strength in tension of mortar Pevnost v tlaku [ MPa ]

35 30 25 20 15 10 5 0 28 dní PNZ

90 dní PNZ

360dní PNZ

CO

SO

2

2

Sírany

bez popílku-PNZ bez popílku-expozice 90 dní bez popílku-expozice 360 dní

Sírany cykl.

Chloridy

Chloridy cykl.

Nafta

Nafta cykl.

s popílkem-PNZ s popílkem-expozice 90 dní s popílkem-doba expozice 360 dní

Obr. 2a V˘voj pevností malty v tlaku Fig. 2a Development of strength in compression of mortar

Oznaãení zku‰ební sady Charakteristika prostfiedí Bez popílku S popílkem Látka Koncentrace Relativní vlhkost 1 I 28 dní v podmínkách normálního zrání 2 II 90 dní v podmínkách normálního zrání 3 III 360 dní v podmínkách normálního zrání 4 IV Plynné CO2 98 % 75 % 5 V Plynné SO2 98 % 75 % 6 VI Sírany 36 000 mg l–1 -–1 7 VII Cyklické pÛsobení síranÛ 36 000 mg l 50 % 8 VIII Chloridy 1 000 mg l–1 -9 XI Cyklické pÛsobení chloridÛ 1 000 mg l–1 50 % 10 X Nafta --11 XI Cyklické pÛsobení nafty -50 %

B

Sírany cykl.

bez popílku-PNZ bez popílku-expozice 90 dní bez popílku-expozice 360 dní

Tab. 2 Specifikace zku‰ebních prostfiedí Tab. 2 Specification of test environments

26

Sírany

ETON

• TEC

H NOLOG I E

Vyhodnocení v˘sledkÛ RTG anal˘z Pfii anal˘ze vzorkÛ malt obsahujících popílek nebyl v Ïádném z tûchto vzorkÛ, a to ani u vzorkÛ exponovan˘ch v agresivním prostfiedí po dobu 360 dní, zji‰tûn v˘skyt minerálÛ svûdãících o degradaci malty korozním prostfiedím. Pfii studiu mikrostruktury vzorkÛ malt bez pfiídavku popílku bylo zji‰tûno, Ïe se ve struktufie vzorkÛ vystaven˘ch pÛsobení síranÛ, a to jiÏ po 90 dnech jejich uloÏení v síranovém prostfiedí, vyskytují produkty koroze cementového kamene (tzn. pfiedev‰ím sádrovec). Obsah tûchto minerálÛ ve struktufie vzorkÛ malty byl i po roãní expozici v síranovém prostfiedí relativnû nízk˘. Lze tedy konstatovat, Ïe v dÛsledku dal‰ího pÛsobení síranÛ bude docházet

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES Zmûna pevnosti v tlaku [ % ] 20 0

3

2

0

4

0

0 -20 -40

Referenãní hodnoty

-15

-22

-4

-6

-5

-12

-14

-14

-26

-18

-6 -20

-25

-26

-37

-60 -80

28 dní PNZ

90 dní PNZ

360dní PNZ

CO 2

SO 2

Sírany

Sírany cykl.

s popílkem

Chloridy

Chloridy cykl. bez popílku

Nafta

Nafta cykl.

Obr. 2b Procentuální vyjádfiení zmûny pevnosti malt v tlaku Fig. 2b Percentage change of strength in compresion of mortar PfiídrÏnost malty k podkladu [ MPa ]

1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 28 dní PNZ

90 dní PNZ

360dní PNZ

CO 2

SO 2

Sírany

Sírany cykl.

bez popílku-PNZ bez popílku-expozice 90 dní bez popílku-expozice 360 dní

Chloridy

Chloridy cykl.

Nafta

Nafta cykl.

s popílkem-PNZ s popílkem-expozice 90 dní s popílkem-doba expozice 360 dní

Obr. 3a V˘voj pfiídrÏnosti malty k podkladu Fig. 3a Cohesion development of mortar to the background Zmûna pfiídrÏnosti k podkladu [ % ]

k postupnému nárÛstu obsahu krystalizaãních novotvarÛ ve struktufie malty, coÏ bude mít za následek dal‰í pokles pevnostních parametrÛ malty. Pfiíklady degradace správkov˘ch malt Pfiíklady enormní degradace správkov˘ch malt v dÛsledku pÛsobení agresivních látek z vnûj‰ího prostfiedí jsou demonstrovány na obr. 4 a 5. Na obr. 4 jsou zachyceny zcela zdegradované zku‰ební trámeãky správkové malty. Jako sloÏka malty byla pouÏita struska s vysok˘m obsahem oxidu vápenatého. Malta s touto struskou v síranovém prostfiedí podléhá korozi velmi rapidnû. JiÏ mûsíãní expozice vzorkÛ v prostfiedí SO2 mûla za následek naprostou destrukci zku‰ebních vzorkÛ. Aplikací strusky obsahující vysok˘ podíl oxidu vápenatého tedy nelze zv˘‰it odolnost vÛãi pÛsobení síranÛ Na obr. 5 je pohled na poruchy sanace vnitfiního plá‰tû chladící vûÏe. V dÛsledku nevhodnû navrÏené technologie sanace (tzn. nevhodnû zvolen˘ technologick˘ postup a nevhodné typy správkov˘ch materiálÛ) do‰lo bûhem nûkolika mûsícÛ k degradaci sanovaného povrchu.

20 0

0

0

0

0 -20

-6 Referenãní hodnoty

-13 -14

-7

-6

-13

-13

-19

-19 -29

-29

-40

-36

-36

-36

-44

-50

-60 -80

28 dní PNZ

90 dní PNZ

360dní PNZ

CO 2

SO

2

Sírany

Sírany cykl.

s popílkem

Chloridy

Chloridy cykl.

Nafta

bez popílku

Obr. 3b Procentuální vyjádfiení zmûny pfiídrÏnosti malty k podkladu. Fig. 3b Percentage change of strength in cohesion of mortar Obr. 4 Pohled na zcela zkorodované trámeãky správkové malty, (foto L. Crháková) Fig. 4 View of completely corroded baby squares of repair mortar, (photo L. Crháková)

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

-43

Nafta cykl.

Z ÁV ù R Îivotnost sanaãního zásahu je závislá nejen na samotné kvalitû prací realizovan˘ch v rámci sanace, ale je téÏ v˘razn˘m zpÛsobem ovlivÀována odolností pouÏit˘ch materiálÛ vÛãi agresivním vlivÛm, které na nû pÛsobí. V˘sledky zkou‰ek proveden˘ch po 360 denní expozici tûles v agresivních prostfiedích prokázaly, Ïe pomocí pfiídavku popíl-

Obr. 5 Pohled na nevhodnû provedenou sanaci povrchu vnitfiního plá‰tû chladicí vûÏe Fig. 5 View of inappropriate maintenance of the surface of the inside jacket of a cooling tower

E

2/2002

27

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES ku lze v˘raznû omezit negativní vliv agresivních prostfiedí na Ïivotnost malty. Pozitivní úãinek popílku se flagrantnû projevil zejména u vzorkÛ vystaven˘ch pÛsobení síranÛ. Po 360 denní expozici vzorkÛ v roztoku síranÛ do‰lo u malty bez popílku k poklesu tlakov˘ch pevností takfika o 26 %. Pfiídavkem popílku pak byl pokles pevností prakticky zcela eliminován. Pfiídavek popílku rovnûÏ sníÏil pokles hodnot pfiídrÏnosti malt k podkladu u vzorkÛ exponovan˘ch v kysel˘ch prostfiedích. Pfii uloÏení vzorkÛ v naftû bylo zaznamenáno, a to jak u vzorkÛ s popílkem, tak u vzorkÛ bez popílku, sníÏení fyzikálnû mechanick˘ch vlastností malt. Tato skuteãnost byla velmi zfiejmá zejména u pevností v tahu za ohybu a pfiídrÏnosti malty k podkladu. Pevnost v tahu za ohybu poklesla v dÛsledku pÛsobení nafty aÏ o 46 %, pfiídrÏnost malty k podkladu se pÛsobením nafty sníÏila dokonce aÏ o 50 %. V matrici PCC malty, která je tvofiena cementov˘m kamenem a makromolekulami polymeru je naftou degradován pfiedev‰ím polymer. Z tohoto dÛvodu se pfiídavkem popílku nepodafiilo omezit pokles ohybov˘ch pevností resp. pfiídrÏnosti k podkladu, kter˘ je pfieváÏnû determinován druhem a kvalitou polymeru. Perspektivní moÏností, kterou je moÏno zv˘‰it odolnost správkov˘ch malt vÛãi pÛsobení ropn˘ch produktÛ se jeví napfi.

Dne 16. dubna t.r. se v hotelu Olympik v Praze konala tisková konference u pfiíleÏitosti zavr‰ení integraãního procesu VSB, a. s., do koncernu HOCHTIEF. Spoleãnost VSB patfií mezi pût nejv˘znamnûj‰ích stavebních firem v âeské republice. Z jejích nejznámûj‰ích staveb jmenujme JE Temelín, parking leti‰tû Praha-Ruzynû, zábavní centrum na âerném Mostû v Praze, pavilon nemocnice v Jindfiichovû Hradci, ãi administrativní sídlo âEZ v Praze-Michli. V letech 1995 a 1996 firma získala ocenûní Stavba roku. V roce 1999 jí byla jako první stavební spoleãnosti v âR udûlena Cena âeské republiky za jakost. VSB, a. s., je drÏitelkou Certifikátu na systém jakosti podle âSN EN ISO 9002. 28

B

optimalizace volby typu polymerní pfiísady provedená tak, aby byl polymer v maximální mífie inertní vÛãi pÛsobení nepolárních organick˘ch látek. Uvedené poznatky lze shrnout v konstatování, Ïe Ïivotnost správkov˘ch malt lze vhodn˘mi pfiísadami efektivnû modifikovat tak, aby byly tyto malty odolné vÛãi konkrétním podmínkám, v nichÏ mají b˘t pouÏívány. Volba typu pfiísady musí zohledÀovat podmínky, ve kter˘ch má b˘t malta aplikována, tzn. odolnost vÛãi kyselému prostfiedí lze zv˘‰it napfi. pfiídavkem elektrárenského popílku, odolnost vÛãi ropn˘m látkám optimální volbou typu polymerní disperze apod. âlánek a zejména pfiíklady degradací správkov˘ch hmot nemají slouÏit k zatracení sanací betonov˘ch konstrukcí, ale naopak pro zdÛraznûní v˘znamu správného rozhodnutí pfii volbû správkové hmoty. Závûrem je moÏné vyslovit pfiání, aby pfii volbû správkové sanaãní hmoty byly respektovány podmínky uÏívání stavby tak, aby správková hmota mohla co moÏno nejlépe odolávat podmínkám, jimÏ má b˘t daná konstrukce vystavena.

Literatura [1] Dohnálek J., Pumpr V.: Technické podmínky pro sanace TP SSBK, ãasopis Sanace betonov˘ch konstrukcí, 1996, roãník IV, ã. 2 [2] Drochytka R., Dufka A.: Possibility analysis of repair mortars against the influence of agrresive factors. Sborník II. mezinárodní vûdecké konference Kvalita a spoæahlivosÈ ve stavebníctve, 1st ed. Technická univerzita v Ko‰icích, 2001, p. 120–217 [3] Nahodil P.: Anal˘za vlivu agresivních prostfiedí na Ïivotnost sanaãních malt, Diplomová práce na VUT FAST Brno, ÚTHD, 2001 [4] Concrete society: Polymers in concrete, str. 97–104, str. 125–130, str. 131–160, The Construction Press, 1975 [5] Matou‰ek M., Drochytka R.: Atmosférická koroze betonÛ, IKAS Praha 1998 Prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc. Ústav technologie stavebních hmot a dílcÛ VUT v Brnû, Fakulta stavební Vevefií 95, 662 37 Brno tel: 05 4114 7501 e-mail: [email protected] Ing. Amos Dufka tel: 05 4114 7514 e-mail: [email protected]

Práce byla fie‰ena s podporou VVZ CEZ MSM 261100008 „V˘zkum a v˘voj nov˘ch materiálÛ z odpadních surovin a zaji‰tûní jejich vy‰‰í trvanlivosti ve stavebních konstrukcích.

foto archív HOCHTIEF VSB, a. s.

HOCHTIEF je jedniãkou na stavebním trhu ve Spolkové republice Nûmecko. V celosvûtovém mûfiítku patfií do první sedmiãky stavebních spoleãností. Zastoupen je na v‰ech kontinentech. Na seznamu nejvût‰ích mezinárodních dodavatelÛ za rok 2001, zpracovaném agenturou Engineering News-Record, se HOCHTIEF umístil na nejvy‰‰í pfiíãce. Generální fieditel a pfiedseda pfiedstavenstva HOCHTIEF VSB, a. s., ing. Václav Matyá‰, seznámil pfiítomné s hlavními úkoly spoleãnosti pro rok 2002 i léta následující, k nimÏ patfií udrÏení nezávislosti na cizích ETON

• TEC

H NOLOG I E

zdrojích, efektivní ziskové podnikání s pfiijateln˘mi vyváÏen˘mi riziky, zv˘‰ení intenzity obchodní ãinnosti, pokraãování racionalizace a reengineeringu spoleãnosti a dobudování a rutinní zvládnutí informaãního, fiídícího a kontrolního systému. V roce 2002 HOCHTIEF VSB, a. s., míní dokonãit fiadu dÛleÏit˘ch projektÛ. Nejv˘znamnûj‰ím z nich je druh˘ v˘robní blok JE Temelín. Dále se jedná napfi. o v˘stavbu zimního stadionu v âesk˘ch Budûjovicích, regionálního centra spoleãnosti RadioMobil v Hradci Králové ãi domova dÛchodcÛ v Netolicích, V souãasnosti spoleãnost usiluje o stûÏejní zakázky, jako jsou obchodnû-administrativní, pfiípadnû obchodnû-bytová centra s objemem stavebních prací v hodnotû miliard korun. Firma hodlá vstoupit i do projektÛ velké infrastruktury typu dálnic, silnic I. tfiídy, vodních cest, tunelÛ a mostÛ a ve spolupráci se specializovan˘mi partnery se podílet na likvidaci ekologick˘ch zátûÏí.

• KONSTR

–jm–

U KC E

• SANAC

E

2/2002

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES

BETONÒ P¤I STAVEBNù-TECHNICKÉM PRÒZKUMU ÎELEZOBETONOV¯CH KOMÍNÒ TESTS OF CONCRETE DURING SITE INVESTIGATION OF REINFORCED CONCRETE STACKS

ZKOU·KY

J I ¤ Í H A B A R TA , J I ¤ Í · ËA S T N ¯ Konstrukce Ïelezobetonov˘ch komínÛ. Stavebnû-technick˘ prÛzkum tfií komínÛ. Zkou‰ky materiálov˘ch charakteristik pouÏit˘ch betonÛ. Construction of reinforced concrete stacks. Site investigation of three stacks. Tests of material characteristics of used concrete. Vysoké Ïelezobetonové komíny jsou speciální konstrukce, které musí vyhovût fiadû poÏadavkÛ, aby plnily svou funkci. Konstrukci tvofií nosn˘ Ïelezobetonov˘ dfiík, vyzdívka a tepelná izolace. DoplÀkem jsou ochozy, v˘stupní Ïebfiíky, vystrojení hlavy komínu a pfiívodní koufiovody. Denní a noãní letecké znaãení a mûfiicí ãidla patfií k dal‰ímu vybavení. Mechanickou odolnost a stabilitu stavby zaji‰Èuje zejména Ïelezobetonová konstrukce dfiíku kruhového prÛfiezu, která s v˘‰kou nad základovou deskou mûní postupnû a plynule prÛmûr a tlou‰Èku stûny. Stanovení skuteãn˘ch vlastností betonu je neopominutelnou souãástí stavebnû-technick˘ch prÛzkumÛ tûchto staveb, vedle dal‰ích hodnocení, mûfiení a zkou‰ek. Pro stavbu komínÛ je projektem obvykle pfiedepsán beton se zaruãenou pevností v tlaku 20 MPa. Vzhledem ke komplikovanosti stavby probíhá její realizace fiadu mûsícÛ. Bûhem této doby se mûní nejen klimatické podmínky a podmínky pfiepravy betonu z místa v˘roby na místo uloÏení, ale nûkdy i dodavatel betonu a v nûkter˘ch pfiípadech i personál vedení stavby. Uvádíme zde poznatky ze stavebnûtechnick˘ch prÛzkumÛ tfií komínÛ ze severoãeské oblasti. První, dále oznaãen KA-150l má v˘‰ku 150 m a je umístûn v chemické továrnû. Druh˘ je oznaãen KB-220 a tfietí KC-220. Oba mají v˘‰ku 220 m a jsou umístûny v teplárnû. Jako základní byly uvaÏovány zkou‰ky pevnosti betonu v tlaku, které byly provádûny nedestruktivní metodou Schmidtova tvrdomûru s upfiesnûním podle mechanick˘ch zkou‰ek pevnosti betonu v˘vrtÛ odebran˘ch z konstrukce. B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

Komín KA-150 byl zkou‰en neobvykle peãlivû, protoÏe se brzy po jeho postavení projevily poruchy. PrÛzkum byl provádûn pro jednání mezi investorem a dodavatelem. Po dvou dal‰ích letech byly provádûny doplÀující zkou‰ky, které mûly potvrdit anebo vyvrátit závûry prvního prÛzkumu. První skupina zkou‰ek byla provádûna na místech pravidelnû rozmístûn˘ch po v˘‰ce komínu, a to z obou v˘stupních ÏebfiíkÛ. Druhá skupina zkou‰ek byla provádûna na v‰ech ochozech, vÏdy na tfiech úrovních nad sebou po celém obvodu komínu. Celkem bylo provedeno 259 nedestruktivních zkou‰ek a bylo odebráno osm v˘vrtÛ pro upfiesnûní pevností. Vyhodnocení zaruãen˘ch pevností bylo provedeno podle v˘‰kov˘ch úrovní, viz tab. 1. Podle uveden˘ch v˘sledkÛ je zfiejmé, Ïe beton nosné konstrukce dfiíku nesplÀuje poÏadavky na pevnost betonu v tlaku podle projektu. Hodnoty pevností ukazují na skuteãnost, Ïe nejvy‰‰í pevnost v tlaku má beton v úrovni okolo 50 m. Pod touto úrovní je pevnost mírnû niωí, ale v˘‰e od ní se plynule sniÏuje, aÏ na hodnotu 10,7 MPa nad nejvy‰‰ím ochozem. Pro doplnûní informací o betonu byly provedeny zkou‰ky pfiídrÏnosti. Pevnost v tahu povrchov˘ch vrstev betonu se pohybovala od 0,2 do 2 MPa. Na odfiezan˘ch odlomen˘ch (vnitfiních) ãástech v˘vrtÛ byly provedeny zkou‰ky nasákavosti. Zkou‰kami byla zji‰tûna nasákavost 7,9 aÏ 8,5 % pfii objemov˘ch hmotnostech suchého betonu 2120 aÏ 2220 kg/m3. Z horní ãásti komínu bylo Tab. 1 Vyhodnocení zaruãen˘ch pevností podle v˘‰kov˘ch úrovní Tab. 1 Evaluation of guaranteed strengths by height levels ochoz 146 m dfiík ve v˘‰ce 100 aÏ 150 m ochoz 96 m dfiík ve v˘‰ce 50 aÏ 100 m ochoz 50 m dfiík od paty do v˘‰ky 50 m pata dfiíku nad terénem

• KONSTR

U KC E

• SANAC

10,7 MPa 14,9 MPa 15,4 MPa 17,8 MPa 19,0 MPa 18,9 MPa 18,2 MPa

E

Obr. 1 Pohled na komín KC-220 Fig. 1 View of the stack KC-220

odebráno ‰est vzorkÛ pro stanovení skuteãné okamÏité vlhkosti. Ta byla stanovena v rozmezí 4,4 aÏ 6,7 %. Z uveden˘ch hodnot vypl˘vá, Ïe nasákavost i vlhkost betonu jsou neobvykle vysoké, coÏ mÛÏe nepfiíznivû ovlivnit jeho Ïivotnost. Chemick˘ rozbor prachu z povrchu komínu ukázal, Ïe obsahuje vysoké mnoÏství síranÛ, které mohou zpÛsobit síranovou korozi, tedy tvorbu minerálu ettringit, kter˘ zpÛsobí rozpad cementového tmelu a tím i betonu. Je moÏné poznamenat obvyklou skuteãnost, Ïe podle ãásteãné dokumentace dodavatele betonu se pohybovaly krychelné pevnosti v tlaku zku‰ebních krychlí od 24,7 do 28,8 MPa, v‰echny tedy vyhovûly. Komín KB-220 byl sledován v rámci pasportizace objektÛ, jeho prÛzkum tedy nebyl tak podrobn˘. Zkou‰ky byly provádûny v úrovních ochozÛ. I zde byl prÛzkum proveden ve dvou fázích. Za pfiedpokladu, Ïe se kvalita betonu po v˘‰ce nemûní, byly provedeny nedestruktivní

2/2002

29

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES Obr. 2 V˘vrty z komínu KC-220 s charakteristickou skladbou betonu Fig. 2 Bores in the stack KC-220 with a characteristic composition of concrete

Obr. 3 V˘vrty pfies trhliny a vysprávky na vnûj‰í plo‰e komínu KC-220 Fig. 3 Bores across cracks and repairs on the external surface of the stack KC-220

zkou‰ky do v˘‰ky 125 m, a to na 50 zku‰ebních místech. Dále byly odebrány tfii dvojice v˘vrtÛ ve v˘‰kách 1,5, 35 a 80 m. Po provedeném vyhodnocení bylo konstatováno, Ïe vlastnosti betonu se po v˘‰ce zfiejmû mûní. PrÛzkum byl doplnûn o 29 zku‰ebních míst mûfien˘ch nedestruktivnû a o osm dal‰ích v˘vrtÛ. V˘sledky ukázaly, Ïe beton dolní ãásti konstrukce se zfiejmû v˘raznû li‰í od betonu horní ãásti. Proto bylo vyhodnocení upfiesnûn˘ch pevností provedeno pro skupiny mûfiení. Znamená to pouÏití dvou rÛzn˘ch koeficientÛ upfiesnûní. Ze v‰ech mûfiení byla vyhodnocena zaruãená pevnost 15,66 MPa. Pro horní ãást (ochozy 216, 170

a 125 m) byla vyhodnocena zaruãená pevnost 14,48 MPa. Pro dolní ãást (pata a ochozy 35 a 80 m) byla vyhodnocena zaruãená pevnost 17,02 MPa. Beton této konstrukce je moÏné hodnotit jen jako B15 s tím, Ïe v dolní ãásti splÀuje kritérium normy s vût‰í rezervou. Komín KC-220 byl také sledován pro pasportizaci, podle podobné metodiky. V pûti v˘‰kov˘ch úrovních, celkem na 72 zku‰ebních místech, bylo provedeno nedestruktivní stanovení informativních pevností. Upfiesnûní bylo provedeno podle zkou‰ek tfií v˘vrtÛ. Zaruãená pevnost vyhodnocená ze v‰ech mûfiení ãinila 20,50 MPa, byl tedy splnûn poÏadavek kritéria pro beton B20. Informativnû vyhodnocené zaruãené pevnosti se na jednotliv˘ch v˘‰kov˘ch úrovních pohybují od 17,50 MPa (nad terénem) do 27,24 MPa. Vût‰ina tûchto dílãích vyhodnocení vyhovuje. Vzhledem k tomu, Ïe na v‰ech ochozech bylo provedeno vÏdy dvanáct mûfiení pravidelnû rozmístûn˘ch, bylo provedeno vyhodnocení vlivu orientace zku‰ebních míst. Teoreticky se na kvalitû betonu mohlo projevit oslunûní a pfievládající smûr vûtru pfiiná‰ející agresivní prÛmyslovou atmosféru. V˘sledek mûfiení na grafu ukazuje, Ïe se Ïádné ovlivnûní neprojevuje. Odchylka hodnot se objevuje pouze v nûkolika místech nízko nad terénem, na v˘chodní stranû (orientace „120“). Jde zfiejmû o nesprávnû zpracovan˘ beton v ãásti paty dfiíku. S LO Î E N Í B E T O N U Na v‰ech tfiech stavbách mûl beton podobné sloÏení. Jako hrubé kamenivo byla pouÏita ãediãová drÈ prakticky jedné frakce a jeho mnoÏství bylo nedostateãné (obr. 2). Kvalita jemné frakce byla zfiejmû

Pevnost [MPa]

Pevnosti ve v˘‰kov˘ch úrovních 30,0

30,0

28,0

28,0

26,0

26,0

24,0

24,0

22,0

22,0

20,0

20,0

18,0

18,0

16,0

16,0

14,0

14,0

12,0

12,0

10,0 0

30

60

90

v˘raznû odli‰ná, bûÏnû dochází na tûchto betonech k rozpadu povrchové vrstviãky malty (cementového tmelu), ze kterého pak vystupují zrníãka ãediãe. TRHLINY

Na komínu KA-150 i na KB-220 byly v betonu trhliny. Norma sice obecnû dovoluje trhliny do ‰ífiky 0,2 mm, je ale sporné, zda v oblastech s agresivní atmosférou je to vhodné a bezpeãné. V ãásti pfiípadÛ bylo zji‰tûno, Ïe se jedná o trhliny navazující na prÛbûh v˘ztuÏe. V nûkter˘ch pfiípadech byla zfiejmû betonáÏ a vibrace pfii ní provádûna natolik ne‰etrnû, Ïe se oddûlila v˘ztuÏ od tvrdnoucího betonu. Po odbûru jednoho v˘vrtu propadla shora do otvoru po v˘vrtu ‰plhací tyã posuvného bednûní. Na stycích bednûní zfiejmû do‰lo k vyplavení ãásti cementového tmelu, snad i k pohybu tvrdnoucího betonu. Tak vznikly v betonu pravidelné trhliny, které byly v prÛbûhu dokonãování neodbornû opraveny. Vzniklé díry byly ãásteãnû zalepeny jemnozrnnou maltou. Trhlina se v‰ak prokreslila i pfies tuto vysprávku. Na obr. 3 jsou tfii kontrolní v˘vrty pfies trhliny z KB220, kde jsou zfiejmé dutiny pod vysprávkou i pokraãování trhliny od povrchu plynule do pÛvodního betonu. POZNÁMKA

Na dfiíku je obvykle fiada míst, na kter˘ch byla provedena oprava. Místa jsou, stejnû jako cel˘ povrch, zakryta nátûrem, nebo paãokem. Po odbrou‰ení je nutné vizuálnû kontrolovat, zda se skuteãnû mûfií beton konstrukce a ne vysprávka. Zejména je to dÛleÏité na ochozech, protoÏe betonáÏ se provádí pfii plynulém posunu bednûní, takÏe v˘ztuÏ pro konzoly ochozu je ohnutá do tûla dfiíku a teprve po odsunutí bednûní nahoru se v˘ztuÏ uvolní.

217 167 120 73 33 1

10,0 120 150 180 210 240 270 300 330 360

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

K V¯BùRU

ZKU·EBNÍCH MÍST

Orientace [°]

30

NA POVRCHU

KONSTRUKCE

• KONSTR

Ing. Jifií Habarta, CSc. S-PROFESS, a. s., Chomutov Pellicova 5d, 602 00 Brno tel.: 0602 136 986, fax: 05 4324 1910 e-mail: [email protected] Ing. Jifií ·Èastn˘ S-PROFESS, a. s., Chomutov Husova 83/2806, 430 03 Chomutov tel.: 0602 479 247, fax: 0396 624 275 e-mail: [email protected] www.s-profess.cz

U KC E

• SANAC

E

2/2002

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES

HYDRODEMOLICE

PRODLUÎUJE ÎIVOTNOST SANACÍ HYDRODEMOLITION EXTENDS DURABILITY OF MAINTENANCE WORKS

První sériové komerãní zafiízení pro opracování betonu vodním paprskem bylo evropské vefiejnosti pfiedstaveno v roce 1985. Hlavní impulzy z v˘zkumu a v˘voje vysokotlak˘ch vodních paprskÛ pocházejí z Japonska a USA. Praktické zku‰enosti vût‰ího rozsahu byly získány ve Skandinávii a ·v˘carsku. Samotn˘ pojem tlakov˘ vodní paprsek není dosud pfiesnû definován. V odborné literatufie i technické praxi se ustálil termín water-jet cuting. MECHANIZMUS HYDRODEMOLICE Dynamika vodního proudu a vlastnosti betonu jsou rozhodující faktory úãinku vodního paprsku. Demoliãní úãinek je ovlivnûn propustností a zrnitostí betonu, homogenitou, vodním souãinitelem a kvalitou sloÏení. Hloubka odstranûní je vût‰í, je-li beton naru‰en˘ trhlinami nebo vrstven˘. Úãinek se rovnûÏ zv˘‰í pfii nízké pevnosti betonu. To vysvûtluje schopnost hydrodemolice pÛsobit selektivnû v závislosti na stupni po‰kození a rovnûÏ v závislosti na pevnosti. Sledování uskuteãnûná pfii odstraÀování betonu po‰kozeného solí a mrazem na mostovkách prokázala, Ïe hydrodemolice pfiizpÛsobí hloubku odstranûné vrstvy skuteãnému rozsahu po‰kození. FAKTORY

PÒSOBENÍ VODNÍHO

PAPRSKU

Primární faktory nejsou závislé na materiálu, kter˘ se má opracovat. Patfií sem tlak proudu, prÛmûr proudu, objem vody, rozvinutí o roz‰ífiení proudu. Jsou závislé na B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

ZAHRANIâNÍ ZKU·ENOSTI Ve ·v˘carsku do‰lo v posledních letech k zásadnímu obratu z hlediska technologie oprav betonov˘ch staveb. VyuÏití waterjet cuting hraje v tomto ohledu v˘znamnou roli. Vodní paprsek je vytváfien pomocí „hightech“ ãerpadel a opracovává beton pfii pracovním tlaku 800 aÏ 1500 barÛ. S jeho pomocí lze beton ãistit, dekontaminovat, zdrsnit, odstranit, ãi vrtat a fiezat. Profesní organizace sdruÏené v SFHB (Odborném svazu pro hydrodynamiku staveb) zpracovaly mnoÏství studií a v˘zkumn˘ch 2000 prací s mimofiádnû dobr˘mi v˘sledky. Tato technologie se v˘raznû prosadila oproti postupÛm s pouÏitím pneumatick˘ch ná- 1500 strojÛ. ·védská národní silniãní správa se zab˘vala prÛzkumem kapacit, nákladÛ i v˘sledky oprav s pouÏi- 1000 tím hydrodemolice. PrÛmûrná v˘konnost na povr‰ích betonu je 10

m2/hod. Pro srovnání – ruãní demolice probíhá rychlostí asi 0,2 aÏ 0,8 m2/hod. jednou osobou. Rozdíl je pfii vût‰í hloubce demolice je‰tû v˘raznûj‰í. V˘hodou je nejen dobrá pfiilnavost povrchu k novému betonu a neporu‰ená, oãi‰tûná v˘ztuÏ, ale i pracovní prostfiedí. Dochází k podstatnému sníÏení hluãnosti a není nutné provádût nákladné protihlukové opatfiení. Obsluha zafiízení je provádûna dálkov˘m ovládáním. SANAâ N Í

D1 H U M P O LC E Vysokotlaké zafiízení, které bylo spoleãností Dopravní stavby Uherské Hradi‰tû, a. s., vyuÏito pfii sanacích bûhem roku 2000, je sv˘mi parametry ojedinûlé v âeské republice. Vysokotlaké vodní ãerpadlo WOMA 480 Z o v˘konu aÏ 360 kW instalované na podvozku automobilu TATRA vyvíjí tlak 1300 barÛ pfii prÛtoku 150 aÏ 200 litrÛ/min. Pro odstranûní naru‰eného betonu na mostovce byla pouÏita „rotaãní tryska“. Pohyb zafiízení je zaji‰tûn umístûním trysky na traktorovém podvozku. Pohyb traktoru a regulace otáãek jsou ovláU

Sekání a demolice pomocí vodního proudu o velmi vysokém tlaku (s brusivem) Pfiíprava povrchu ruãním vodními nástroji s vodním proudem o velmi vysokém tlaku (odstranûní nátûru a odhalení v˘ztuÏn˘ch tyãí) Odstranûní smaltu (mfiíÏe, rámy) Odstranûní masivního betonu (hydrodemolice)

Pfiíprava povrchu mechanizovan˘mi nástroji

• KONSTR

U KC E

• SANAC

âi‰tûní nádrÏí, kontejnerÛ, reaktorÛ, autoklávÛ

500

Obr. 1 Rozsah pouÏití vysokotlakového vodního proudu. Zdroj – Agma Jet systems Fig. 1 Extent of usage of high-pressure water jet

âi‰tûní trubkov˘ch svazkÛ

0 0

E

PR ÁC E NA MOSTOVC E

DÁLNIâNÍHO MOSTU NA

[bar]

Mechanizmus rozru‰ování betonového povrchu vodním proudem. Zahraniãní zku‰enosti s vyuÏitím vysokotlak˘ch vodních paprskÛ pfii odstraÀování po‰kozen˘ch vrstev betonu. PouÏití uvedené technologie pfii sanaãních pracích v âR. Mechanism of attacking concrete surface with water jet. Foreign experience with the use of high-pressure water jet in removing damaged layers of concrete. Application of this technology in maintenance works conducted in the Czecch Republic.

vytvofiení tlaku, v˘konu ãerpání a profilu trysky. Sekundární faktory jsou vymezeny geometrick˘mi hodnotami, tj. vzdáleností trysek od materiálu, rychlostí pohybu a úhlem paprsku. Vodní paprsek naráÏející na povrch vytváfií dynamick˘ náporov˘ tlak. ProtoÏe se na povrchu betonu vyskytují zpravidla jemné smr‰Èovací trhlinky, mÛÏe tam vodní paprsek pronikat a vytvofiit v nich hydrostatick˘ tlak. Pokud jeho hodnota pfiekroãí lokální pevnost materiálu, dojde k propojení jednotliv˘ch trhlin na vût‰í plo‰e a tím k odkryvu naru‰eného materiálu.

Pracovní tlak

JOSEF RICHTER

2/2002

100

âi‰tûní kanalizace 200 300 Spotfieba vody

âi‰tûní trubek

[l/min]

400

31

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES ností bylo dosaÏeno v˘konu 0,6 m3/hod. Vy‰‰ímu v˘konu bránilo osazení svodidlov˘ch sloupkÛ v fiímse, které ru‰ily plynulosti nasazení stroje. Povrch byl dokonale pfiipraven k nadbetonování, vãetnû pfiípravy nepo‰kozené stávající v˘ztuÏe, zbavené koroze a oãi‰tûné na stupeÀ Sa 2,5. R ÁMOVÉ P¤ ESYPAN É MOST Y D1 U Mù¤ÍNA Vysokotlak˘ vodní paprsek dodávan˘ ãerpadlem Woma 4802 pro robot HVD 6000 byl na tûchto objektech vyuÏit k nûkolika operacím. K odstranûní vyrovnávacího betonu tfiídy B20 bylo pouÏito pfiíslu‰enství Rotolance 400-II. Toto náfiadí je uãeno pro lehké preparace, díky citlivé regulaci rychlosti pohybu trysek a tím hloubky zásahu. ProtoÏe nebylo moÏné riskovat po‰kození nosné konstrukce, probíhala práce na hloubku 20 aÏ 50 mm a v nûkolika pfiípadech s vy‰‰í vrstvou nadbetonování byla operace opakována. Bylo dosaÏeno v˘konu 1 m3 odstranûného betonu za hodinu. Otryskání nosné konstrukce z rubové i lícní strany ve svisl˘ch i vodorovn˘ch plochách provádûl robot s vyuÏitím sestavné vûÏe pro vertikální pozice trysek a vysoké podhledové plochy. Dva rotaãní bubny Stonage se ãtyfimi tryskami pracovaly pfii tlaku 1000 barÛ se 140 litry vody za minutu. Vy‰‰í kvalita betonu vyÏadovala pouÏití programu s vy‰‰í rychlostí rotaãního pohybu trysek. PrÛmûrn˘ v˘kon se pohyboval mezi 0,7 aÏ 0,9 m3/hodinu. NA

Obr. 2 Robot HVD 6000 Agna Jet systems Fig. 2 Robot HVD 6000 Agna Jet systems

dány koordinovanû a umoÏÀují nûkolik reÏimÛ. Proud vody nepfietrÏitû pÛsobí velkou rychlostí na povrch, kter˘ je odstraÀován. Úãinek je maximální, kdyÏ je proud stál˘. Na této mostovce byly odstranûny povrchové vrstvy naru‰eného betonu v tlou‰Èce cca 50 mm. Hloubka, která konãí v místech kvalitního betonu je urãena pohybem vodního proudu a dobou setrvání na stejném místû. Monitoring a fiízení tûchto ãinností je souãástí zafiízení na podvozku traktoru. ProtoÏe zábûrem hydrodemolice byla uÏ zasaÏena v˘ztuÏ, je tfieba vysvûtlit jednu z podstatn˘ch v˘hod technologie. Pfii pouÏití pneumatick˘ch nástrojÛ dochází vlivem vibrace k vzniku mikrotrhlin a na kontaktu v˘ztuÏe s betonem k tzv. „zipovému“ efektu, tj. rozpojení obou prvkÛ. V na‰em pfiípadû zÛstala v˘ztuÏ v kvalit-

ním betonu bezpeãnû uloÏená a v místech obnaÏení oãi‰tûná od betonu a rzi. Traktorov˘ podvozek je nosiãem nûkolika typÛ rotaãních a pohybliv˘ch trysek pro pouÏití na vodorovn˘ch plochách a ‰ikm˘ch ãi svisl˘ch povr‰ích do v˘‰ky cca 1 m. Pro práci na svisl˘ch plochách vût‰ích v˘‰ek, na podhledov˘ch plochách a pro speciální práce slouÏí robot HVD 6000. Pásov˘ podvozek je vybaven sestavnou vûÏí pro pohyb nosiãe trysek, která umoÏní práci do v˘‰ky 6 m. VûÏ je vyrobena z ocelové konstrukce v ‰esti sekcích. Stroj je vybaven patentov˘m systémem EDS, kter˘ zaji‰Èuje stejn˘ odstup stfiíkací trysky od opracovávané plochy po celou dobu prací. ¤ídící jednotka disponuje sedmi programy pro pohyb a provoz stroje. K vybavení stroje patfií fiímsové rameno pro práci mimo normální dosah stroje, napfi. pfies fiímsu mostu. V‰echny funkce lze ovládat dálkovû kabelem nebo vysílaãkou. P¤ES MNICHOVKU NA D1 2 2 ,7 Pfii rekonstrukci bylo nutné selektivnû odstranit povrchové vrstvy betonu mostních fiíms, kter˘ obsahoval vysoké procento chloridÛ. Plocha fiíms levého mostu mûla 130 m2. Hloubka zásahu byla urãena na základû provedené diagnostiky a pohybovala se úmûrnû po‰kození mezi 20 aÏ 60 mm. Robot HVD 6000 pracoval vybaven oscilaãní tryskou AquaJet, kterou protékal vodní paprsek o vydatnosti 140 litrÛ za minutu pfii pracovním tlaku 1200 barÛ. Hloubka odbûru byla regulována volbou rychlosti pohybu trysky, kterou umoÏÀuje programovatelné ovládání robotu. Po optimalizaci souvisejících ãin-

MOST

V KM

Obr. 3 Práce na pfiehradní hrázi Goczalkowice Fig. 3 Works on Goczalkowice dam

32

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

P¤EHRADNÍ HRÁZ VODNÍ NÁDRÎE GOCZ ALKOWIC E (P OLSKO) Sypaná pfiehradní hráz s jádrem z jílového tûsnûní je pfiekryta betonov˘mi deskami o tlou‰Èce 200 mm rÛzn˘ch rozmûrÛ. Z obavy pfied negativním pÛsobením otfiesÛ pfiedepsal zadavatel pfiedúpravu betonov˘ch konstrukcí pfied jejich sanací, v˘hradnû pouÏitím hydrodemolice. Práce na pfiehradní hrázi o délce 3200 m budou v pfieváÏném rozsahu provádûny v leto‰ním roce. Specifické podmínky a nároãné poÏadavky provádûní prací by si vyÏádaly vût‰í prostor i pro základní informace a proto je autor bude prezentovat v samostatné reportáÏi.

• KONSTR

Ing. Josef Richter generální fieditel Dopravní stavby Uherské Hradi‰tû, a. s. nám. Míru 709, 686 25 Uherské Hradi‰tû

U KC E

• SANAC

E

2/2002

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES

PÍSKOVÁNÍ

ZA VLHKA WET BLASTING L A D I S L AV J A N â A Málo roz‰ífiená av‰ak progresivní a ekologicky nezávadná technologie vhodná pro ãi‰tûní betonov˘ch povrchÛ. Rarely applied, but progressive and enviromentally friendly technology suitable for concrete cleaning. Pískování za vlhka je technologie, která se v âeské republice uplatÀuje jiÏ více neÏ pût let, ale dosud není pfiíli‰ známá. Jedná se o progresivní, ekologicky nezávadn˘ postup, vhodn˘ pro beton i dal‰í druhy povrchÛ, kter˘ se úspû‰nû vyuÏívá ve více neÏ 35 zemích celého svûta. Nûmecká firma torbo® Engineering Keizers, GmbH, si popsan˘ postup nechala patentovat jiÏ v roce 1984. Ve speciálních pfiístrojích je písek s vodou smíchán v tlakové nádobû (na rozdíl od v‰ech ostatních „mokr˘ch“ technologií zvlhãujících su‰en˘ písek aÏ v koncové trysce) a tato smûs, konstantnû namíchaná v pomûru 80 % písku a 20 % vody, je uná‰ena proudem stlaãeného vzduchu proti otryskávané plo‰e. Tímto postupem se v˘raznû sniÏuje pra‰nost. Podle mûfiení nûmeckého institutu pro bezpeãnost práce (BIA) je pra‰nost o 95 % niωí neÏ u pískování za sucha. To umoÏÀuje pracovat na volném prostranství, napfi. v intravilánu mûst bez zvlá‰tních poÏadavkÛ na pomocné konstrukce zabraÀující úletu prachu. Dal‰í nezanedbatelnou pfiedností torbo pfiístrojÛ je jejich mobilnost. K provozu je tfieba zdroj stlaãeného vzduchu odpovídajícího v˘konu, zdroj elektrického proudu 12 V DC a zdroj vody, i beztlakov˘ napfi. cisterna. V extrémním pfiípadû je moÏno pouÏít i vodu z okolo tekoucího potoka. Tento zpÛsob pískování za vlhka je tedy moÏné vyuÏít v‰ude tam, kde nejsou dostupné Ïádné zdroje energií. Navíc je dosah tryskacích hadic, pfii dostateãném v˘konu kompresoru, skoro neomezen˘. Je jiÏ odzkou‰eno otryskání 200 m vysokého komínu pomocí zafiízení umístûného u jeho paty. Pfiedností systému je také moÏnost regulovat mnoÏství tryskací smûsi a pracovní tlak. Mohou se tedy provádût „klasické“ pískovací práce na betonu ãi B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

kameni pfii pracovním tlaku 5 aÏ 8 barÛ aÏ po tzv. „pískové mytí“, kdy se zv˘‰í podíl vody ve smûsi a sníÏí tlak na 1 bar. Systém pracuje se spotfiebou vody 0,8 aÏ 1,6 l/min, takÏe ho lze úspû‰nû vyuÏít i v interiérech, napfi. pfii ãi‰tûní vnitfiních schodi‰È, stûn, podhledÛ a podlah, kde je pouÏito pohledového betonu. DÛleÏit˘m faktorem, ovlivÀujícím v˘sledek pískování je pouÏité abrazivo. Systém umoÏÀuje tryskání jak˘mkoliv materiálem, tûωím neÏ voda. Kromû bûÏnû dostupn˘ch pískÛ se dají pouÏít i rÛzné granuláty, struska ãi sklenûné perly. Pro tryskání ocelov˘ch prvkÛ betonov˘ch konstrukcí je moÏno tyto pfiístroje nadstandardnû vybavit dávkovaãem inhibitoru koroze (torbomix), kter˘ jak k tryskací smûsi, tak k oplachovací vodû dodává potfiebné mnoÏství pasivaãního roztoku, takÏe otryskan˘ povrch za normálních atmosférick˘ch podmínek je chránûn pfied napadením korozí aÏ nûkolik dnÛ. Díky skoro neomezené ‰kále moÏností pouÏití je popsan˘ systém v‰emi uÏivateli chválen. Z uvedeného vypl˘vá, Ïe pfiístroje pro pískování za vlhka se ve stavebnictví vyuÏívají pfiedev‰ím pfii rekonstrukcích objektÛ spojen˘ch se sanací betonu. NùKOLIK P¤ÍKLADÒ • Sídli‰tní vodojem, Praha–Spofiilov, ãásteãnû podzemní objekt rozmûrÛ 18 x 36 x 5,8m (obr. 3). Pro otryskání vnifiního povrchu byla hledána nejvhodnûj‰í technologie. Tryskání za sucha bylo vylouãeno, protoÏe uzavfien˘ prostor by bylo obtíÏné odvûtrávat a vysokotlak˘ vodní paprsek nebyl zvolen kvÛli velkému mnoÏství vody, které by bylo nutno odãerpávat. Navíc byly stûny vodojemu opatfieny nátûrem na bázi asfaltu, pro jehoÏ odstranûní by bylo nutno i do VVP pfiidávat abrazivo, ãímÏ by náklady, spojené s pouÏitím VVP je‰tû vzrostly. Na-

Obr. 1 Sanace betonového schodi‰tû na Námûstí Míru v Ústí nad Labem Fig. 1 Rehabilitation of a concrete staircase in the Square of Peace in Ústí over the Elbe

Obr. 2 Sanace ãistiãky odpadních vod (Münchehofe u Berlína, SRN) Fig. 2 Rehabilitation of a wastewater treatment (Münchehofe by Berlin, Germany)

Obr. 3 Ukázka otryskání asfaltového nátûru betonového vodojemu Fig. 3 Blasting of asphalst coating of a concrete water reservoir

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

33

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES • Dal‰í akcí, kde investor poÏadoval tryskání s minimální pra‰ností byl napfi. Zimní stadion v Pardubicích. • Pfii sanaci vnitfiního betonového stropu haly slínku v areálu âeskomoravského cementu a. s., závod KrálÛv DvÛr, byla tato technologie pouÏita z dÛvodu rychlosti otryskání povrchu a peãlivého odstranûní naru‰eného betonu ve styku s v˘ztuÏí, vãetnû odstranûní volné korozní zplodiny z odhalené v˘ztuÏe (obr. 4). • Pro ãi‰tûní zásobníku surového paliva, které bylo provedeno bûhem 12 dnÛ v roce 2001 v areálu Sokolovské uhelné a. s., divize Energetika, byla vzhledem k rozsahu a odolnosti cca 20 mm silné vrstvy nataveného uhelného prachu a podmínkám na staveni‰ti (uzavfien˘ prostor s prÛlezem 500 x 500 mm) zvolena technologie pískování za vlhka s pískem zrnitosti PBT – 2 mm z pískovny Skalná. âi‰tûní zásobníku je provádûno opakovanû.

MoÏnosti nasazení Památky Pfiírodní kámen Fasády Omítka Beton NeÏelezné kovy Ocel

B

ní sk á

ta ã

ní

try

ûs ív ím

Ro

pfi

sk ov

án ís

Su c

hé

sk án try

od y

ní ov á

íz

a

pí sk

vl

sk án try ké ® bo

pí

to r

ké ot la N

ízk

Tl a

• Pfii zahájení prací v elektrárnû Tuzla, v Jugoslávii, poÏadovali místní technici a pfiedev‰ím stavební dozor, díky neznalosti, pouze mytí tlakovou vodou. Po shlédnutí názorné ukázky tryskání za vlhka zásadnû zmûnili názor a naopak vyÏadovali úpravu povrchu betonu pouze touto technologií.

Sanace Ïelezobetonov˘ch konstrukcí se fie‰í v oblasti dopravních (tunely, mosty), prÛmyslov˘ch (chladící vûÏe, komíny, atp.) i pozemních staveb, kde samostatnou kapitolou jsou sanace panelov˘ch objektÛ. PouÏití pfiístrojÛ torbo®, certifikován˘ch dle zákona ã. 22/1997 Sb., je jednou z moÏn˘ch technologií, kterou si mÛÏe odborník vybrat ze souãasné nabídky.

Obr. 5 Otryskání plastické omítky betonov˘ch podhledÛ Fig. 5 Blasting of plastic plaster from conerete ceiling in the post-office building

34

hk a

í

am i Vy s

ok ot la

.p fiís ad

pí

em ch s

vo da

ko v

á

vo da

s

Tl a

pfi ísa d

ou

ko vá

vo

sk u

da

Dfievo

ov á

konec bylo vybráno pískování za vlhka, které si se v‰emi uveden˘mi nástrahami (i s pryskyfiiãn˘mi nátûry podlah) dokázalo poradit. V˘sledkem bylo dokonalé oãi‰tûní v‰ech stûn, stropÛ a podlah. Celkem bylo otryskáno 2500 m2 ve vysoké kvalitû s minimálními náklady na likvidaci odpadu. • Dal‰ím pfiíkladem pouÏití pískování za vlhka byla sanace mostÛ na mezinárodní silnici E65 v okolí Mladé Boleslavi. • Pfied sanací betonové a ocelové konstrukce lodÏií panelov˘ch objektÛ na praÏském sídli‰ti Prosek bylo pouÏito pískování za vlhka, neboÈ metoda suchého pískování nemohla b˘t v této lokalitû z dÛvodÛ vysoké pra‰nosti v Ïádném pfiípadû pouÏita. • Sanace 170 m vysokého Ïelezobetonového dfiíku komínu v teplárnû v Otrokovicích. Po vybourání ochranného pouzdra bylo nutno provést sanace vnitfiního povrchu obnaÏeného betonového dfiíku. Tryskací zafiízení, umístûné na za-

Tl ak

Obr. 4 Ukázka obnaÏení a oãi‰tûní v˘ztuÏe Fig. 4 Exposing and cleaning of reinforcement

vû‰ené vyzdívací plo‰inû, bylo pouÏito pro pomûrnû velkou kapacitu otryskané plochy v ãasovém úseku (krátk˘ termín realizace) a dále pro v˘hodu vnesení velmi malého mnoÏství vody do plá‰tû a obecnû do celé konstrukce komína. Minimální zvlhãení je v˘hodné proto, Ïe není nutné provádût opatfiení k odvodu vody v prÛbûhu tryskání, dále se sniÏuje riziko aktivace dal‰í koroze betonu sloÏkami pfiítomn˘mi v betonu po pfiedchozím spalování pevn˘ch paliv a v dobû provádûní opravy jiÏ stabilizovan˘mi. • RovnûÏ pfii opravû venkovního schodi‰tû a pochozí rampy vãetnû zábradlí, nacházejícího se v centru Ústí nad Labem na frekventovaném Mírovém námûstí (obr. 1) byla pouÏita technologie pískování za vlhka. Po demontáÏi dlaÏeb a obkladÛ byl odstranûn zdegradovan˘ beton a konstrukce i zkorodovaná v˘ztuÏ byly otryskány a následnû byly aplikovány speciální sanaãní technologie.

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

Ing. Ladislav Janãa dsts PafiíÏská 19, 110 00 Praha 1 tel./fax: 0602 395 830 , 02 232 7746 e-mail: [email protected], www.dsts.cz

U KC E

• SANAC

E

2/2002

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES

VLIV

MRAZU NA PEVNOST A SOUDRÎNOST REPROFILAâNÍCH HMOT S PODKLADEM EFFECTS OF FROST ON STRENGTH AND COHESION OF REPROFILLING MATERIALS WITH AN UNDERCOAT VLADIMÍR KNEISSL Pochopení zpÛsobÛ chování souvrství tvofieného novou a starou vrstvou betonu za podmínek teplotních zmûn vede k v˘voji vhodn˘ch reprofilaãních hmot a k jejich správné volbû pfii konkrétních aplikacích. Understanding patterns of behaviour of strata made by a new and an old layer of concrete under temperature changes leads to development of suitable reprofilling materials and their correct selection in specific applications. Jakákoli sanace konstrukce je nákladná záleÏitost. Dominantním kritériem pro návrh a provedení proto je a musí b˘t zejména její Ïivotnost. Definovat Ïivotnost opravy je vûcí znaãnû komplikovanou. Ve hfie je pfiíli‰ mnoho vlivÛ a faktorÛ a bohuÏel neexistuje jednoznaãné kritérium. KaÏdá konstrukce Ïila a Ïije sv˘m Ïivotem, o kterém je obvykle velmi málo informací, a ãasto nejsme schopni ho ani do budoucna ovlivÀovat. Oprava se tedy nutnû musí pfiizpÛsobit aktuálním podmínkám. Z pohledu Ïivotnosti jsou jedním z dÛleÏit˘ch prvkÛ sanaãních systémÛ reprofilaãní malty. V okamÏiku reprofilace se jedná o vytvofiení souvrství star˘/nov˘ materiál, kdy nová hmota je naná‰ena v relativnû tenké vrstvû. Ve valné vût‰inû pfiípadÛ jde vlastnû o jakousi „transplantaci kÛÏe“, tj. vytvofiení nové ochranné vrstvy pro nosnou v˘ztuÏ. Je jasné, Ïe pro trvalé spojení musí obû hmoty mít co nejvût‰í soudrÏnost. Z dlouhodobého hlediska je v‰ak dle na‰ich zku‰eností dÛleÏitûj‰í souznûní deformací obou hmot vyvolávan˘ch externím namáháním jako je teplota, vlhkost nebo i bûÏná statická ãi dynamická zatíÏení. Tyto poÏadavky jsou velmi pfiísné a nároãné a souãasné mnohaleté zku‰enosti potvrzují, Ïe je nereálné jim vyhovût pfii pouÏití bûÏn˘ch cementov˘ch malt. Je nutné aplikovat tzv. PCC (polymercementové) ãi PC (polymerní) malty, tj. malty modifikované polymerními pryskyfiicemi v rÛzn˘ch podobách a mnoÏstvích. B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

Neménû v˘znamnou skuteãností pro Ïivotnost je kvalita podkladu. Jsou dobfie známé situace, kdy se sanuje konstrukce, jejíÏ stav a kvalita betonu jsou velmi ‰patné. Aplikace sanaãních hmot s pevností v tlaku 60 MPa a více na betony, které ztûÏí dosahují pevnosti 20 MPa, je s ohledem na nutnû rozdílné deformaãní chování zjevnû nevhodná. V del‰ím ãasovém horizontu bude mít pevná vrstva reprofilaãní hmoty snahu oddûlit se od nepevného podkladu, a to i v pfiípadû, Ïe v okamÏiku opravy se zajistí vyhovující soudrÏnost vrstev. Problematické kvality betonÛ v konstrukcích v mûlnické oblasti jsme si dobfie vûdomi. KdyÏ byly pfied léty formulovány receptury malt systému SAN-B, vycházeli jsme z pfiedpokladu, Ïe malty budou nejvíce aplikovány na podkladní betony s pevností pfiibliÏnû do 30 MPa. Od této hodnoty jsme odvodili pevnostní kritéria pro formulaci malt tak, aby finální modul pruÏnosti byl velmi blízk˘ podkladu. Nejenom pevnost v‰ak rozhoduje o deformaãním chování. Pro zaji‰tûní vysoké pfiídrÏnosti jsou reprofilaãní hmoty modifikovány polymerními disperzemi, takÏe se jedná o PCC malty. Správné volbû vhodné syntetické pryskyfiice dodávané do malt SAN-B v prá‰kové podobû (malty jsou jednokomponentní a staãí je smíchat pouze s vodou) byla vûnována velká pozornost. Dodavatelé disperzí nabízejí znaãné mnoÏství rÛzn˘ch typÛ, které se v˘raznû li‰í sv˘mi vlastnostmi a dopady na parametry modifikované hmoty. Disperze, která byla nakonec po srovnávacích testech zvolena, a která je nyní jiÏ fiadu let pouÏívána, prokazuje, Ïe nejen zvy‰uje pfiídrÏnost k podkladu, mrazuvzdornost a vodotûsnost, ale má i pfiízniv˘ dopad na zpracovatelnost malt, zv˘‰ení pruÏnosti a omezení vzniku trhlin. Pro omezení vzniku trhlin obsahují malty SAN-B dále polypropylénová vlákna FIBREX. PfiíleÏitost dÛkladnû provûfiit parametry

reprofilaãních hmot SAN-B s ohledem na Ïivotnost pfii‰la v roce 1998 v podobû úãasti pfii sanaci chladící vûÏe CHV 732 ITTERSON, vysoké 100 m, v areálu Chemopetrol Litvínov. Chladicí vûÏ (obr. 1) je stavba, jejíÏ beton je díky sv˘m rozmanit˘m provozním podmínkám velmi namáhán. Jak ukázal prÛzkum, pevnost betonu v tlaku je po v˘‰ce vûÏe znaãnû promûnná. V úrovni nejvíce po‰kozené paty vûÏe bylo zji‰tûno, Ïe se pohybuje mezi 20 aÏ 25 MPa, ve stfiedové ãásti byla pevnost vy‰‰í, pfiibliÏnû 30 aÏ 35 MPa, a v horní tfietinû opût mírnû klesla na úroveÀ 25 aÏ 30 MPa. Z prÛzkumu také vyplynulo, Ïe podstatná ãást reprofilace vûÏe bude provádûna metodou suchého nástfiiku. Znaãné naru‰ení plá‰tû vûÏe je patrné na obr. 2. Na základû získan˘ch poznatkÛ byly navrÏeny pro reprofilace následující hmoty: • Pro such˘ nástfiik v oblasti paty vûÏe smûsi SAN-B S4/30 a SAN-B S6/30 (zrnitost 4 a 6 mm, pevnost v tlaku min. 30 MPa), které se sv˘mi pevnostmi blíÏí kvalitû podkladu.

Obr. 1 Chladící vûÏ ITTERSON po opravû Fig. 1 Cooling tower ITTERSON after repair

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

35

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES

Obr. 2 Charakter poruch plá‰tû vûÏe Fig. 2 Character of fractures of the jacket of the tower

• Pro ruãní opravy na plá‰ti malty SANB R1, SAN-B R2, SAN-B R4. Z takto navrÏen˘ch hmot byly pfied zahájením opravy provedeny referenãní plochy, na kter˘ch byly ovûfiovány: • moÏnosti a zpÛsoby zpracování, • v˘sledná kvalita povrchÛ, • soudrÏnost reprofilace s podkladem, • materiálové parametry hmot. Pfii pfiípravû referenãních ploch byly samozfiejmû testovány nejen materiály SAN-B, ale i jiné reprofilaãní hmoty. Na sledování parametrÛ se podíleli kromû zástupcÛ generálního dodavatele opravy, spoleãnosti SPORT PROFESS, i laboratofi na‰eho v˘robního závodu a dále zku‰ební laboratofie VUT v Brnû a Kloknerova ústavu âVUT v Praze. Tato peãlivá pfiíprava, vedená snahou generálního dodavatele o co nejlep‰í v˘-

sledek opravy, nakonec vyústila v koneãn˘ návrh sanaãního sytému, ve kterém byly zastoupeny i reprofilaãní hmoty SANB. Souãasnû byl navrÏen pomûrnû rozsáhl˘ program kontrolních zkou‰ek, kter˘mi byla prokazována v˘stupní kvalita dodávan˘ch materiálÛ. Pro posouzení hmot z hlediska Ïivotnosti bylo v rámci kontrolních zkou‰ek na tûchto materiálech, kromû standardních pevností, provedeno i stanovení mrazuvzdornosti zatvrdlé hmoty a dále také vliv mrazového namáhání na soudrÏnost reprofilace provádûné such˘m nástfiikem k podkladu. Zkou‰ky byly provádûny v Kloknerovû ústavu âVUT. Vzorky pro zkou‰ky byly vyrobeny metodou suchého nástfiiku za spolupráce provádûcích firem pfiímo na staveni‰ti pfii opravû vûÏe Itterson 732. Pro smûsi SANB S4/30 a SAN-B S6/30 byl nastfiíkán betonov˘ blok do dfievûné formy o pÛdorysném rozmûru 500 x 500 mm a v˘‰ce cca 300 mm. Pro smûs SAN-B S4/30 byla pro zkou‰ku soudrÏnosti nastfiíkána vrstva smûsi 30 aÏ 50 mm na tlakovou vodou oãi‰tûnou betonovou desku 500 x 500 x 50 mm. Po nástfiiku byly vzorky oznaãeny následujícím zpÛsobem: a) Bloky L1 – SAN-B S4/30 L2 – SAN-B S6/30 b) Deska L7 – SAN-B S4/30 Vzorky byly do KÚ dopraveny druh˘ den po nástfiiku. Zde byly bloky uloÏeny aÏ do rozfiezání ve vlhkém prostfiedí (relativní vlhkost > 95 %) a teplotû 20 °C ± 2 °C. Pro zkou‰ky materiálov˘ch charakteristik byly z obou blokÛ pfiibliÏnû 7 aÏ 10 dní po nástfiiku nafiezány diamantovou pilou pod vodním chlazením trámeãky o rozmûru cca 40 x 40 x 160 mm. âást z nich byla uloÏena do vody a ãást ponechána na vzduchu v NLP (20/65). Deska byla nejprve uloÏena ve vodû po dobu 7 dní od nástfiiku. Následnû bylo provedeno profiezání nastfiíkané vrstvy 3 aÏ 5 mm do podkladu diamantovou pilou pod vodním

Tab. 1 Souhrn prÛmûrn˘ch hodnot pevností Tab. 1 Review of average values of strengthes

36

Typ malty

UloÏení malty

S4/30 S4/30 S6/30 S6/30

28 dní NLP Voda NLP Voda

Objemová hmotnost [kg/m3] 28 dní 2092 2164 2117 2167

B

ETON

Pevnost v tahu za ohybu [MPa] 28 dní 6,21 7,79 6,35 8,03

• TEC

Pevnost v tlaku [MPa ]

H NOLOG I E

34,6 30,9 33,9 34,2

chlazením v rastru pfiibliÏnû 50 x 50 mm. AÏ do zkou‰ky byla potom deska ponechána na vzduchu NLP (20/65). P E V N O S T I M A LT Vyfiezané trámeãky rozmûrÛ 40 x 40 x 160 mm byly zkou‰eny v ãase 28 dní po v˘robû dle âSN 72 2450. Pro kaÏd˘ typ malty a o‰etfiení (voda, NLP) byly zkou‰eny 3 trámeãky. V tabulce 1 je uveden souhrn prÛmûrn˘ch hodnot pevností. O DT R H O VÁ

ZKOU·KA P¤ED

ZM R AZOVÁN ÍM

Odtrhová zkou‰ka byla provádûna na ‰esti zku‰ebních místech, která byla osazena duralov˘mi zku‰ebními terãi tlou‰Èky 25 mm a plo‰e 50 x 50 mm. V jejich stfiedu je závit pro upnutí trhacího zafiízení. Terãe byly k povrchu lepeny dvousloÏkovou epoxidovou pryskyfiicí SIKADUR v pfiedepsaném pomûru. JelikoÏ nastfiíkaná vrstva nebyla zahlazená a byla nerovná, bylo pfied nástfiikem nejprve provedeno obrou‰ení nerovností, aby bylo moÏné lepení. Druh˘ den po vytvrzení epoxidové pryskyfiice bylo ke zku‰ebním terãÛm upnuto trhací zafiízení DYNA Z 15 firmy PROCEQ a byla provedena zkou‰ka. Pfii zkou‰ce byla zaznamenána lomová plocha. U vût‰iny vzorkÛ do‰lo k poru‰ení v reprofilaci. PrÛmûrná hodnota napûtí v tahu pfii poru‰ení byla Rt = 2,93 MPa pfii variaãním koeficientu v = 0,15. M R A Z U V Z D O R N O S T M A LT Y Zkou‰ka mrazuvzdornosti byla provedena dle âSN 72 2452 Zkou‰ka mrazuvzdornosti malty. Mrazuvzdornost byla zji‰Èována na 100 zmrazovacích cyklÛ. Za tímto úãelem byla zmrazována od kaÏdé malty sada trámeãkÛ (3 ks). Zmrazování bylo zahájeno 28 dní po v˘robû blokÛ, a to u trámeãkÛ uloÏen˘ch ve vodû. Mrazové namáhání bylo provádûno v automatické zmrazovací komofie tak, Ïe 1 zmrazovací cyklus sestával ze ãtyfi hodin zmrazování pfii teplotû – 20 °C ± 1 °C a dvou hodin uloÏení ve vodní lázni pfii teplotû + 20 °C ± 1 °C. Pfied zahájením zmrazování byla provedena zkou‰ka pevnosti první porovnávací sady trámeãkÛ (tab. 1). Po ukonãení cyklování (87 dní po nástfiiku blokÛ) byly zmrazované trámeãky a trámeãky druhé porovnávací sady vyjmuty, povrchovû osu‰eny, zváÏeny a odzkou‰eny na pevnost v tahu za ohybu a v tlaku na zlomcích trámeãkÛ.

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGIES V tabulce 2 jsou souhrnné v˘sledky vãetnû vyjádfiení souãinitele mrazuvzdornosti. Testované vzorky vyhovují poÏadavku na stupeÀ mrazuvzdornosti T100, neboÈ souãinitele mrazuvzdornosti jsou vût‰í neÏ 0,75, tj. kritérium normy âSN 72 2452. VLIV

PÒSOBENÍ MRAZU NA

P¤ ÍDRÎNOST R E PROFI L AC E K BETONOVÉMU PODKLADU

Po provedení zkou‰ky pfiídrÏnosti byla deska L7 – S4/30 rozfiíznuta v polovinû. Obû ãásti byly uloÏeny do vody na 3 dny. Poté byla 1/2 desky vloÏena do zmrazovací automatické komory a zmrazována stejn˘m zpÛsobem jako trámeãky, tj. na 100 zmrazovacích cyklÛ. Po ukonãení zmrazování byla deska ze zmrazovacího boxu vyjmuta a deska z vody také. Obû desky byly ponechány na vzduchu (NLP 20/65) vysychat 3 dny. DÛvodem této prodlevy byla nutnost mít such˘ povrch pro nalepení terãÛ pro odtrhy. Odtrhová zkou‰ka pak byla provedena na pûti místech obdobn˘m zpÛsobem jako pfied zahájením zmrazování. U vût‰iny vzorkÛ do‰lo k poru‰ení v reprofilaãní maltû. PrÛmûrné hodnoty napûtí v tahu pro jednotlivé desky jsou:

Obr. 3 Provedená reprofilace plá‰tû PCC maltami SAN-B Fig. 3 Completed reprofilling of the PCC jacket using SAN-B mortars

• kontrolní deska Rt,k = 2,63 MPa (variaãní koeficient v = 0,22), • zmrazovaná deska Rt,100 = 2,60 MPa (variaãní koeficient v = 0,29). Souãinitel mrazuvzdornosti, vyjádfien˘ jako pomûr hodnoty kontrolní a po zmrazování, má hodnotu 0,99. Niωí hodnotu pevnosti v tahu pfii této zkou‰ce oproti pevnosti pfied zmrazováním lze vysvûtlit pfiítomností vlhkosti, která sniÏuje pevnost ve srovnání s vysu‰en˘mi vzorky. Z ÁV ù R Získané v˘sledky potvrdily dobrou kvalitu materiálÛ. Velmi pfiíznivé byly obvzlá‰tû hodnoty pfiídrÏnosti. Z proveden˘ch zkou‰ek vypl˘vá, Ïe materiály SAN-B S4/30 a SAN-B S6/30 pouÏité pfii opravû such˘m nástfiikem vykázaly poÏadované pevnosti v tlaku a tahu (min. 30 MPa v tlaku a min. 5,5 MPa v tahu za ohybu). Souãasnû vykázaly mrazuvzdornost malt minimálnû na 100 zmrazovacích cyklÛ a zejména vysokou pfiídrÏnost malty

k podkladu jak pfied zmrazováním, tak i po namáhání 100 zmrazovacími cykly, kdy pfiídrÏnost po zmrazování zÛstala témûfi nezmûnûna. Oprava vûÏe probûhla v druhé polovinû roku 1998 a provedené garanãní prohlídky zaznamenaly dobr˘ stav opravy.

Tab. 2 Vyjádfiení souãinitele mrazuvzdornosti Tab. 2 Coefficient of frost resistance Oznaãení malty

Poãet cyklÛ za ohybu 1. kontrolní sada 100 2. kontrolní sada

L1 – S4/30

Souãinitel mrazuvzdornosti L2 – S6/30

1. kontrolní sada 100 2. kontrolní sada

Souãinitel mrazuvzdornosti

Pevnost v tahu [MPa] 7,79 7,15 8,19 0,87 8,03 7,46 7,85 0,95

Pevnost v tlaku [MPa] 30,9 34,5 32,8 1,05 34,2 35,8 34,9 1,03

Literatura [1] Kneissl Vl., Pommer R.: Oprava CHV Itterson 732 100 m, Chemopetrol Litvínov, Sborník IX Mezinárodního symposia Sanace betonov˘ch konstrukcí, Brno, 1999, str. 138 – 140 [2] Habarta J., Zeman S.: Kontrolní zkou‰ky materiálÛ pouÏit˘ch pfii sanaci chladící vûÏe 732, Sborník IX. Mezinárodního sympozia Sanace betonov˘ch konstrukcí, Brno, 1999, str. 134 – 137 [3] Kolísko J., Kleãka T., Koláfi K.: Sanace CHV Itterson 100 m – vliv mrazu na pevnosti a soudrÏnost reprofilaãních hmot s podkladem, Sborník IX. Mezinárodního symposia Sanace betonov˘ch konstrukcí, Brno, 1999, str. 128 – 131 Ing. Vladimír Kneissl PREMIX, s. r. o. Libi‰ 1, Neratovice tel./fax: 0206 686 563 e-mail: [email protected], www.premix.cz

OM LUVA V 1. ãísle druhého roãníku ãasopisu jsme na stranû 58 v ãlánku nazvaném Betonáfiské dny 2001 uvedli nepravdivou informaci o ocenûné stavbû v soutûÏi o vynikající betonovou konstrukci z let 1999 aÏ 2000 v kategorii Budovy. âestné uznání v kategorii Budovy získala stavba administrativní budovy pfiihlá‰ená do soutûÏe pod názvem „Pfiístavba objektu B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

TESCO“. Objekt patfií spoleãnosti softwarov˘ch a obchodních sluÏeb TESCO, spol. s r. o. Redakce se za uvefiejnûní mylné informace omlouvá v‰em ãtenáfiÛm, majiteli ocenûného objektu i projektantovi stavby, Stavoprojektu Olomouc, a. s.

• SANAC

redakce

E

2/2002

37

VùDA

A V¯ZKUM SCIENCE AND RESEARCH

MOÎNOSTI

VYUÎITÍ MODULOVANÉHO VODNÍHO PAPRSKU P¤I SANACI BETONU POSSIBILITIES OF USING OF MODULATED WATER JET IN CONCRETE REPAIR Problematika pfiípravy povrchu betonu pfied sanací. Pfiehled tradiãních metod je doplnûn pojednáním o pfiípravû pomocí vysokorychlostních vodních paprskÛ, zvlá‰tû pak paprskÛ modulovan˘ch ultrazvukem. Jsou ukázány v˘hody pouÏití takov˘ch paprskÛ pfii sanaãních pracích z hlediska ekonomického i ekologického. A problem of preparation of concrete surface before repair is a subject of the paper. The review of traditional methods is accompanied with section dealing with preparation by high speed water jets, and, in particular, by ultrasonic modulated jets. Advantages of using such the jets for repair works are presented from both economical and ecological points of view. P¤EHLED

S TÁVA J Í C Í C H

T E C H N O LO G I Í O D S T R A ≈ O VÁ N Í POVRCHOV¯CH VRSTEV BETONU

V souãasné dobû se k pfiípravû povrchÛ betonu pro sanace pouÏívá celá fiada technologií od mechanick˘ch aÏ po vyuÏití vysokorychlostních vodních paprskÛ. • Odsekávání – provádí se klasick˘m vibraãním náfiadím, je nutno mít na zfieteli, Ïe pfies vysokou produktivitu této operace mÛÏe dojít k po‰kození konstrukce zbyteãn˘m oslabením, vznikem prasklin nebo mikrotrhlin. • Frézování – provádí se odbru‰ováním povrchu betonu, vytváfií se v‰ak hladk˘

povrch. ZároveÀ se odstraÀuje pau‰álnû celá vrstva prÛfiezu a nedochází k selektivnímu odstraÀování degradovaného betonu. • Otryskávání abrazivem – technologie otryskávání betonu pískem, ocelov˘mi broky ãi jin˘mi abrazivními ãásticemi patfií k nejstar‰ím technologiím (byla patentována v roce 1870 B. C. Tilghamem). U této technologie jsou abrazivní ãástice vrhány proti ãi‰tûnému povrchu buì stlaãen˘m vzduchem nebo mechanicky. Nev˘hodou je vznik polétav˘ch ãástic, které mohou b˘t neÏádoucí s ohledem na Ïivotní a pracovní prostfiedí, a také nutnost odstranit z o‰etfiené plochy ulpûlé abrazivní ãástice a zbytky odstraÀovaného betonu. • Otryskávání horkou vodou a parou – hodí se zejména k oãi‰tûní povrchu betonu, samo o sobû není schopno odstraÀovat degradované vrstvy. Pára a horká voda mají znaãnou schopnost zefektivnit ãi‰tûní betonu, a to zejména u povrchÛ, které jsou kontaminovány uhlovodíky nebo u kter˘ch je zapotfiebí emulgovat tuky. Nev˘hodou tohoto zpÛsobu je nutnost tepelnû izolovat systém pro generování horké vody nebo páry a znaãné energetické ztráty. • Otryskávání vysokorychlostními vodními paprsky (VVP) – slouÏí pro selektivní odstraÀování degradovan˘ch vrstev betonu, které je zaji‰tûno vhodn˘m nastavením pracovních parametrÛ paprsku. Pfii této operaci nedochází k dyna-

Obr. 1 Porovnání tlakov˘ch projevÛ kontinuálního a pulzního paprsku pfii jejich dopadu na povrch betonu (pi – impaktní tlak, ps – stagnaãní tlak) Fig. 1 Comparison of pressure effects of continuous and pulsed jets acting upon concrete surface (pi – impact pressure, ps – stagnation pressure)

38

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

tryska

b

L I B O R S I T E K , J O S E F F O L DY N A

A hrot

a

Obr. 2 Schéma uspofiádání ultrazvukové trysky [4] Fig. 2 Geometric configuration of the ultrasonic nozzle [4]

mickému zatíÏení konstrukce, nevznikají mikrotrhliny. Po aplikaci paprsku navíc není nutno oãi‰Èovat povrch konstrukce. V poslední dobû se zdá, Ïe vodní paprsky ve stále vût‰í mífie nahrazují otryskávání abrazivy a mechanické zpÛsoby pfiípravy povrchÛ pfied sanací. Technologie VVP zaznamenala v prÛbûhu posledních dvou desetiletí znaãn˘ rozmach. V˘voj rotaãních tûsnûní umoÏnil vyuÏívání rotujících paprskÛ jak v aplikacích objemového rozpojování a fiezání hlubok˘ch záfiezÛ (napfiíklad pfii tûÏbû okrasného kamene), tak i pfii sanacích. Poãátkem osmdesát˘ch let se oblast pouÏitelnosti VVP roz‰ífiila zavedením abrazivních vodních paprskÛ (abrazivní ãástice se pfiidávají do VVP), a abrazivních suspenzních paprskÛ (abrazivní paprsek je vytváfien pfiímo prÛtokem abrazivní suspenze tryskou). Technologie umoÏÀuje vysok˘ stupeÀ automatizace a moÏnost nasazení dálkovû fiízen˘ch jednotek. V souãasné dobû je na trhu k dispozici fiada systémÛ pro odstraÀování degradovan˘ch vrstev betonu s vyuÏitím vysokorychlostních vodních a abrazivních paprskÛ. Maximální pracovní tlaky se v nûkter˘ch aplikacích pohybují aÏ do 380 MPa, v jin˘ch aplikacích se pouÏívají prÛtoky vody desítky a nûkdy i stovky l/min, v˘kony ãerpadel mohou dosáhnout aÏ 400 kW. I pfies technologick˘ pokrok dosaÏen˘ v posledních letech v oblasti aplikací vyso-

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

VùDA SCIENCE

korychlostních a abrazivních paprskÛ pfii sanacích, je zapotfiebí snaÏit se o dal‰í zdokonalení této technologie, aby se je‰tû lépe pfiizpÛsobila stále nároãnûj‰ím ekologick˘m poÏadavkÛm, dále se zv˘‰ila její v˘konnost a její pouÏití bylo ekonomicky v˘hodnûj‰í. V poslední dobû se pozornost v˘zkumn˘ch t˘mÛ zaãíná soustfieìovat na moÏnost vyuÏití perspektivních a energeticky ménû nároãn˘ch vysokorychlostních modulovan˘ch pulzních paprskÛ. ZESÍLENÍ

ÚâINKÒ

V Y S O K O RY C H LO S T N Í C H V O D N Í C H

lace paprsku umoÏÀuje generovat pulzní paprsek s frekvencí fiádovû desítky tisíc pulzÛ za sekundu, coÏ v˘znamnû pfiispívá k únavovému poru‰ování rozpojovaného materiálu. Pfiíklad provedení ultrazvukové trysky je na obr. 2. Ultrazvuková modulace paprsku je vytváfiena vibrujícím hrotem ultrazvukového transformátoru rychlosti umístûného uvnitfi trysky. Hrot vibruje axiálnû s frekvencí f a amplitudou A tak, Ïe vzdálenost a i mezera b se periodicky mûní z minimálních na maximální hodnoty. Vibrace jsou generovány ultrazvukov˘m zafiízením pfiipojen˘m k trysce.

PAPRSKÒ MODU L AC Í

Teoretick˘ rozbor nárazu vodního paprsku na povrch rozpojovaného materiálu vede k závûru, Ïe impaktní tlak pi generovan˘ dopadem sloupce kapaliny dosahuje hodnotu mnohonásobnû vy‰‰í neÏ je hodnota stagnaãního tlaku ps generovaného kontinuálním paprskem se stejn˘mi parametry (obr. 1). Zesílení tlaku je moÏno vyjádfiit vztahem (1) pi c =2 0 ps v0

(1)

kde c0 je rychlost ‰ífiení zvuku v kapalinû (pro vodu c0 = 1480 m/s) a v0 je rychlost dopadajícího paprsku. JelikoÏ rychlosti dopadu kontinuálních paprskÛ dnes bûÏnû uÏívan˘ch pfii sanacích nepfiekraãují hodnotu 700 m/s, impaktní tlak pulzního paprsku bude nejménû 4krát vy‰‰í neÏ tlak stagnaãní za jinak stejn˘ch podmínek. Z pfiedchozí úvahy je tedy zfiejmé, Ïe pokud se kontinuální paprsek rozãlení na vzájemnû oddûlené sloupce vody, v˘sledn˘ pulzní paprsek bude mít pfii stejn˘ch hydraulick˘ch parametrech znaãnû vy‰‰í v˘konnost v porovnání s kontinuálním paprskem. Také dal‰í úãinky vyvolané dopadem pulzního paprsku – zv˘‰ená penetrace paprsku a únavové namáhání rozpojovaného materiálu – budou dále zvy‰ovat v˘konnost pulzních paprskÛ [3]. Nejperspektivnûj‰ím zpÛsobem generování pulzních paprskÛ z hlediska praktického vyuÏití je ultrazvuková modulace kontinuálního paprsku. Modulovan˘ paprsek se formuje do pulzÛ aÏ po v˘stupu z trysky pÛsobením relativnû malé modulace (pouze nûkolik %) a systém pro generování modulovaného paprsku tedy netrpí úãinky hydraulického rázu a extrémními zmûnami reaktivní síly, jako nûkteré dfiívûj‰í pulzní systémy. Navíc moduB

ETON

• TEC

H NOLOG I E

E X P E R I M E N TÁ L N Í

V¯ZKUM

Ú â I N K Ò M O D U LO VA N ¯ C H PAPRSKÒ NA B ETON

V roce 1994 se Ústav geoniky AV âR v Ostravû zafiadil mezi nûkolik málo svûtov˘ch pracovi‰È zab˘vajících se v˘zkumem v oblasti pulzních vodních paprskÛ. V souãasnosti zde probíhá rozsáhl˘ experimentální program zamûfien˘ na zkoumání základních fyzikálních procesÛ pfii generování pulzních paprskÛ a hodnocení jejich úãinkÛ na materiály v nejrÛznûj‰ích aplikacích vãetnû sanací betonu. Porovnání úãinkÛ rozpojování modulovan˘m a kontinuálním paprskem bylo provedeno na vzorcích dvou druhÛ betonu li‰ících se druhem kameniva, viz tab. 1. Byla pouÏita tryska o v˘stupním prÛmûru 1,98 mm, tlak vody na vstupu do trysky byl udrÏován na hodnotû 40 MPa, ultrazvukov˘ v˘kon byl ve v‰ech pfiípadech 600 W. Z vyhodnocení zkou‰ek zamûfien˘ch na v˘zkum parametrÛ modulovaného paprsku vyplynulo, Ïe optimální vzdálenost vzorku od trysky bude pfii dan˘ch

AND

A V¯ZKUM RESEARCH

parametrech paprsku 140 mm. Pfii zkou‰kách na betonu 1 byly testovány dvû fiezné rychlosti: 2 a 5 m/min, u betonu 2 byla fiezná rychlost 2 m/min. Pfii stejn˘ch parametrech byly na vzorcích obou druhÛ betonu provedeny také zkou‰ky s bûÏnou tryskou pro generování kontinuálního paprsku a porovnány s v˘sledky rozpojování modulovan˘m paprskem. Jako kvantitativní parametr k porovnání v˘konnosti obou zpÛsobÛ rozpojování byla stanovena hloubka fiezu (úbûru) materiálu. V˘sledky, vãetnû dosaÏené hloubky fiezu, ukazují obrázky 3 a 4. Modulovan˘ i kontinuální paprsek vytváfiejí v obou typech betonu dráÏky nepravidelné ‰ífiky a hloubky, jeÏ jsou vytváfieny pfiedev‰ím vytrháváním kouskÛ cementu kolem vût‰ích zrn kameniva. DráÏky vytvofiené pÛsobením modulovaného paprsku v‰ak mají ãlenitûj‰í dno, zvlá‰tû pfii vût‰ích rychlostech rozpojování (obr. 3c a 3d). Podobn˘ch v˘sledkÛ bylo dosaÏeno také pfii rozpojování hornin (pískovec, Ïula), ov‰em s vût‰ím rozdílem mezi nepravideln˘m dnem u modulovaného paprsku a plo‰‰ím u kontinuálního. PrÛmûrná hloubka fiezu v betonu pfii pouÏití modulovaného paprsku je ve v‰ech pfiípadech asi o 50 % vût‰í v porovnání s kontinuálním paprskem stejn˘ch parametrÛ. Ukazuje se, Ïe v˘konnost modulovaného paprsku pfii rozpojování mÛÏe b˘t je‰tû zv˘‰ena, zejména pak optimálním nastavením parametrÛ paprsku, jako je napfi. tlak vody ãi fiezná rychlost. Experimenty jednoznaãnû potvrdily teoretick˘ pfiedpoklad, Ïe modulovan˘ paprsek se aÏ do urãité vzdálenosti od trysky chová jako paprsek kontinuální. Jakmile v‰ak dosáhne tzv. rozpadovou délku

Tab. 1 Charakteristiky zkou‰en˘ch vzorkÛ betonu Fig. 1 Characteristics of tested samples of concrete

beton 1 cement písek kamenivo voda hustota pevnost v tlaku: beton 2 cement písek kamenivo voda hustota pevnost v tlaku

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

CEM I 42,5 R, Mokrá (412 kg) 0 aÏ 4 mm, Îabãice (780 kg) 8 aÏ 16 mm, amfibolit Îele‰ice (1020 kg) 210 kg 2526 kg/m3 37,3 MPa CEM I 42,5 R, Mokrá (412 kg) 0 aÏ 4 mm, Îabãice (780 kg) 8 aÏ 16 mm, kopan˘ písek Îabãice (1020 kg) 210 kg 2367 kg/m3 28,0 MPa 2/2002

39

VùDA

A V¯ZKUM SCIENCE AND RESEARCH

(a)

(b)

h= 13,9 mm

(c)

h= 9,3 mm

(d)

h= 9,6 mm

(a)

h= 6,3 mm

Obr. 3 Beton 1 rozpojen˘ modulovan˘m (a, c) a kontinuálním (b, d) paprskem. Podmínky zkou‰ky: tlak vody 40 MPa, prÛmûr trysky 1,98 mm, fiezná rychlost 2 m/min (a, b) a 5 m/min (c, d), vzdálenost od trysky 140 mm Fig. 3 Concrete No. 1 exposed to modulated jet (a, c) and continuous jet (b, d). Testing conditions: water pressure 40 MPa, nozzle diameter 1.98 mm, traverse velocity 2 m/min (a, b) and 5 m/min (c, d), standoff distance 140 mm

paprsku, kdy se kontinuální paprsek rozãlení na jednotlivé shluky kapaliny, jeho v˘konnost se dramaticky zv˘‰í právû v dÛsledku uplatnûní vlivu impaktního tlaku generovaného dopadem jednotliv˘ch shlukÛ vody. ZJ I·ËOVÁN Í

KVALIT Y

U P R AV E N É H O P OV R C H U

Metodika pro hodnocení kvalitativního aspektu, tedy vlastností povrchu upraveného technologií vysokorychlostního vodního paprsku, doposud není dostateãnû propracována. Jedná se o definování pfiesného postupu, kter˘ by umoÏÀoval pomocí jednoduch˘ch a v terénu rychle provediteln˘ch zkou‰ek konstatovat, zda je kvalita Obr. 5 Porovnání v˘konnosti modulovaného a kontinuálního paprsku pfii odstraÀování nátûru AMERCOAT 68HS (1-GP-183 & 1-GP-192) – prÛmûr trysky 1,7 mm, ultrazvuková modulace 15 kHz a 1 kW Fig. 5 Comparison of continuous and pulsed jets for the removal of coating AMERCOAT 68HS (1-GP183 & 1-GP-192) – nozzle diameter 1.7 mm, ultrasonic modulation 15 kHz and 1 kW

Plo‰n˘ v˘kon [m2/hod]

5 Modulovan˘ paprsek 34,2 MPa

4

Kontinuální paprsek 55,2 MPa

3 2 1

ZAHRANIâNÍ

ZKU·ENOSTI

S M O D U LO VA N ¯ M I PA P R S K Y

0 3

6

9

12

15

Modulovan˘ pulzní vysokorychlostní paprsek není doposud pfii sanaãních zásazích

Rychlost posuvu [m2/min]

40

o‰etfieného povrchu dostateãná, tedy zda byl degradovan˘ beton odstranûn v dostateãné hloubce a zda je povrch betonu pfiipraven pro aplikaci sanaãních hmot [1]. V literatufie [2] jsou popsány experimenty, které zji‰Èovaly vliv zpÛsobu úpravy povrchu na v˘slednou kvalitu sanace. Byla hodnocena soudrÏnost novû nanesen˘ch správkov˘ch materiálÛ s podkladním betonem upraven˘m pískováním, osekáváním pneumatick˘m kladivem a otryskáním vysokorychlostním paprskem. Nejlépe byl hodnocen vysokorychlostní vodní paprsek. V dÛsledku nedostupnosti v‰ak nebyl sledován vliv paprsku modulovaného. Dal‰ím kritériem hodnocení kvality povrchu betonu pfied nanesením sanaãních hmot je geometrie upraveného povrchu. Pro zaji‰tûní dobré soudrÏnosti novû aplikovan˘ch správkov˘ch materiálÛ se star˘m podkladním materiálem je vhodné, aby novû vytvofien˘ povrch byl dostateãnû ãlenit˘ a odstranûní degradovaného betonu bylo selektivní. Povrchy byly upraveny pískováním, osekáním pneumatick˘m kladivem, vysokorychlostním vodním paprskem a modulovan˘m vysokorychlostním vodním paprskem. Nejlep‰ích v˘sledkÛ, nejãlenitûj‰ího povrchu bylo dosaÏeno pfii pouÏití modulovaného paprsku. Je to zpÛsobeno zejména pulzním zatûÏováním povrchu betonu, kdy dochází k snadnûj‰ímu poru‰ení v mikroobjemech degradované vrstvy vlivem nûkolikanásobnû niωí pevnosti v tahu u kfiehk˘ch materiálÛ (beton, horniny apod.).

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

(b)

h= 14,5 mm

h= 9,5 mm

Obr. 4 Beton 2 rozpojen˘ modulovan˘m (a) a kontinuálním (b) paprskem. Podmínky zkou‰ky: tlak vody 40 MPa, prÛmûr trysky 1,98 mm, fiezná rychlost 2 m/min, vzdálenost od trysky 140 mm Fig. 4 Concrete No. 2 exposed to modulated jet (a) and continuous jet (b). Testing conditions: water pressure 40 MPa, nozzle diameter 1.98 mm, traverse velocity 2 m/min, standoff distance 140 mm

vyuÏíván. Souãasné zku‰enosti zahraniãních pracovi‰È zab˘vajících se v˘zkumem tûchto paprskÛ a jejich uvedením do praxe jsou zatím z oblasti ãi‰tûní a odstraÀování nátûrÛ, kde jiÏ bylo dosaÏeno nepopiratelnû lep‰ích v˘sledkÛ v porovnání s ostatními (klasick˘mi) zpÛsoby ãi‰tûní i vysokorychlostním vodním paprskem. Bylo vyrobeno první komerãní zafiízení pro ãi‰tûní modulovan˘m paprskem a je s úspûchem vyuÏíváno v praxi. Porovnání v˘konnosti modulovaného a kontinuálního paprsku v aplikaci odstraÀování ochranného nátûru jako jedné z ãinností pfii sanacích je graficky znázornûno na obr. 5. Jak je z obrázku zfiejmé, kontinuální paprsek dosahuje maximální v˘konnosti pfii rychlosti posuvu 9 m/min a pfii dal‰ím zvy‰ování rychlosti posuvu v˘konnost ztrácí. Naproti tomu modulovan˘ paprsek získává maximální v˘konnost pfii rychlosti posuvu 15 m/min, coÏ je maximální moÏná rychlost pouÏitého systému. Za pozornost stojí také skuteãnost, Ïe aãkoli byl kontinuální paprsek generován tlakem o více neÏ 20 MPa vy‰‰ím neÏ paprsek modulovan˘, maximální v˘konnost modulovaného paprsku byla zhruba 2,5krát vy‰‰í. Skuteãnost, Ïe modulovan˘ paprsek dosahuje maximální v˘konnosti aÏ v urãité vzdálenosti od trysky, je z praktického hlediska velmi v˘znamná. V pfiípadû pouÏití modulovaného pulzního paprsku totiÏ odpadá nutnost minimalizovat vzdálenost mezi tryskou a ãi‰tûn˘m povrchem, coÏ

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

VùDA SCIENCE

usnadÀuje práci pfiedev‰ím na nerovn˘ch ãi obtíÏnûji pfiístupn˘ch plochách. Dal‰í novinkou v oblasti modulovan˘ch pulzních paprskÛ je v˘voj rotaãního modulovaného paprsku a jeho úspû‰né uvedení do praxe. I kdyÏ je v souãasnosti vyuÏíván zejména pfii ãi‰tûní, autofii si troufají tvrdit, Ïe i pfii sanacích zaujme své v˘znamné místo. V˘‰e uvedené v˘sledky dosaÏené s modulovan˘mi pulzními paprsky naznaãují, Ïe pfii vhodné volbû provozních parametrÛ tûchto paprskÛ je u pfiípravy povrchÛ betonÛ pro sanace moÏno oãekávat pfii jinak stejn˘ch podmínkách nûkolikanásobnû vy‰‰í v˘konnost v porovnání s kontinuálními paprsky. PRAKTICK¯

DOPAD V YUÎITÍ

M O D U LO VA N ¯ C H PA P R S K Ò P ¤ I P ¤ Í P R AV ù P O V R C H Ò B E T O N U PRO SANAC I

Hledisko v˘konnostní Pfii pfiípravû povrchÛ pro sanace se v souãasné dobû pouÏívají vysokotlaká zafiízení schopná generovat kontinuální paprsky tlakem minimálnû 100 MPa a v mnoha pfiípadech je pro úãinné odstranûní degradovaného betonu zapotfiebí tlakÛ pfies 250 MPa. PrÛtoãná mnoÏství se pfiitom pohybují fiádovû v desítkách litrÛ vody za minutu. Jedná se tedy o zafiízení velmi sloÏitá a velmi namáhaná, s vysokou spotfiebou pohonn˘ch hmot a vysok˘mi provozními náklady. Hledisko ekologické Celosvûtové trendy ochrany Ïivotního prostfiedí vedou k prosazování tzv. ãist˘ch technologií, které mají minimální dopad na okolní prostfiedí. V pfiípadû pouÏití modulovan˘ch pulzních vodních paprskÛ je moÏno oãekávat podstatné sníÏení mnoÏství vody pouÏité pfii sanacích v porovnání s aplikacemi kontinuálních vodních paprskÛ, a to díky jejich v˘raznû vy‰‰í v˘konnosti. Hledisko ekonomické Pfii ekonomickém hodnocení nasazení vysokorychlostních vodních paprskÛ je nutno vycházet z cen poãítan˘ch za nasazení technologie na mûrnou jednotku v˘konu (napfi. za 1 hod, za 1 m2 apod.). Tyto ceny se zase odvíjí od vstupních cen, zohledÀujících následující nákladové poloÏky: • pofiizovací cena zafiízení; • provozní náklady (pohonné hmoty, B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

náhradní díly, údrÏba, opravy, technologické náklady – voda, abrazivo atd.); • ekologické náklady; • personální náklady; • reÏijní náklady firmy. Proti tûmto nákladÛm stojí v˘nosy, které jsou na úrovni trÏní ceny za mûrnou jednotku v˘konu. Dominuje snaha minimalizovat nákladové poloÏky a poloÏky v˘nosové naopak maximalizovat. Minimalizace nákladov˘ch poloÏek je nejlépe moÏná v pfiípadû poloÏek spojen˘ch s cenou zafiízení, náhradních dílÛ, údrÏby zafiízení a s ochranou Ïivotního prostfiedí. Z praxe je moÏno odhadnout, Ïe pfii pouÏití technologie vysokorychlostního vodního paprsku tvofií uvedené vlivy zhruba 30 % celkové ceny. Z rozboru cen vysokotlak˘ch zafiízení na trhu je zfiejmé, Ïe niωí pracovní tlak a niωí prÛtok vody se v˘raznû odráÏí ve v˘sledné cenû vysokotlakého zafiízení. Pokud vycházíme z v˘konnostního porovnání uvedeného v pfiedchozích kapitolách, je moÏno pfiedpokládat, Ïe pouÏitím vysokorychlostního pulzního vodního paprsku by bylo moÏno nahradit napfiíklad agregát pracující s kontinuálními paprsky generovan˘mi tlakem 200 MPa a s prÛtokem 22 l/min agregátem s pracovním tlakem 35 MPa a prÛtokem 27 l/min. Pro dosaÏení stejného pracovního v˘konu by bylo moÏno pouÏít zafiízení zhruba 6krát levnûj‰í, s niωími nároky na údrÏbu a náhradní díly. V koneãném dÛsledku by pouÏití vysokorychlostních pulzních paprskÛ mohlo vést ke sníÏení celkov˘ch nákladÛ na mûrnou jednotku v˘konu minimálnû o 30 aÏ 40 %, coÏ by v˘raznû pfiispûlo k dal‰ímu roz‰ífiení vyuÏívání této technologie pfii sanacích betonu.

U KC E

• SANAC

E

A V¯ZKUM RESEARCH

znaãnû niωím nákladÛm na pofiízení provozu takov˘ch zafiízení se vyuÏití vodních paprskÛ stane ekonomicky v˘hodn˘m a vyhledávan˘m fie‰ením pro malé firmy zab˘vající se sanacemi. Na základû v˘sledkÛ testÛ rozpojování betonu autofii odhadují, Ïe pouÏití modulovan˘ch paprskÛ by mohlo v pfiípadû sanaãních zásahÛ na betonov˘ch konstrukcích vést ke sníÏení poÏadovan˘ch pracovních tlakÛ na hodnoty pod 50 MPa, pfiiãemÏ v˘konnost bude minimálnû stejná, ne-li vy‰‰í neÏ u stávajících systémÛ s tlaky aÏ 250 MPa. Díky pouÏití pulzních vysokorychlostních vodních paprskÛ by bylo moÏno uvaÏovat buì o omezení pracovních tlakÛ a tudíÏ o efektivním pouÏívání finanãnû dostupnûj‰ích vysokotlak˘ch zafiízení, nebo o v˘razném omezení mnoÏství pouÏité vody, coÏ mÛÏe pomoci pfii dodrÏování stále tvrd‰ích ekologick˘ch limitÛ. V˘zkumná práce v oblasti vysokorychlostních pulzních paprskÛ byla uskuteãnûna v rámci projektÛ GA AVâR (reg. ã. A2086001) a GA âR (reg. ã. 105/00/0235).

Z ÁV ù R Technologie vysokorychlostních vodních paprskÛ v oblasti sanací betonu má velk˘ potenciál pro nahrazení jin˘ch technologií. V˘raznûj‰ímu roz‰ífiení této technologie brání vysoká pofiizovací cena a vysoké provozní náklady vysokotlak˘ch zafiízení. Sanace se v dÛsledku toho prodraÏují a vysokotlaká zafiízení si mohou pofiídit a provozovat jen finanãnû silné firmy. V˘voj v oblasti modulovan˘ch pulzních paprskÛ mÛÏe znamenat cestu k takové intenzifikaci úãinkÛ vysokorychlostních paprskÛ, Ïe místo vysokotlak˘ch systémÛ bude moÏno pouÏívat zafiízení s v˘raznû niωími pracovními tlaky, aniÏ se tak bude dít na úkor jejich v˘konnosti. Vzhledem ke

• KONSTR

AND

2/2002

Literatura [1] Bodnárová L.: Nûkteré vybrané aspekty kvality povrchu betonu o‰etfieného technologií vysokorychlostního vodního paprsku, Sb. IX. mezin. symp. Sanace betonov˘ch konstrukcí, SSBK, Brno 1999, str. 276 – 280 [2] Hilmersson S.: Hydrodemolition of concrete structures: basics and field experience. Water Jet Applications in CE, A. A. Balkema, Rotterdam 1998, Brookfield, pp. 163 – 176 [3] Vijay M. M., Foldyna J.: Ultrasonically Modulated Pulsed Jets: Basic Study, Proc. of the 12th Int.. Conf. on Jet Cutting Technology, BHR Group, Cranfield, Bedford, UK 1994, pp. 15 – 35 [4] Vijay M. M., Foldyna J.: Ultrasonically modulated pulsed water jets: Effect of frequency on performance, Proc. of the Int. Conf. Geomechanics 96, A. A. Balkema, Rotterdam 1997, Brookfield, pp. 303 – 308 Ing. Libor Sitek, Ph.D., Ing. Josef Foldyna, CSc. Ústav geoniky AV âR Studentská 1768, 708 00 Ostrava–Poruba tel.: 069 6979 111, fax: 069 6919 452, e-mail: [email protected], [email protected] www.ugn.cas.cz

41

VùDA

A V¯ZKUM SCIENCE AND RESEARCH

BETONOVÉ

DESKY NA PODDAJNÉM PODKLADU VYSTAVENÉ VLIVÒM VYS¯CHÁNÍ A SMR·ËOVÁNÍ CONCRETE SLABS ON THE ELASTIC FOUNDATION EXPOSED TO EFFECTS OF DRYING AND SHRINKAGE

JAN L. VÍTEK, ALE NA KOHOUTKOVÁ, VLADIMÍR K¤ÍSTEK Betonové desky jsou vystaveny postupnému vys˘chání a teplotním zmûnám, které vedou ke vzniku vlastních napûtí a deformací. Rychlé vys˘chaní mÛÏe zpÛsobit potrhání povrchu desky. Metoda v˘poãtu je ukázána na pfiíkladu deskového pásu. Historie rozdûlení napûtí a ohybov˘ch momentÛ a deformované tvary ilustrují úãinky smr‰Èování na desku. Jsou ukázány hranice pouÏitelnosti klasického postupu v˘poãtu zaloÏeného na pouÏití prÛmûrn˘ch prÛfiezov˘ch veliãin. Concrete slabs are exposed to progressive drying and to temperature changes. It results in development of eigenstresses and strains. Rapid drying of the concrete surface may cause cracking. The method of analysis shown on the example of a slab strip takes the progressive drying and temperature development into account. History of the stress and bending moment distribution and deformed shapes illustrate the effect of shrinkage. The example shows the limits of the classical approach based on the average cross-sectional values. Povrch betonov˘ch konstrukcí je vystaven vlivÛm okolního prostfiedí se zmûnami vlhkosti a teplotních úãinkÛ. Oba tyto jevy by se u voln˘ch prvkÛ elementárního objemu projevily pouze objemov˘mi zmûnami (teplotní roztaÏností a smr‰Èováním závisl˘m na sniÏování vlhkosti) bez vzniku napûtí. U skuteãn˘ch konstrukcí je ãasov˘ prÛbûh teploty a vlhkosti v jednotliv˘ch bodech betonového tûlesa rozdíln˘, av‰ak vyvolané deformace musí splÀovat podmínky kompatibility (pokud nedojde k poru‰ení betonového prvku) a dÛsledkem je vznik napûtí. V mnoha pfiípadech mohou vzniklá napûtí dosahovat znaãn˘ch hodnot a vést ke vzniku trhlin. Je zfiejmé, Ïe úãinky jednotliv˘ch druhÛ zatíÏení nelze superponovat, ale je nutné 42

B

fie‰it moÏné kombinace v‰ech zatíÏení souãasnû. Kromû pÛsobení vnûj‰ích zatíÏení je chování betonov˘ch prvkÛ v˘znamnû ovlivÀováno stáfiím betonu, neboÈ v prÛbûhu ãasu se mûní pevnost betonu a modul pruÏnosti, historií prÛbûhu vlhkosti a teploty a historií zatûÏovacího procesu. KONCEPCE ¤E·ENÍ Základní úlohou je fie‰ení napûtí a deformace deskového útvaru vystaveného na sv˘ch povr‰ích obecnû rozdíln˘m úãinkÛm okolního prostfiedí. Pro urãení ãasového prÛbûhu vlhkosti v betonu mÛÏe b˘t pouÏita teorie difuzivity. Obecn˘ tvar rovnice pro fie‰ení problému rozloÏení vlhkosti podél tlou‰Èky deskového prvku, po zjednodu‰ení a po zavedení funkce h(z, t), udávající hodnotu relativní vlhkosti v hloubce z v ãase t, je moÏno upravit do formy parciální diferenciální rovnice

∂h ∂  ∂h  = C t , h  ∂t ∂z  ∂z 

( )

(1)

kde závislost C na h lze formulovat vztahem závisejícím na difuzivitû betonu C1(te), která je dále funkcí ekvivalentního ãasu. Pro v˘poãet bylo pouÏito vyjádfiení

( )

C1 te = C0  0 , 3 + 3, 6 te 

−0 , 5 

[m2/den]



⋅10 −6 (2)

kde C0 je základní difuzivita. Ekvivalentní ãas ubíhá rychleji nebo pomaleji neÏ reáln˘ ãas podle závislosti t

() ()

te = ∫ Φ h t ′ ΦT t ′ dt ′ 0

kde bylo pouÏito

(

ΦT = 0 , 5 1 + h2

)

 Q Q − ΦT = exp   = RT RT  0   5000 5000  = exp  −  T   T0 ETON

• TEC

H NOLOG I E

(3)

(4)

(5)

t′ – reáln˘ ãas mûfien˘ od vybetonování desky Q – aktivaãní energie, R – plynová konstanta, T – absolutní teplota [K], T0 – referenãní teplota [K], napfi. odpovídající 20 °C. Pro v˘poãet rozdûlení teploty po tlou‰Èce deskového prvku lze pouÏít formálnû stejné diferenciální rovnice jako v pfiípadû vlhkosti

∂T ∂ 2T =α 2 ∂t ∂z

(6)

fie‰ení je ponûkud jednodu‰‰í, neboÈ lze pfiijmout pfiedpoklad, Ïe souãinitel tepelné vodivosti α je nezávisl˘ na ãase a na okamÏité teplotû. Základní smr‰Èování je dáno vlhkostí v elementu

(

ε s = κ 1 − h3

)

(7)

kde κ = – 0,0008. Volná deformace vyvolaná zmûnou teploty je dána znám˘m vztahem ∆ε T = α T ∆T

(8)

kde αT znaãí souãinitel teplotní roztaÏnosti (α = 1,2.10–5 K–1) a ∆T je rozdíl teplot ve sledovaném okamÏiku oproti poãáteãnímu stavu. V˘poãetní postup spoãívá v postupném fie‰ení dílãích úloh, jejichÏ v˘sledky jsou podkladem pro iteraãní proces, jímÏ se urãí deformace konstrukce. Na základû deformací a nelineárních konstitutivních vztahÛ a s uváÏením reologick˘ch faktorÛ je poãítáno napûtí v jednotliv˘ch bodech prÛfiezÛ deskov˘ch prvkÛ. Teorie fie‰ení vychází z obecného postupu odvozeného v [1]. V˘sledkem fie‰ení jsou deformace konstrukce jako celku, vnitfiní síly, resp. napûtí v prÛfiezech a dále hodnoty pomûrn˘ch deformací, vlhkosti, teploty a napûtí v dílãích bodech a v jednotliv˘ch vrstvách podél tlou‰tûk deskov˘ch prÛfiezÛ. Ke sloÏkám deformace vyvolan˘m pou-

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

VùDA SCIENCE

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

fie‰ení, jejich prÛbûh na povr‰ích deskov˘ch prvkÛ a vnûj‰í zatíÏení konstrukce. Materiálové vlastnosti patfií mezi nejménû spolehlivé vstupní parametry. Patfií sem napfi. modul pruÏnosti, funkce dotvarování, tahová pevnost betonu, konstanty popisující vedení vlhkosti a tepla v betonu atd. Vlhkost a teplota se zadává pfiímo na povr‰ích jednotliv˘ch deskov˘ch prvkÛ. Jejich ãasov˘ prÛbûh mÛÏe b˘t v˘hodnû vyjádfien ve tvaru Fourierov˘ch fiad. Je to zpÛsob umoÏÀující vzít v úvahu roãní, denní i rÛzné dal‰í opakované cykly vlh-

A V¯ZKUM RESEARCH

Obr. 1 Rozdûlení desky na prvky Fig. 1 Structural model of the slab

jednotliv˘ch elementÛ jsou stanoveny na základû rozmûrÛ (moment setrvaãnosti, délka) a fyzikálních vlastností charakterizovan˘ch pseudoelastick˘mi moduly E“. Ty jsou rÛzné pro jednotlivé vrstvy. Na kaÏdém elementu jsou zadány okrajové a poãáteãní podmínky popisující vlhkost a teplotu na jeho povr‰ích. Dále je moÏné zadat vnûj‰í zatíÏení pÛsobící na styky elementÛ v poÏadovaném ãase jako soustavu osamûl˘ch bfiemen, resp. momentÛ.

1,0 0,9 Vlhkost

0,8 0,7 0,6 0,5 0

180

360

540

720

âas [dny]

kosti nebo teploty, které se mohou reálnû vyskytnout. Deska sestavená z jednotliv˘ch elementÛ spojen˘ch ve stycích je zadána geometrií a vlastnostmi jednotliv˘ch elementÛ (rozmûry, druh materiálu, v˘ztuÏ). Podepfiení desky na poddajném podkladu je idealizováno soustavou pérov˘ch prutov˘ch prvkÛ. Tyto poddajné podporové prvky pÛsobí pouze v tlaku. Tuhosti

Obr. 3 Pracovní diagram betonu pro tahové pÛsobení – sloÏka x Fig. 3 Tensile stress development versus strain component x

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

Obr. 2 âasov˘ prÛbûh zmûny vlhkosti horního povrchu desky Fig. 2 Time development of the humidity on the top surface of the slab

20,00

Napûtí [MPa]

hou zmûnou vlhkosti a teploty pfiib˘vají dal‰í sloÏky: smr‰Èování závislé na napûtí (stress induced shrinkage) a teplotní roztaÏnost závislá na napûtí (stress induced thermal dilatation). Smr‰Èování závislé na napûtí je sloÏka deformace od napûtí související s vys˘cháním betonu (sniÏováním jeho vlhkosti); tato sloÏka deformace je téÏ ãasto oznaãována jako dotvarování pfii vys˘chání betonu (drying creep). PÛsobením napûtí se objevuje dal‰í sloÏka deformace, která je bûÏnû oznaãovaná jako základní dotvarování betonu (basic creep). Základní dotvarování vypl˘vá z chování vlastního betonu a není dÛsledkem zmûny podmínek prostfiedí. Jde o vztah napûtí a deformace pfii konstantní teplotû a vlhkosti. Spoleãnû s pruÏnou ãástí deformace od napûtí mÛÏe b˘t popsána napfi. funkcí dotvarování. (Vliv promûnné vlhkosti na dotvarování, tzv. drying creep, je jiÏ vyjádfien formou dfiíve zmínûného smr‰Èování závislého na napûtí). Tahová napûtí mohou dosahovat ve srovnání s pevností betonu v tahu relativnû vysok˘ch hodnot, zvlá‰tû v pfiípadech mladého betonu. Následkem tûchto jevÛ je deformace vût‰í neÏ by odpovídalo lineárnímu chování materiálu (strain softening). Pro fie‰ení vlivu dotvarování je moÏno pouÏít numerick˘ postup zaloÏen˘ na Maxwellovû fietûzovém modelu, kter˘ umoÏÀuje efektivním zpÛsobem respektovat vliv historie zatûÏování pfii zachování konstitutivních vztahÛ v pfiírÛstkovém tvaru, podrobnûji v [1] a [3]. Pfii fie‰ení jsou respektovány v‰echny sloÏky deformace. Princip fie‰ení deskové konstrukce sloÏené z prvkÛ je zaloÏen na deformaãní metodû. V˘poãet probíhající v jednotliv˘ch vrstvách desky a v ãasov˘ch krocích se opakuje tak dlouho, aÏ v˘sledné sloÏky deformace urãené v následujících iteracích splÀují poÏadovaná kritéria pfiesnosti. V prÛbûhu ãasu v˘poãet postupuje po zvolen˘ch intervalech pfiírÛstkovou metodou. Efektivní zpÛsob respektování historie prÛbûhu napûtí pomocí Maxwellova fietûzového modelu nevyÏaduje uchování celého zatûÏovacího procesu v pamûti poãítaãe. Vstupní údaje pro fie‰ení úlohy popisují betonovou desku a okolní vlivy, které na ni pÛsobí. Vlastnosti konstrukce jsou charakterizovány materiálem – betonem, geometrick˘m tvarem, vyztuÏením ocelov˘mi pruty a podepfiením. Okolními vlivy se rozumí vlhkost a teplota na poãátku

AND

15,00 10,00 5,00 0,00 0

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

Deformace

43

VùDA

A V¯ZKUM SCIENCE AND RESEARCH

horní povrch

0,00

7 dní

x [m]

0,05

14 dní

0,10

28 dní 1 rok

0,15 spodní povrch

nu. Pfii v˘poãtu tuhosti elementÛ jsou k vrstvám z prostého betonu pfiidány je‰tû doplÀující vrstvy ocelové (v místech uloÏení v˘ztuÏe). Napûtí ve v˘ztuÏn˘ch prutech je poãítáno z pomûrn˘ch deformací ocelov˘ch vrstev, pfii souãasném respektování deformace oceli od zmûny teploty (viz téÏ [3]).

3 dny

2 roky

0,20

5 let 0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Vlhkost

Obr. 4 PrÛbûh vlhkosti po tlou‰Èce desky pro rÛzná stáfií betonu Fig. 4 Humidity distribution along the thickness of the slab in differrent ages of concrete

Obr. 6 PrÛbûh napûtí po tlou‰Èce desky pro rÛzná stáfií betonu – prvek 3 Fig. 6 Stress variation along the thickness of the slab – element 3

-0,0025

3 dny

-0,0020 PrÛhyb [m]

V˘sledkem fie‰ení deformaãní metodou jsou pfiemístûní stykÛ, na jejichÏ základû jsou dále poãítány pfiírÛstky napûtí v jednotliv˘ch vrstvách s uváÏením konstitutivních vztahÛ, dotvarování a vzniku trhlin. Pro vypoãten˘ pfiírÛstek napûtí jsou znovu spoãítány deformace od smr‰Èování a teploty vyvolané napûtím, znovu probíhá fie‰ení a jsou urãeny nové deformace a pfiírÛstky napûtí. Proces se opakuje tak dlouho, aÏ rozdíl v˘sledn˘ch deformací v následujících iteracích je men‰í neÏ poÏadovaná hodnota. Kritérium rozdílu deformací musí b˘t splnûno u v‰ech elementÛ v‰ech vrstev. Potom fie‰ení mÛÏe pokraãovat v dal‰ím ãasovém intervalu. V‰echny v˘poãetní procedury manipulu-

7 dní

-0,0015

14 dní

-0,0010

28 dní

-0,0005

1 rok

0,0000

2 roky

0,0005 0

1

2

3

jeho dal‰í pokraãování. Rychlost v˘poãtu je stejná ve v‰ech intervalech a v˘poãetní ãas je úmûrn˘ poãtu intervalÛ, na které byl ãasov˘ úsek rozdûlen. V deskách vyztuÏen˘ch ocelov˘mi pruty v˘ztuÏ v˘raznû neovlivÀuje vys˘chání betonu ani ‰ífiení tepla. Na druhé stranû podstatnû ovlivÀuje napjatost v betonu, jeho deformace a omezuje vznik a rozvoj trhlin. V˘poãet rozdûlení vlhkosti, teploty a voln˘ch deformací ve vyztuÏeném prvku zÛstává stejn˘ jako u prostého beto-

x [m]

0,05 0,10

7 dní 14 dní 28 dní

0,15

0,0 Napûtí [MPa]

1,5

3,0

0,00

x [m]

0,05 0,10

1 rok

0,15

2 roky 5 let

0,20 -1,5

44

1,5

0,0 Napûtí [MPa]

B

4

5

6

z [m]

0,00

0,20 -1,5

P¤ÍKLAD Jako ukázka úãinkÛ vyvolan˘ch vys˘cháním povrchu betonov˘ch desek je uveden jednoduch˘ pfiíklad ãasového v˘voje rozloÏení napûtí podél tlou‰Èky desky prÛmyslové podlahy z prostého betonu

jí s pfiírÛstky napûtí, resp. deformací. V˘sledné hodnoty napûtí a deformací jsou souãtem pfiírÛstkÛ z jednotliv˘ch intervalÛ. Bûhem v˘poãtu se v pamûti poãítaãe nehromadí Ïádné údaje potfiebné pro

ETON

• TEC

H NOLOG I E

Obr. 5 PrÛbûh a ãasov˘ v˘voj prÛhybÛ deskového pásu Fig. 5 Distribution and time development of deflection of the slab strip in lateral direction

(obr. 1). Jedná se o deskov˘ pás ‰ífiky 1, délky 6 a tlou‰Èky 0,2 m. Deska kromû vlastní tíhy, nenese Ïádné dal‰í vnûj‰í zatíÏení a je uloÏena na prostfiedí, které nedovoluje únik vlhkosti. Horní povrch desky je naopak vystaven vys˘chání. âasov˘ prÛbûh zmûny vlhkosti na horním povrchu desky je vyznaãen na obr. 2. Rozdûlení desky na prvky a idealizace poddajného podkladu prostfiednictvím pérov˘ch prvkÛ je ukázáno na obr. 1. Jedním z nejv˘znamnûj‰ích faktorÛ pfii tahovém namáhání betonu je tahové zmûkãení (strain softening). Jemu odpovídající pracovní diagram pouÏit˘ ve studii je vykreslen na obr. 3. Z v˘sledkÛ fie‰ení jsou uvedeny prÛbûhy vlhkosti napfiíã tlou‰Èkou desky pro rÛzná stáfií betonu (obr.4). Je zfiejmé, Ïe vys˘chání proniká dovnitfi desky velmi pomalu a prÛbûhy vlhkosti (které urãují smr‰Èování) jsou v˘raznû nelineární. V˘voj prÛhybÛ a deformaci prÛfiezu deskového pásu ukazuje obr. 5. Postupné vys˘chání horního povrchu vyvolává snahu o pfiíãné zakfiivení desky a pfieroz-

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

VùDA SCIENCE

x [m]

0,05

14 dní

0,10 0,15

28 dní 0,20 -1,5

0,0

3,0

1,5 Napûtí [MPa]

0,00

x [m]

0,05 0,10

1 rok 2 roky 5 let

0,15 0,20 -3,0

-1,5

0,0

3,0

1,5 Napûtí [MPa]

Obr. 7 PrÛbûh napûtí po tlou‰Èce desky pro rÛzná stáfií betonu – prvek 6 Fig. 7 Stress variation along the thickness of the slab in different ages of concrete – element 6

dûlení reakcí podkladu. V krajních oblastech ‰ífiky dochází ke zvednutí okrajÛ a k vylouãení ãásti podkladu z pÛsobení. Hlavním v˘sledkem studie je v˘voj napûtí v desce (jednotlivé kfiivky na obr. 6 a 7 ukazují prÛbûhy napûtí napfiíã tlou‰Èkou desky v nûkolika hodnotách stáfií betonu). Tato napûtí jsou závislá nejen na stáfií betonu a na vzdálenosti uvaÏovaného bodu od povrchu, ale téÏ na vzdálenosti od okraje desky. Na obr. 6 jsou proObr. 8 PrÛbûh ohybov˘ch momentÛ v pfiíãném smûru Fig. 8 Bending moments diagram in the lateral direction

to ukázána napûtí po tlou‰Èce prvku 3 (viz obr. 1), tj. pfii okraji desky, která je zde v pozdûj‰ích stádiích mimo kontakt s podloÏím na obr. 7 potom ve stfiedu ‰ífiky desky (prvek 6, obr. 1). Je zfiejmé velmi nelineární, ãasovû promûnné rozloÏení napûtí, s maximem dosaÏen˘m v nízkém stáfií betonu. Je téÏ patrn˘ znaãn˘ vliv tahového zmûkãení betonu pfii vzrÛstajících deformacích vrstev pfii horním povrchu. Tato napûtí vytváfiejí ohybové momenty v desce, jejichÏ prÛbûh v podélném smûru ukazuje obr. 8. Na okrajích desky, které jsou v pozdûj‰ích stádiích mimo kontakt s podloÏím, vznikají ohybové momenty, na nichÏ se podílí téÏ vlastní tíha desky. Na voln˘ch okrajích desky jsou tyto momenty samozfiejmû nulové. Tyto ohybové momenty v‰ak samy o sobû nefiíkají nic o napûtích a je zfiejmé, Ïe kdybychom z nich bûÏn˘m technick˘m v˘poãtem, zaloÏen˘m na elementárním pfiedpokladu rovinnosti jejich rozloÏení,

Moment [kNm]

0,020

Uvedené v˘sledky byly získány v rámci fie‰ení V˘zkumného zámûru MSM 210000001 a 103/02/0020 zpracovávan˘ch Stavební fakultou âVUT v Praze a grantového projektu ã. 103/00/0604 udûleného Grantovou agenturou âeské republiky.

14 dní

0,015

28 dní 0,010 1 rok 0,005

2 roky 5 let

0,000

B

Z ÁV ù R Studie ukázala metodiku anal˘zy namáhání a pfietvofiení deskov˘ch konstrukcí na poddajném podkladu, u nichÏ dominantním jevem jsou objemové zmûny betonu. Prokázalo se, Ïe bûÏná technická fie‰ení, která jsou zaloÏena na charakteristikách cel˘ch prÛfiezÛ (moment setrvaãnosti, prÛfiezová plocha) a kde také projevy dotvarování a smr‰Èování betonu jsou vztaÏeny, jako stfiední charakteristiky, k celému prÛfiezu, jsou nepouÏitelná. Je zfiejmé, Ïe napûtí získaná takov˘mto v˘poãtem, nerespektujícím skuteãn˘ nerovnomûrn˘ proces vys˘chání, jsou zcela fiktivní.

7 dní

0

ETON

• TEC

1

A V¯ZKUM RESEARCH

vyãíslili napûtí, dostaneme v˘sledky diametrálnû rozdílné od skuteãn˘ch, ukázan˘ch na obr. 6 a 7.

0,00

7 dní

AND

2

H NOLOG I E

3 z [m]

• KONSTR

4

U KC E

5

• SANAC

6

E

2/2002

Literatura [1] BaÏant Z. P., Kfiístek V., Vítek J. L: Drying and Cracking Effects in Box – Girder Bridge Segment, Journal of SE, Vol. 118, No. 1, 1992 [2] Pilhofer H. W., Kfiístek V.: Stress distribution in steel fibre reinforced slabs due to drying, Sborník konference CONCON 98, Praha, leden 1998 [3] Vítek J. L., Kfiístek V., Kohoutková A.: Anal˘za betonov˘ch desek na poddajném podkladu vystaven˘ch vlivÛm vys˘chání a smr‰Èování betonu, Stavební obzor, pfiedáno k uvefiejnûní

Ing. Alena Kohoutková, CSc. tel.: 02 2435 3740, fax: 02 311 7362 e-mail: [email protected] Prof. Ing. Vladimír Kfiístek, DrSc. tel.: 02 2435 3875, fax: 02 311 7362 e-mail: [email protected] oba: Katedra betonov˘ch konstrukcí a mostÛ Stavební fakulta âVUT Thákurova 7, 166 29 Praha 6 Doc. Ing. Jan L. Vítek, CSc. Metrostav, a. s. KoÏeluÏská 5, 180 00 Praha 8 tel: 0602 648 284 e-mail: [email protected]

45

VùDA

A V¯ZKUM SCIENCE AND RESEARCH

VY·ETROVANIE

BETÓNOV¯CH KON·TRUKCIÍ PORU·EN¯CH TRHLINAMI INVESTIGATION OF CONCRETE STRUCTURES DAMAGED BY CRACKS J U R A J B I Lâ Í K , I G O R H U D O B A

meation increase (serviceability reduction) and faster penetration of water and aggressive ions into the concrete (durability reduction). In order to assess the need for repair and method a good understanding of the type of crack and causes is required. The paper reviews the present situation and the use of the Expert System in managing the service life of concrete structures.

Trhlina v betónovom prvku alebo kon‰trukcií predstavuje slabé miesto, ktoré môÏe spôsobiÈ redukciu pevnosti a tuhosti (ohrozenie bezpeãnosti), zv˘‰enie priepustnosti (obmedzenie pouÏiteºnosti) a uºahãiÈ prístup vody a agresívnych iónov do betónu (zmen‰enie trvanlivosti). Za úãelom zistenia potreby a metódy opravy je potrebné zistiÈ typ trhliny a príãinu jej vzniku. âlánok sa pokú‰a zhodnotiÈ súãasn˘ stav problematiky a predstavuje systém na podporu „manaÏovania“ Ïivotnosti betónov˘ch kon‰trukcií. A concrete component or structure marked by cracks represents a weak spot which could result in strength and stifness reduction (safety reduction), per-

Stavebníctvo je postavené pred dve hlavné úlohy – v˘stavbu nov˘ch a sanáciu existujúcich stavebn˘ch objektov. Vzhºadom na zanedbanie údrÏby v uplynul˘ch desaÈroãiach a veºké mnoÏstvo jestvujúcich objektov sa pomer medzi t˘mito dvomi oblasÈami presúva v prospech sanácií. Táto situácia nie je ‰pecifickou iba pre âesko a Slovensko, jedná sa o trend ÁNO

Akceptaãné kritéria

Akcia VYÎADUJE OPRAVU

prejavujúci sa vo väã‰ine rozvojov˘ch, ale aj priemyselne vyspel˘ch krajín. Najãastej‰ie a najnápadnej‰ie sa poruchy betónov˘ch kon‰trukcií prejavujú trhlinami. Tie môÏu spôsobiÈ stratu alebo obmedzenie spoºahlivosti (bezpeãnosti, pouÏiteºnosti a trvanlivosti) kon‰trukcie. Nie v‰etky trhliny v‰ak znamenajú automaticky poruchu. Trhliny v Èahan˘ch oblastiach s men‰ou ako prípustnou ‰írkou neohrozujú spoºahlivosÈ kon‰trukcie a nevyÏadujú sanáciu. Vzhºadom na závaÏnosÈ v˘skytu trhlín, v súvislosti so stanovením skutkového stavu kon‰trukcie, Obr. 1 Schéma vy‰etrovania trhlín v betónov˘ch kon‰trukciách Fig. 1 Flow sheet for the investigation of cracks in concrete structures

Identifikácia príãin

Databáza opráv

NIE METÓDA OPRAVY

PASÍVNA

AKTÍVNA

Bez zmeny

Zmena

STARÁ

NOVÁ

Porovnanie s predo‰l˘m meraním Meranie - dºÏky - ‰írky - hºbky

V˘znam prvku

Prostredie more/vnútroz.

ZloÏenie bet. zmesi (2)

Zneãistenie (1) ovzdu‰ia V˘sledky skú‰ok (3)

Zmraz./rozmraz. cykly

Kon‰trukãné zásady, o‰etrovanie (4)

Kysl˘ dáÏì pH

Starnutie betónu

Vonkaj‰ie úãinky

Zmra‰Èovanie

Zmrazovanie rozmrazovanie

Kon‰trukãné chyby

Karbonatácia

Chybn˘ návrh

Prenikanie chloridov

Teplotné rozdiely

Dotvarovanie Strata predpätia Alkalickokremiãitá reakcia

Poloha

Environmentálne ãinitele

Korózia v˘stuÏe

Vlastnosti betónu 1. 2. 3. 4. 5.

Identifikácia trhlín

Prístrojmi

46

Nadmerné skú‰anie

Opakované zaÈaÏenie

Rozsah poru‰enia

Vizuálne

Mimoriadne zaÈaÏenie (5)

Agresívna podz. voda

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

koncentrácia ionov V/C, druh cementu, % obsah vzduchu, pH obsah rozpustn˘ch Cl, hºbka karbonatácie dºÏka o‰etrovania, hrúbka krycej vrstvy seizmicita, poÏiar

U KC E

• SANAC

E

2/2002

VùDA SCIENCE

sa v ìal‰om rozoberajú príãiny a následky ich vzniku. V Y·ETROVAN I E TR H LÍN Rozli‰ujú sa dve hlavné príãiny vzniku a rozvoja trhlín v betónov˘ch kon‰trukciách: • pretvárne úãinky objemov˘ch zmien (technologické trhliny), • silové úãinky zaÈaÏenia (statické trhliny). Technologické trhliny vznikajú najmä v dôsledku zmra‰Èovania betónu, teplotn˘ch rozdielov a korózie v˘stuÏe. Väã‰ina príãin vzniku statick˘ch trhlín vyvoláva typick˘ obraz ich rozvoja. Charakteristické tvary statick˘ch trhlín uvádza, napr. Leonhardt [1]. Zvlá‰tnymi príãinami vzniku statick˘ch trhlín sú úãinky mimoriadneho zaÈaÏenia dynamického alebo rázového charakteru. Medzi mimoriadne zaÈaÏenia sa zaraìuje aj nerovnomerné sadanie podloÏia. Expertn˘ systém na opravu trhlín v prostredí atómov˘ch elektrární uvádza Seni [2]. Systém (obr. 1) je po mal˘ch úpravách vhodn˘ pre v‰eobecné vy‰etrovanie a hodnotenie trhlín v betónov˘ch kon‰trukciách. Postupujúc od ºavého spodného okraja schéma zaãína blokom Identifikácia trhlín. Vetva predstavujúca Rozsah poru‰enia sa zakladá na údajoch o mieste v˘skytu, veºkosti a histórií trhlín. Environmentálne ãinitele obsahujú informácie potrebné na definíciu úrovne agresivity, ako sú geografická poloha (prímorská/vnútrozemská), poãet zmrazovacích a rozmrazovacích cyklov, obsah agresívnych oxidov v ovzdu‰í, prítomnosÈ kysl˘ch daÏìov (hodnota pH) atì. Vlastnosti betónu zahrÀajú fakty o zloÏení betónovej zmesi a v˘sledky skú‰ok vykonané poãas Ïivotnosti betónového prvku. Údaje z troch vy‰‰ie uveden˘ch oblastí umoÏÀujú identifikáciu trhlín a ich vyhodnotenie na základe porovnania Akceptaãn˘ch kritérií. To je prv˘ krok pri rozhodovaní o potrebe a naliehavosti opravy. Nevyhnutn˘m predpokladom úspe‰nej opravy trhlín je zistenie príãin ich vzniku a rozvoja. Tomuto úãelu slúÏi vy‰etrovanie podºa vetvy Identifikácia príãin. V nasledujúcich riadkoch sa podrobnej‰ie analyzujú jednotlivé ãasti vetiev schémy. I DE NTI FI K ÁC IA TR H LÍN KaÏdá posudzovaná betónová kon‰trukcia sa podrobí najprv dôkladnej vizuálnej prehliadke. Táto umoÏÀuje zistenie a lokaB

ETON

• TEC

H NOLOG I E

lizovanie t˘ch porúch, ktoré vznikajú alebo sa prejavujú na jej povrchu. Vznik a rozvoj povrchov˘ch trhlín sa môÏe sledovaÈ voºn˘m okom, lupou, mikroskopom alebo videotechnikou. Vnútorné trhliny moÏno vy‰etrovaÈ ultrazvukom, meraním akustick˘ch emisií alebo na jadrov˘ch v˘vrtoch. Okrem opisu rozvoja, resp. obrazu trhlín je dôleÏité zaznamenaÈ najmä ich ‰írku a hæbku. ROZSAH PORU·ENIA Pre hodnotenie závaÏnosti poru‰enia trhlinami z hºadiska bezpeãnosti kon‰trukcie sú dôleÏité: v˘znam prvku v kon‰trukcií, veºkosÈ a poloha trhliny a jej história. U nosn˘ch kon‰trukcií sa rozli‰ujú poruchy zo statického hºadiska nev˘znamné, v˘znamné a veºmi v˘znamné (havarijné). Pri posudzovaní trhlín z hºadiska pouÏiteºnosti a trvanlivosti sú dôleÏité najmä dæÏka, ‰írka a hæbka trhliny. Vzhºadom na zmeny ‰írky sa rozli‰ujú pasívne a aktívne trhliny. Pasívne trhliny (jednorázové preÈaÏenie, ukonãené zmra‰Èovanie apod.) majú stálu, nemennú ‰írku, k˘m u aktívnych trhlín dochádza k periodick˘m zmenám alebo postupnému narastaniu ‰írky. Periodické zmeny trhlín môÏu byÈ zapríãinené zmenami zaÈaÏenia alebo teploty v dennom alebo roãnom cykle. Narastanie ‰írky trhliny je ãasto spôsobené plastick˘m pretváraním v˘stuÏe v trhline (poddimenzovanie alebo preÈaÏenie). âasto sa uvedené príãiny zmien ‰írok trhlín prekr˘vajú a pri vy‰etrovaní kon‰trukcie je potrebné ich separovaÈ. E N V I R O N M E N TÁ L N E â I N I T E L E StupeÀ agresívnosti vo vzÈahu k podmienkam prostredia udáva âSN P ENV 206. StupeÀ agresívnosti kvapalného prostredia (vodn˘ch roztokov) vzhºadom na koncentráciu agresívnych zloÏiek uvádza âSN 73 1210. Prostredím sa v tejto súvislosti rozumie chemické a fyzikálne pôsobenie, ktorému je betón vystaven˘ a ktoré nie je zahrnuté v návrhu kon‰trukcie ako jeden z druhov zaÈaÏenia. VLASTNOSTI BETÓNU DôleÏitosÈ jednotliv˘ch vlastností betónu, z hºadiska posúdenia potreby opravy trhlín, posudzujeme podºa toho, ktorú zloÏku spoºahlivosti vy‰etrujeme. Ak sa jedná o bezpeãnosÈ a pouÏiteºnosÈ kon‰trukcie, sú to najmä pevnosÈ a modul pruÏnosti betónu. Pri posudzovaní trvanlivosti sú dôleÏité vlastnosti priepustnosÈ,

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

AND

A V¯ZKUM RESEARCH

obsah rozpustn˘ch chloridov˘ch iónov, hæbka karbonatácie betónu apod. Na uvedené vlastnosti má vplyv zloÏenie betónovej zmesi (v/c, mnoÏstvo a druh cementu atì.), dæÏka o‰etrovania a prostredie, ktorému je betón vystaven˘. ROZHODNUTIE

O P OT R E B E

O P R AV Y

Ako uÏ bolo kon‰tatované, spoºahlivosÈ betónov˘ch prvkov a kon‰trukcií môÏe byÈ v˘razne obmedzená trhlinami. V‰eobecne nemoÏno síce vzniku trhlín zabrániÈ, no ich prítomnosÈ neznamená automaticky poruchu. âasto postaãuje ohraniãiÈ ich ‰írku, prípadne trhlinu utesniÈ. Rozhodnutie o potrebe opravy je komplexn˘ rozhodovací proces, pri ktorom je potrebné zohºadniÈ v‰etky vplyvy obmedzujúce spoºahlivosÈ. Pri posudzovaní bezpeãnosti kon‰trukcie rozli‰ujeme trhliny v tlaãenej a Èahanej oblasti prvku. Trhliny signalizujú preÈaÏenie, resp. umoÏÀujú redistribúciu ohybov˘ch momentov v staticky neurãit˘ch kon‰trukciách. V Èahanej oblasti sa trhliny vyskytujú najmä v súvislosti s vyuÏitím pevnosti v˘stuÏe (pri vzniku prvej trhliny je napätie vo v˘stuÏi pribliÏne 1/10 medze klzu) a pokiaº ich ‰írka nepresiahne medznú ‰írku, nevyvolávajú potrebu opravy. Trhliny v tlaãen˘ch prvkoch vznikajú dôsledkom prieãnych Èahov˘ch napätí alebo drvenia betónu (napr. v miestach sústredeného namáhania). Vyvolávajú potrebu obmedzenia zaÈaÏenia alebo zosilnenia prvku. Trhliny v˘znamne zmen‰ujú tuhosÈ prvkov, ão v˘razné zväã‰uje pretvorenia (priehyb a pootoãenie). Oprava trhliny po pretvorení nepriná‰a nápravu. Zosilnenie po odºahãení prvku sa poÏaduje, ak pretvorenia sú väã‰ie ako medzné pretvorenia podºa âSN 73 1201. Pri posúdení pouÏiteºnosti podzemn˘ch, vodohospodárskych alebo environmentálnych stavieb sa nesleduje len pretvorenie, ale aj priepustnosÈ kon‰trukcie. Z hºadiska priepustnosti betónu rozli‰ujeme tri druhy trhlín (obr. 2): • V plne Èahanom priereze vzniknú po prekroãení pevnosti betónu v Èahu deliace trhliny prechádzajúce cez cel˘ prierez (obr. 2a). • V prípade ohybom namáhan˘ch prierezov vzniknú ãiastoãné trhliny v Èahanej oblasti, v tlaãenej sa nevyskytujú (obr. 2b). To v‰ak platí iba v prípade, Ïe ohybov˘ moment nemení znamienko.

2/2002

47

VùDA

A V¯ZKUM SCIENCE AND RESEARCH

a)

c)

b)

Obr. 2 Klasifikácia trhlín z hºadiska priepustnosti betónu Fig. 2 Classifikation of cracks on account of permeation against liquids VLASTNÉ VYNÚTENÉ PRETVORENIA PRETVORENIE

OCHLADENIE Te < Ti Te HRÚBKA DOSKY

TEPLOTA PO OCHLADENÍ

Ti

V CHODZIA TEPLOTA

Obr. 3 Rozdelenie teplôt a pomern˘ch pretvorení po v˘‰ke dosky pri jej ochladzovaní [6] Fig. 3 The temperature and strain distribution on the cross section of a wall [6]

• Povrchové trhliny od vlastn˘ch pretvorení prierezu (obr. 2c). Je logické, Ïe vodotesnosÈ a plynopriepustnosÈ betónu je ohrozená predov‰etk˘m trhlinami prechádzajúcimi cez cel˘ prierez. K˘m âSN 73 1209 pripú‰Èa pre vodotesné betónové kon‰trukcie iba ãiastoãné trhliny, tak neskor‰ie vydaná âSN 73 1201 pripú‰Èa aj trhliny cez cel˘ prierez (‰írky 0,05, resp. 0,1 mm). Je to dôsledok overeného samoutesÀovania trhlín, ak sú preto vytvorené priaznivé podmienky. Prípustné ‰írky trhlín z hºadiska vodotesnosti, zistené na základe experimentálnych prác, sú uvedené v tabuºke 1. Zmena a – 5/1991 âSN 73 1208 zaviedla pre betónové kon‰trukcie vodohospodárskych objektov dimenzovanie podºa medzného stavu priepustnosti. Povrchové a ãiastoãné trhliny väã‰inou Tab. 1 Prípustné ‰írky trhlín pre vodotesné kon‰trukcie [3] Tab. 1 Admissible crack widths for watertight structures [3] Hydraulick˘ spád

48

v˘‰ka vody i= hrúbka steny

Prípustná stredná ‰írka trhliny wm [mm]

do 10 11 aÏ 20 21 aÏ 30 31 aÏ 40

0,20 0,15 0,10 0,05

nemajú vplyv na bezpeãnosÈ kon‰trukcie, najãastej‰ie obmedzujú jej trvanlivosÈ t˘m, Ïe znásobujú nepriazniv˘ úãinok zmrazovania a uºahãujú prístup agresívnych látok do vnútra betónu. Deliace trhliny ãasto obmedzujú alebo dokonca vyluãujú pouÏiteºnosÈ niektor˘ch kon‰trukcií (nádrÏe, bazény, kanály apod.). I DE NTI FI K ÁC IA

PRÍâIN VZNIKU

TRHLÍN

ëal‰ou dôleÏitou oblasÈou vy‰etrovania je zistenie príãin vzniku trhliny. Treba rozlí‰iÈ ãi sú príãinou vnútorné alebo vonkaj‰ie ãinitele. Aj tieto skutoãnosti ovplyvÀujú spôsob opravy trhliny. Zmra‰Èovanie a dotvarovanie betónu âasÈ zámesovej vody, ktorá sa nespotrebuje pri hydratácii cementu, sa v závislosti na obklopujúcom prostredí skôr ãi neskôr vyparí ão spôsobí skrátenie betóTab. 2 Maximálny obsah chloridov v betóne [5] Tab. 2 Maximal chloride content in concrete [5] Kon‰trukãn˘ betón Cl– z hmotnosti cementu v %

B

Prost˘ betón

1,0

Îelezobetón

0,4

Predpät˘ betón

0,2

ETON

• TEC

H NOLOG I E

nu. Ak je skracovaniu betónu bránené, vznikajú v Àom Èahové napätia a keì tieto prekroãia pevnosÈ betónu v Èahu, vznikajú trhliny. Zmra‰Èovacie trhliny rozli‰ujeme podºa toho ãi vznikli v plastickom ‰tádiu betónu alebo uÏ v zatvrdnutom betóne. Dotvarovanie betónu zmen‰uje veºkosÈ napätí vznikajúcich v dôsledku bráneného zmra‰Èovania, ão môÏe priaznivo ovplyvniÈ rozvoj trhlín najmä v poãiatoãnom období tuhnutia a tvrdnutia betónu, keì tento má e‰te nízky modul pruÏnosti. Strata predpätia Strata ãasti predpätia môÏe spôsobiÈ, Ïe v Èahanej ãasti prierezu dosiahne napätie hodnoty väã‰ie, ako je pevnosÈ betónu v Èahu, ão vedie k vzniku trhlín. V tomto prípade hovoríme o ãiastoãnom predpätí. Alkalicko-kremiãitá reakcia Chemická reakcia prebiehá v niektor˘ch kamenivách. Oxid kremiãit˘ v kamenive reaguje s prítomn˘mi alkáliami, priãom vzniká alkalicko-kremiãit˘ gél. Jeho bobtnanie môÏe vyvolaÈ dostatoãn˘ vnútorn˘ tlak na rozdrobenie ãastíc kameniva a cementového kameÀa v betóne. Vizuálny prejav reakcie sú mapovite sa ‰íriace trhliny na povrchu betónu. Zmrazovanie a rozmrazovanie Pri premene vody na ºad dochádza k pribliÏne 9% zväã‰eniu objemu. Vo vodou naplnen˘ch póroch môÏu preto vzniknúÈ napätia, znaãne prevy‰ujúci pevnosÈ betónu v Èahu. Striedavé pôsobenie zmrazovacích a rozmrazovacích cyklov spôsobuje postupn˘ rozpad ‰truktúry betónu. Karbonatácia betónu Protikoróznu ochranu v˘stuÏe v betóne vytvára vysoká alkalita betónu (pH = 12,5 aÏ 13,5) t˘m, Ïe sa na jej povrchu vytvorí stabiln˘ pasivujúci povlak. K zníÏeniu alkality betónu pod hranicu pasivity (pH < 9) najãastej‰ie dochádza v dôsledku pôsobenia mäkkej alebo kyslej vody, zv˘‰eného obsahu CO2 (karbonatácia), SO2 (sulfatácia) alebo NOx vo vzduchu. Táto neutralizácia je v˘znamná pre vytvorenie podmienok pre koróziu v˘stuÏe. V trhline postupuje r˘chlej‰ie ako v nepotrhanom betóne. Schiessl [4] zistil, Ïe po dvoj- aÏ trojroãnej expozícií betónu moÏno predpokladaÈ, Ïe karbonatácia betónu v mieste trhliny dosiahne povrch v˘stuÏe, ão má za následok lokálne ukonãenie pasívneho ‰tádia ocele v betóne.

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

VùDA SCIENCE

Prenikanie chloridov Difúzia chloridov smerom od povrchu betónu do jeho vnútra ohrozuje najmä v˘stuÏ. PrítomnosÈ chloridov˘ch iónov umoÏÀuje koróziu v˘stuÏe aj v alkalickom betóne, teda nezávisle od neutralizácie betónu. Z uvedeného dôvodu âSN P ENV 206 limituje obsah chloridov˘ch iónov v betóne podºa tabulky 2. Agresívna podzemná voda Podzemná voda môÏe obsahovaÈ látky ako sú napr. uhliãitany a sulfáty, ktoré rozpú‰Èajú a vylúhujú hydrataãné produkty, predov‰etk˘m hydroxid vápenat˘. Koncentrácia väã‰iny ostatn˘ch agresívnych látok nedosahuje hodnoty ohrozujúce betón. Koncentrácia agresívnych látok v podzemnej vode sa v‰ak môÏe v˘razne zv˘‰iÈ, ak sa táto dostane do kontaktu s odpadov˘mi priemyseln˘mi vodami. Mnohokrát opakované zaÈaÏenie V Ïelezobetónov˘ch kon‰trukciách vystaven˘ch periodicky sa opakujúcemu zaÈaÏeniu a odºahãeniu pevnosÈ betónu aj ocele klesá. VeºkosÈ poklesu závisí najmä od poãtu cyklov a charakteristiky cyklov (σb,min/σb,max). Betón sa stáva krehk˘m a rozpadáva sa. Príãinou tohto javu je vznik mikrotrhlín v cementovom kameni. Kon‰trukãné chyby SpoºahlivosÈ kon‰trukcie sa zabezpeãuje aj kon‰trukãn˘mi opatreniami, a to ako pre definitívne ‰tádium, tak aj pre ‰tádium v˘stavby. Z hºadiska vy‰etrovania trhlín sa môÏe pre definitívne ‰tádium uviesÈ napr. poÏiadavka na maximálnu vzdialenosÈ dilataãn˘ch ‰kár, priemer a osovú vzdialenosÈ v˘stuÏe. Pre ‰tádium v˘stavby sú to napr. spôsob a dæÏka o‰etrovania, vzdialenosÈ a usporiadanie pracovn˘ch ‰kár, vytvorenie zmra‰Èovacích a teplotn˘ch polí. Kon‰trukãné opatrenia na zabezpeãenie vodotesnosti stavebn˘ch objektov, ktorú zaisÈujú vlastnosti betónovej kon‰trukcie bez náterov a izolácií, tzv. biele vane, ako sú podzemné ãasti objektov, podzemné garáÏe, tunely a vodohospodárske stavby uvádza smernica. Chybn˘ návrh Navrhovanie kon‰trukcií je proces, ktor˘ má zabezpeãiÈ, aby kon‰trukcia bola schopná prená‰aÈ v‰etky zaÈaÏenia pôsobiace poãas celej Ïivotnosti. V súvislosti s chybn˘m návrhom treba uvaÏovaÈ s chybami pri urãení v˘poãtového modeB

ETON

• TEC

H NOLOG I E

lu, v˘poãte silov˘ch úãinkov zaÈaÏenia, neuváÏení niektor˘ch typov zaÈaÏenia a s chybami pri dimenzovaní prierezov. âasto sa zanedbávajú úãinky nepriamych zaÈaÏení (napr, objemov˘ch zmien), ktoré u niektor˘ch kon‰trukcií vyvolávajú väã‰ie prierezové sily ako priame zaÈaÏenie. Teplotné rozdiely Teplotné rozdiely v kon‰trukcií vznikajú poãas tuhnutia a tvrdnutia betónu (hydrataãné teplo); poãas uÏívania kon‰trukcie (prevádzkové teploty, oslnenie). Teplotné rozdiely spôsobuje vo v‰eobecnosti nelineárne rozdelenie teplôt po priereze (obr. 3) a s t˘m spojené vynútené alebo vlastné pretvorenia. Ak je t˘mto pretvoreniam bránené, vyvolávajú napätia, ktoré môÏu viesÈ k vzniku trhlín (obr. 2).

Nadmerné skú‰anie U niektor˘ch kon‰trukcií sa pred uvedením do prevádzky poÏaduje experimentálne overenie spoºahlivosti (napr. zaÈaÏovacie skú‰ky mostov). Pri tak˘chto skú‰kach môÏe dôjsÈ k vzniku trhlín. Korózia v˘stuÏe Elektrochemická korózia v˘stuÏe v betóne prebieha vtedy, ak je betón dostatoãne vlhk˘, kyslík má prístup k v˘stuÏi a je poru‰ená alkalická ochrana betónu. Trhliny ‰ir‰ie ako 0,4 mm uºahãujú súãasné pôsobenie uveden˘ch podmienok v okolí v˘stuÏe a preto v˘razne ur˘chºujú proces korózie v˘stuÏe [4]. Korózne produkty ocele majú aÏ sedemnásobne väã‰í objem ako pôvodná oceº, ãím vyvolávajú siln˘ expanzn˘ tlak na okolit˘ betón. Nedostatoãná hrúbka a kvalita betónovej krycej vrstvy akcelerujú r˘chlosÈ korózie, vedú k vzniku trhlín v smere korodujúcej v˘stuÏe a odpadnutiu krycej vrstvy. Poru‰enie súdrÏnosti medzi betónom a v˘stuÏou v kotevnej oblasti je väã‰ou hrozbou pre bezpeãnosÈ kon‰trukcie ako strata prierezovej plochy v˘stuÏe. U KC E

• SANAC

E

A V¯ZKUM RESEARCH

Z ÁV E R V˘skumu príãin vzniku trhlín a ich vplyvu na betónové kon‰trukcie v kontexte súvisiacich problémov sa dnes vo svete venuje zv˘‰ená pozornosÈ. Súvisí to najmä s narastajúcim vyuÏívaním betónov novej kvality (vysokohodnotn˘ betón, vláknobetón, samozhutniteºn˘ betón), ale aj s modern˘mi technologick˘mi postupmi realizácie betónov˘ch kon‰trukcií (biele vane). Predstaven˘ systém vy‰etrovania trhlín má za cieº poskytnúÈ celkov˘ prehºad o problematike trhlín v betónov˘ch kon‰trukciách. Nebolo moÏné podrobne analyzovaÈ vplyv jednotliv˘ch ãiniteºov a vlastností na príãiny vzniku trhlín alebo ich úãinok na spoºahlivosÈ kon‰trukcie. Odvolávky na literatúru a normy by mali uºahãiÈ prístup k potrebn˘m podkladom.

Mimoriadne zaÈaÏenie Podºa âSN 73 0035 za mimoriadne zaÈaÏenia sa povaÏujú úãinky seizmicity, v˘buchov, úãinky spôsobené chybami alebo poruchami zariadenia (pretrhnutie lana pri zdvíhaní, náraz pri transporte, poÏiar apod.) a úãinky nerovnomern˘ch pretvorení základov a základovej pôdy. V‰etky uvedené zaÈaÏenie môÏu byÈ samostatne, alebo v interakcií s in˘mi vplyvmi, príãinou vzniku trhlín.

• KONSTR

AND

2/2002

Literatura [1] Leonhardt F.: Vorlesungen über Masivbau, Vierter Teil Nachweis der Gebrauchsfähigkeit, Springer Verlag Berlin 1977, 194 s. [2] Seni C.: Approach to an expert system for concrete cracks repair at nuclear power plants. Proceedings of the 8th International Expertcentrum Conference, RILEM Committee 160, Bratislava, July 1999, s. 110–115 [3] Meichsner H.: Über die Selbsdichtung von Trennrissen in Beton, Beton und Stahlbetonbau, 1992, ã. 4, s. 95–99 [4] Schiessl P.: Zur Frage der zulässigen Rissbreite und der erforderlichen Betondeckung im Stahlbetonbau unter besonderer Berücksichtigung der Karbonatisierung des Betons, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 255, Berlin 1976, 175 s. [5] Richtlinie Wasserundurchlässige Betonbauwerke – Weisse Wannen, Östereichischer Betonverein, Wien 1999, s. 56 [6] Springenschmid R.: Die Ermittlung von Spannungen infolge von Schwinden und Hydratationswärme in Beton. Beton- und Stahlbetonbau 79, 1984, No. 10, s. 263–269

Prof. Ing. Juraj Bilãík, CSc. Doc. Ing. Igor Hudoba, CSc. Stavebná fakulta STU, Katedra betónov˘ch kon‰trukcií a mostov Radlinského 11, 813 68 Bratislava tel.: +421 2 5927 4546 e-mail: [email protected]

49

EKOLOGIE ECOLOGY

V¯VOJ

P¤ÍPRAVY A TECHNOLOGIE STÍNICÍCH BARYTOV¯CH OMÍTEK DEVELOPMENT OF PREPARATION AND TECHNOLOGY OF BARYTE MOTRARS L E O N A R D H O B S T, LUBOMÍR VÍTEK, MARC E L A FR I DR IC HOVÁ Ke stínûní ionizujícího záfiení rentgenov˘ch pracovi‰È lze pouÏít olovûného plechu alternativnû téÏ barytov˘ch maltov˘ch smûsí. Druh˘ zpÛsob je zpravidla levnûj‰í a stavebnû dostupnûj‰í. Pro potfieby souãasného stavebnictví byl realizován v˘voj barytov˘ch malt jako prÛmyslovû vyrábûn˘ch such˘ch smûsí, které zaruãují konstantní kvalitu a snadn˘ zpÛsob stavební aplikace. Lead plates or alternatively baryte mortar mixtures can be used as ionizing radiation shielding at X-ray unit work places. The latter method is usually cheaper and more available from the point of constructional view. The development of baryte mortars as dry mixtures commercially produced has been carried out for the needs of today's building industry. The baryte mortar mixtures provide a steady quality and the easy application method in building industry. V prÛmyslu a ve zdravotnictví má a bude mít i nadále pevné, nezastupitelné místo pouÏívání rentgenov˘ch a jin˘ch pfiístrojÛ produkujících ionizující záfiení, nepfiíznivû pÛsobících na Ïivotní prostfiedí. Ionizující záfiení mÛÏe po‰kozovat zdraví obyvatelstva a iniciovat vznik závaÏn˘ch karcinogenních onemocnûní. Proto je nutné v‰echna rentgenová pracovi‰tû odstínit od vnûj‰ího prostfiedí konstrukcí zabezpeãující spolehlivou eliminaci vysílaného záfiení. K dostateãnému zeslabení záfiení dochází za urãit˘ch okolností jiÏ jeho odstínûním zdivem obvodov˘ch stûn, zvlá‰È je-li zhotoveno ze staviva se zv˘‰enou objemovou hmotností. BûÏnû pouÏívaná staviva, cihly ãi prost˘ beton, v‰ak vyÏadují k dostateãnû úãinnému odstínûní rentgenového záfiení relativnû velké tlou‰Èky. Ke sníÏení tlou‰tûk stínících konstrukcí je moÏno pouÏít obkladÛ stûn olovûn˘m plechem anebo speciální omítkou, jejíÏ smûs obsahuje sloÏky zv˘‰ující schopnost absorbovat vysílané záfiení. Zásadnû je pfii50

B

tom nutné, aby stínicí omítky a vrstvy (napfi. kovové plá‰tû) byly zfiizovány nejenom na stûnách novû budovan˘ch rentgenov˘ch pracovi‰È, ale také na stûnách stávajících prostor, které jsou pro potfiebu rentgenov˘ch pracovi‰È adaptovány. Vstupní otvory jsou chránûny proti vyzafiování dvefimi s vloÏkou z olovûn˘ch plechÛ a do prÛzorÛ jsou vkládány v˘plnû ze speciálního olovnatého skla. V˘robky z tohoto skla se dodávají s certifikátem prokazujícím jejich stínicí úãinnost a olovo samo o sobû je natolik homogenní a prozkoumaná hmota, Ïe dostateãnost stínicí úãinnosti olovûného plechu vkládaného do vstupních dvefií lze pfiesnû stanovit pouhou volbou jeho tlou‰Èky. Ménû spolehlivû lze urãit míru ochranné funkce obvodov˘ch zdí rentgenov˘ch pracovi‰È. Proto je dÛleÏité soustfiedit pozornost na v˘zkum sloÏení a technologie stínicích omítek, jako prvku zaruãujícího úplné odstínûní neÏádoucího vyzafiování. V ¯ VOJ BARY TOV ¯C H OM ÍTE K V˘zkumem materiálÛ a konstrukãních prvkÛ zabezpeãujících ochranu pracovi‰È s ionizujícím záfiením se fiadu let zab˘vá Ústav radiaãní defektoskopie Fakulty stavební VUT v Brnû (ÚRD). Jeho práce v‰ak byla dosud pfiednostnû zamûfiena na ochranu proti vysokoenergetickému záfiení betatronÛ a lineárních urychlovaãÛ (od 5 MeV do 25 MeV), vyuÏívan˘ch na defektoskopick˘ch pracovi‰tích v prÛmyslu a také v onkologick˘ch ozafiovnách ve zdravotnictví. Technologické potíÏe se zfiizováním stínicích konstrukcí nov˘ch i rekonstruovan˘ch rentgenov˘ch pracovi‰È ve zdravotnictví vybaven˘ch rentgeny o napûtí do 250 kV zpÛsobily, Ïe v˘zkum stínicích materiálÛ musel b˘t roz‰ífien i na oblast relativnû nízk˘ch energií. Pro odstínûní rentgenového záfiení o nízké energii je právû velmi v˘hodné pouÏívat baryt (tûÏivec), jehoÏ vynikající stínicí schopnost je zpÛsobena vysokou mûrnou hmotností (ρBaSO4 = 4480kg/m3 ) a vhodn˘m chemick˘m sloÏením. Dokazuje to i skuteãnost, Ïe stínicí úãinek barytové omítky je ETON

• TEC

H NOLOG I E

pfii energii rentgenového záfiení do 100 kV desetkrát vût‰í neÏ u standardního betonu stejné tlou‰Èky. Tato pfiíznivá vlastnost barytu pfiestává ov‰em platit, pÛsobíli energie záfiení nad 500 kV. V tomto pfiípadû o stínicí úãinnosti rozhoduje pouze objemová hmotnost stínicí konstrukce, a proto je moÏné v pfiípadû nutnosti zvy‰ovat objemovou hmotnost stínící konstrukce pfiidáváním i jin˘ch tûÏk˘ch sloÏek jako je napfi. ocelová drÈ. O funkãní spolehlivosti provedené ochrany v‰ak nerozhoduje pouze sloÏení omítkové smûsi, ale také technologická kázeÀ pfii zhotovování omítky. V˘sledky kontrol nûkolika rentgenov˘ch pracovi‰È prokázaly, Ïe pfii ambulantním zhotovování stínicích omítek rentgenov˘ch pracovi‰È na staveni‰tích se sice rámcovû dodrÏují jejich pfiedepsané tlou‰Èky, ale nezaji‰Èuje se (a objektivnû se ani nemÛÏe zajistit) jejich pfiedepsaná objemová hmotnost. Z toho dÛvodu si ÚRD s dal‰ími ústavy VUT v Brnû a v˘vojov˘mi pracovníky firmy ROSOMAC stanovily cíl, vyvinout takovou technologii pfiípravy suché smûsi Obr. 1 Horizontální a srm‰Èovací trhliny klasické barytové omítky Fig. 1 Horizontal and shrinking cracks in standard baryte plaster

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

EKOLOGIE ECOLOGY

Tab. 1 Vlastnosti hydratované malty ze smûsi X-RAY STOP Tab. 1 Characteristics of hydrated mortar X-RAY STOP mixture

ovûfiena v praxi na stavbû biologického stínûní komplexu rentgenov˘ch pracovi‰È Masarykova onkologického ústavu v Brnû. Omítky byly naná‰eny na stûny pracovi‰È ruãnû po nûkolika vrstvách, o maximální tlou‰Èce 10 mm, aÏ do celkové tlou‰Èky 40 mm. Omítka je po dokonãení kompaktní a homogenní. Na základû v˘sledkÛ tohoto úspû‰ného pouÏití byla suchá barytová smûs certifikována Technick˘m a zku‰ebním ústavem stavebním v Praze a její dal‰í pouÏívání bylo schváleno Státním úfiadem pro jadernou bezpeãnost.

Obr. 2 Koneãná verze modifikované barytové omítky Fig. 2 The final option of modified baryte plaster

barytové omítky, aby zajistila podmínky pro vyhovující zhotovování barytov˘ch omítek i pracovníky podnikÛ na práci tohoto druhu dosud nespecializovan˘ch. Podstatou této technologie je aplikace prÛmyslové, v centrálních v˘robnách pfiipravené smûsi, k jejímuÏ smísení s vodou pak dochází aÏ pfied zahájením omítání. N ÁV R H

SUCHÉ SMùSI

BARY TOV ¯C H OM ÍTE K

Ochranná funkce omítky pfiirozenû nespoãívá pouze ve vlastnostech samotného barytu, ale také v souãinnosti modifikujících pfiísad. Napfiíklad jiÏ pfii naná‰ení neupravené barytové omítky o objemové hmotnosti 2500 kg/m3 s bûÏn˘m obsahem vápenného hydrátu jako pojiva vznikají dutinky a trhliny (obr. 1). Proto bylo nutné smûs doplnit disperzní v˘ztuÏí a dále pfiísadami zlep‰it její zpracovatelnost, retenci a pfiídrÏnost. Po odzkou‰ení fiady rÛzn˘ch omítkov˘ch smûsí byla vybrána jako nejvhodnûj‰í smûs, která sv˘mi vlastnostmi v mnoh˘ch smûrech v˘raznû pfiedãí poÏadavky normy (obr. 2): pevnost v ohybu po 7 dnech ãiní 1,84 MPa, zatímco âSN 72 2430-4 stanovuje po 28 dnech min. 0,7 MPa, a pfiilnavost k podkladu dosahuje po 7 dnech 0,29 MPa, kdeÏto âSN stanovuje po 28 dnech min. 0,18 MPa. Vhodnost v˘sledného návrhu suché smûsi barytové omítky (cca 130 t) byla B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

DR U HY BARY TOV ¯C H SM ùSÍ V prÛbûhu nûkolikaleté aplikace such˘ch barytov˘ch smûsí pro podmínky rentgenov˘ch pracovi‰È se vyskytly situace, kdy bylo v˘hodnûj‰í namísto omítky vytvofiit stínící mezivrstvu sendviãov˘ch stûn rentgenov˘ch pracovi‰È a u horizontálních ãástí stínící podkladní vrstvu jejich podlahy. Pro tyto tfii zpÛsoby aplikace byla pÛvodní barytová smûs s názvem „X-RAY STOP“ upravena do tfií druhÛ o sloÏení pfiizpÛsobeném jednotliv˘m zpÛsobÛm aplikace. Druh A – barytová omítka stínicí jádrová – pouÏívá se nejãastûji a slouÏí k naná‰ení na vnitfiní povrch zdí nové nebo rekonstruované místnosti rentgenového pracovi‰tû. Druh B – barytová stínicí omítka v˘plÀová – pouÏívá se pro zhotovování mezivrstvy ve vícevrstv˘ch stûnách sendviãového typu. Okrajové vrstvy stûny musí b˘t nosné – nejsou tedy bednûním. Druh C – barytov˘ podkladní beton – pouÏívá se ke stínûní do horizontálních konstrukcí.. V souãasné dobû se staly v‰echny tfii druhy suché barytové smûsi souãástí v˘robního programu specializované firmy. Z v˘zkumnû-v˘vojového pohledu byl ze tfií v˘‰e uveden˘ch snad nejvíce nesnadn˘ v˘voj jádrové omítky. Tato omítková smûs totiÏ musí vyhovût v‰em nezbytn˘m poÏadavkÛm stavební aplikace a zároveÀ zabezpeãit poÏadavky na stínûní ionizujícího záfiení, kter˘mi jsou: • vysoká objemová hmotnost, • dokonalá objemová stálost. Z hlediska poÏadavku na vysokou objemovou hmotnost bylo tfieba, aby baryt, kter˘ tvofií plnivo smûsí, mûl co nejvy‰‰í ãistotu. Po vcelku komplikované vyhledávací studii se podafiilo zajistit stabilní zahraniãní zdroj, jímÏ je dodáván baryt se zaruãen˘m minimálním obsahem BaSO4 ve v˘‰i 75 %.

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

Sledovaná vlastnost Objemová hmotnost [kg.m–3 ] Pevnost v tlaku [MPa] Pevnost v tahu za ohybu [MPa] PfiídrÏnost [MPa] – beton – cihla

Stanovená hodnota 2450 17,3 4,02 0,761 0,674

Z hlediska dodrÏení poÏadavku na objemovou stálost bylo nutné, aby byl pfiesnû vyváÏen pomûr mezi barytov˘m plnivem a vápenocementov˘m pojivem. Pfiitom se ukázalo, Ïe zvlá‰tní dÛleÏitost má správné dávkování vápenného hydrátu, neboÈ jeho nadmûrn˘ obsah b˘vá nejãastûj‰í pfiíãinou objemov˘ch zmûn aplikované omítky. Pro dokonalé zabezpeãení objemové stálosti byla omítková smûs dále modifikována jednak fyzikálnû-chemicky, pouÏitím polymerních disperzí od firmy Wacker Chemie a retenãních pfiísad od firmy Akzo Nobel, a jednak fyzikálnû-mechanicky, pouÏitím disperzní vláknité pfiísady. Stavebnû-technické vlastnosti vyvinuté omítkové smûsi jsou uvedeny v tab. 1. Z tabulky je zfiejmé, Ïe barytová omítka X-RAY STOP zaruãuje nejenom vysokou objemovou hmotnost a stálost, ale vyhovuje také v‰em normov˘m poÏadavkÛm na vápenocementové jádrové omítky. Smûsi druhu B a C se li‰í od druhu A absencí vápenného hydrátu a pfiímûsi disperzních vláken, odli‰n˘m pomûrem mezi cementov˘m pojivem a barytov˘m plnivem, jakoÏ i volbou pfiísad. Vzhledem k tomu, Ïe zpÛsob jejich pouÏití nevyÏaduje zv˘‰enou pfiídrÏnost k podkladu, ale místo toho zv˘‰enou míru ztekucovací schopnosti, zvût‰uje se u nich mnoÏství ztekucovacích pfiísad, v betonáfiské praxi oznaãovan˘ch jako superplastifikátory. ZÁKLADNÍ

P OKYNY PRO APLI K AC I

P R Ò MY S LO V ù V Y R Á B ù N ¯ C H SUC H¯C H BARY TOV ¯C H SM ùSÍ

Volba technologie stínicích vrstev a zejména v˘bûr vhodného druhu barytov˘ch smûsí pro jejich zhotovování je plnû závislá na konstrukãním uspofiádání tûchto vrstev v konstrukci stûn rentgenového pracovi‰tû, jejichÏ souãástí se po dohotovení stávají. Ochranné vrstvy proti unikání záfiení se zhotovují v zásadû jako povrchové

2/2002

51

EKOLOGIE ECOLOGY

omítky anebo jako uzavfiené vnitfiní vrstvy, sevfiené mezi dvûma svisl˘mi stûnami (sendviãové konstrukce), popfi. u podlah jako podkladové vrstvy pod dlaÏbami. KaÏdá stínicí vrstva musí naprosto spolehlivû vykazovat, jak jsme to jiÏ uvedli, trvalou objemovou stálost, tj. musí poskytovat jistotu, Ïe v ní nedojde po celou dobu její funkãní angaÏovanosti k poru‰ení celistvosti. První podmínkou pro správné zhotovení jak˘chkoliv ochrann˘ch vrstev je volba konzistence jejich smûsi odpovídající jejich technologii, volené podle umístûní na anebo ve stûnách rentgenového pracovi‰tû. Pro zhotovování povrchov˘ch omítek se volí suchá barytová smûs druhu A ( s pfiímûsí vláken), která se rozmíchává na maltu s takov˘m mnoÏstvím vody, aby její konzistence byla srovnatelná s hust‰í jádrovou omítkou. Pfiíli‰ suchá malta znesnadÀuje naná‰ení, a fiídká vede ke sníÏení objemové hmotnosti a zejména ke sníÏení tvarové stálosti ochranné vrstvy. Malta se naná‰í ruãnû bez pouÏití omítníkÛ, pfii jejichÏ pouÏívání dochází vlivem tzv. slabého spoje k tvorbû technologick˘ch trhlin. Vrstvy silnûj‰í neÏ 10 mm se omítají postupnû po tlou‰Èkách max. 10 mm. Pfiitom kaÏdá dal‰í vrstva se naná‰í vÏdy po 24 hod.

BETONTAG 2002

52

zrání vrstvy pfiedchozí. Pfii omítání je tfieba vyvarovat se vût‰ích teplotních v˘kyvÛ v období tuhnutí a tvrdnutí omítky. Také je nutné vytvofiit opatfiení proti urychlenému vys˘chání nanesen˘ch vrstev omítky, které je pfiíãinou smr‰Èování vedoucího ke vzniku trhlin. Pro zhotovování uzavfien˘ch ochrann˘ch vrstev se doporuãuje volba suché barytové smûsi druhu B u svisl˘ch vrstev a druhu C s nejvût‰ím obsahem plastifikátorÛ u horizontálních vrstev. V prÛbûhu zhotovování uzavfien˘ch vrstev je nutno peãlivû dbát na jejich dokonalé zhutnûní tak, aby se zamezilo vzniku dutin, velk˘ch vzdu‰n˘ch pórÛ ãi jin˘ch poruch. Za tímto úãelem se doporuãuje pfii vyplÀování svisl˘ch vrstev postupnû odlévat barytovou maltu vÏdy do v˘‰ky max. 300 mm a zároveÀ ji dÛkladnû zhutÀovat, nejlépe vpichy ocelovou tyãí. U horizontálních vrstev se betonová smûs zpracovává nejlépe dusáním nebo vibraãní li‰tou tak, aby na povrch vystoupil cementov˘ tmel. Pfii pfiedepsané vrstvû silnûj‰í neÏ 50 mm je tfieba provádût zpracování betonu po vrstvách.

Tento ãlánek vznikl za podpory v˘zkumného zámûru MSM 261100007 Fakulty stavební VUT v Brnû

Doc. Ing. Leonard Hobst, CSc. Ústav radiaãní defektoskopie tel.: 05 4114 7270 e-mail: [email protected] Ing. Lubomír Vítek tel.: 05 4114 7274 e-mail: [email protected] Doc. Ing. Marcela Fridrichová, CSc. Ústav technologie stavebních hmot a dílcÛ tel.: 05 4114 7506 e-mail: [email protected] v‰ichni: FAST VUT v Brnû Vevefií 95, 662 37 Brno

Z ÁV ù R PouÏívání rentgenov˘ch pfiístrojÛ v rÛzn˘ch oblastech lidské ãinnosti není 14. a 15. bfiezna t.r. se konala ve Vídni mezinárodní betonáfiská konference a v˘stava pofiádaná rakousk˘m betonáfisk˘m svazem (Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik – ÖVBB). Letos se na tuto tradiãní akci stfiedoevropsk˘ch betonáfiÛ, konanou jednou za dva roky (v sud˘ch letech), sjelo více neÏ 1800 úãastníkÛ. Pfiekvapivû vysok˘ byl poãet náv‰tûvníkÛ z âeska – 78 a zejména ze Slovenska – 119. Konferenci zahájil úvodním projevem president rakouské betonáfiské spoleãnosti, pan Ernst Roubin. Pfiítomné pozdravil také primátor mûsta Vídnû, pan Michael Häupl. Referáty byly pfiedná‰eny v devíti sekcích: v˘zkum a v˘voj, projekty a v˘stavba dopravní infrastruktury, projekty a v˘stavba budov, modely soukromého financování infrastruktury, betonové stavby ve stfiední a v˘chodní Evropû – souãasné a budoucí projekty, postavení stavebnictví ve spoleãnosti a v˘stavba v zahraniãí. Souãasn˘ stav a v˘voj betonového stavitelství v âeské republice na pfielomu tisíciletí prezentovali ve svém vystoupení

B

moÏné a ani v blízké budoucnosti nebude moÏné vylouãit. Naopak lze pfiedpokládat, Ïe rentgenové pfiístroje budou nalézat stále ‰ir‰í uplatnûní. Novû vyvíjené úpravy staveb a zejména technologicky zdokonalené systémy stínicích vrstev na zábranu pronikání ionizujícího záfiení z rentgenov˘ch provozoven zabrání moÏn˘m ‰kodám na zdraví obyvatelstva a ochrání sv˘m dílem ãistotu jinak stále více zneãisÈovaného Ïivotního prostfiedí.

ETON

• TEC

H NOLOG I E

a ãlánku ve sborníku panové Rostislav Drochytka, VUT Brno, Zdenek Jefiábek, SSBK, a Georgiev Romancov, Metroprojekt Praha, a. s. Vût‰ina pfiednesen˘ch pfiedná‰ek je v písemné formû zahrnuta v obsáhlém sborníku, kter˘ k akci vydala ÖVBB a kter˘ je pfiípadn˘m zájemcÛm k dispozici v knihovnû âBS. SoubûÏnû s konferencí po oba dny probíhala v˘stava, na níÏ pfiedvádûly své produkty firmy a spoleãnosti z oblasti v˘zkumu, v˘voje, zku‰ebnictví, navrhování a projektování, stavební v˘roby, technologie a v˘roby materiálÛ ale také v˘voje stavebního softwaru a managementu projektování a fiízení staveb. Oblíbenou souãástí Betontagu je kulturní a spoleãensk˘ program, kter˘ dává pfiíleÏitost k neformálním setkáním star˘ch i souãasn˘ch kolegÛ, obchodních partnerÛ ãi jen náhodn˘m znám˘m ze spoleãné profese. Letos byl na programu koncert ve Svato‰tûpánské katedrále. Zaznûla koncertní díla Bacha, Beethovena, Brucknera a Mozarta.

• KONSTR

–jm–

U KC E

• SANAC

E

2/2002

SPEKTRUM SPECTRUM

SANACE 50 M VYSOKÉHO DVOJPLÁ·ËOVÉHO SILA U OCHSENFURTU, NùMECKO MAINTENANCE OF A DOUBLE-SKIN, 50 M HIGH SILO NEAR OCHSENFURT, GERMANY JOHANN BLEIZIFFER, MARKUS D E M L , E D U A R D H O B S T, C A R S T E N N E C H W AT A L , A N D R E A S W E LT N E R Sanaãní práce na Ïelezobetonové konstrukci sila na bíl˘ cukr s dvojit˘m cylindrick˘m plá‰tûm byly pozoruhodné sv˘m charakterem i rozsahem. V˘klad se soustfieìuje na rozbor chyb v dÛsledku nedokonalé anal˘zy zatûÏovacích stavÛ a pfiíli‰ného zjednodu‰ení mechanického modelu konstrukce. The paper deals with a large-scale rehabilitation of a double-shell cylindric white sugar silo. The works were extraordinary in character and extent. Main concern is analysis of the damages in the reinforced concrete structure due to load underestimation and excessive simplification of the mechanical model.

Pro celou konstrukci sila byl pouÏit beton B300 (podle vydání DIN 1045 z roku 1969). Armování se nedalo provést bez techniky pfiedpínání: ve vnûj‰í stûnû se pouÏila splétaná lana systému Leoba S 33 (8 φ8) oceli Sp 1300/1550 v prstencovém uspofiádání s promûnn˘m odstupem po v˘‰ce 250 aÏ 1000 mm (obr. 7). V‰eobecnû v‰ak byla pouÏita betonáfiská ocel BSt 420/500. V˘ztuÏ stûn byla vytvofiena klasicky – jako ortogonální soustava svisl˘ch a vodorovn˘ch prutÛ u horního i dolního líce. Stropní kruhová deska byla armována dvojím zpÛsobem: (a) aÏ po vnitfiní soustavu sloupÛ – systémem tangenciálních a radiálních prutÛ; (b) ve vnitfiním kruhu prÛmûru 10,6 m pevnû situovan˘m ortogonálním systémem.

PROVOZNÍ PORUCHY SILA V provozu sila docházelo k stále ãastûj‰ím úkazÛm konstrukãních závad. V surovém cukru se nacházely opadané betonové úlomky. Proto uÏ koncem 80. let byla provedena dÛkladná „bezpeãnostní prohlídka“ konstrukce vãetnû systematické kontroly stûn sila. Bylo shledáno v˘razné a rozsáhlé po‰kození stûn hlubok˘mi trhlinami. Na spodní stranû desky dna, zvlá‰tû na v˘bûhu sloupov˘ch hlavic a v okolí vyprázdÀovacích otvorÛ, byly objeveny závaÏné trhliny. Vlastní pfiíãina pozorovaného opadávání Obr. 1 Celkov˘ pohled na komplex (pojednávané silo je v popfiedí) Fig. 1 General view of the complex (with the silo in the foreground)

H I S T O R I E S TAV BY Silo bylo vybudováno v roce 1969 jako první ãást tfiídílného investiãního celku firmy Südzucker AG, Ochsenfurt v Dolních Francích (obr. 1). Dosahuje celkové v˘‰ky cca 53 m a je zakryto Ïebrovanou kupolí s vnûj‰ím taÏen˘m vûncem. Vnûj‰í i vnitfiní plá‰tû mají tlou‰Èku 220 mm a prÛmûr 34,4 resp. 21,2 m. Pfii v˘‰ce stûn plá‰tû 44 m dosahuje plnûní obou komor maximální kóty 41,5 m (obr. 2). Oba soustfiedné válcové plá‰tû vycházejí ze 700 mm tlusté hfiibové desky pfiekr˘vající sklepní prostor svûtlé v˘‰ky 3 m. Zatímco stropní deska je pod vnitfiním plá‰tûm podepfiena soustavou 12 sloupÛ rozmûrÛ 1,2 x 1,5 m s hfiibov˘mi hlavicemi 2,2 x 2,5 m, pfiechází vnûj‰í plá‰È sila v sklepní ãásti do mírnû excentricky navazující kruhové stûny tlou‰Èky 400 mm, která slouÏí i jako vnûj‰í liniová podpûra desky. Kromû toho je stropní deska pod vnitfiní komorou podepfiena na kruhu o prÛmûru 10,6 m obdobn˘m systémem 12 sloupÛ rozmûrÛ 0,5 x 0,7 m s hlavicemi 1,2 x 1,5 m. Obvodová stûna zavazuje do základové desky tlou‰Èky 900 mm, zesílené nábûhy na 1,4 m pod sloupy vnûj‰í osnovy (obr. 2). B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

53

SPEKTRUM SPECTRUM

Obr. 3 PÛdorys podsklepení (v˘fiez z pÛvodního plánu) Fig. 3 Floor plan of the basement (detail of the original plan)

Obr. 2 Svisl˘ fiez silem (v˘fiez z pÛvodního plánu) Fig. 2 Vertical section of the silo (detail of the original plan)

konstrukãního betonu v‰ak mûla pÛvod ve stfie‰ní kupoli a horní stropní konstrukci. V této ãásti konstrukce, která byla v provozním stadiu bûÏnû pfiístupná, se projevily poruchy nejzjevnûji. Zpráva vypracovaná roku 1988 v souvislosti s provûfiením stavu konstrukce uvedla jako hlavní pfiíãinu jejího katastrofálního stavu podcenûní návrhového zatíÏení. Tento závûr vyplynul z formálního porovnání specifické sypné hmotnosti bílého cukru podle starého vydání normy DIN 1055/6 [3], platného v dobû projektu sila, a její novely z roku 1987. Hodnoty γ = 8,0, resp. γ = 9,5 kN/m3 ukazují, Ïe pfii zachování v‰ech ostatních pfiedpokladÛ pÛvodního statického v˘poãtu je zatíÏení sila cca o 19 % vy‰‰í. Tato diference v‰ak nevysvûtlila závaÏné zji‰tûní, publikované ve zprávû, Ïe v˘ztuÏ vnûj‰ího plá‰tû je zfiejmû namáhána aÏ na mez kluzu: podle prÛbûÏnû platného konceptu „staré“ DIN 1045 [2] je rezerva bezpeãnosti za provozu od stavu na mezi únosnosti v tahu 75 %. V kritickém stavu byl shledán i vnitfiní plá‰È. DIAG NOSTIC K¯ PR ÒZKU M 2000 Není známo, proã se sanace doporuãená v roce 1988 déle neÏ jedno desetiletí odkládala. Teprve v roce 2000 majitel sila povûfiil projekãní ústav SEIB IngenieurConsult, Würzburg, vypracováním nového sanaãního dobrozdání. 54

B

Od nového sanaãního prÛzkumu se oãekávalo, Ïe uspokojivû vysvûtlí katastrofální míru pfietíÏení konstrukce a v‰echny registrované poruchy, coÏ se nepodafiilo v plném rozsahu prÛzkumu a zprávû z roku 1989. Provûfiením stavu konstrukce, vãetnû prohlídky stûn obou vyprázdnûn˘ch komor, se dospûlo ke zji‰tûní, Ïe stav konstrukce se od prohlídky v roce 1988 podstatnû zhor‰il. Napfi. na vnitfiním plá‰ti byly pfii ãásteãném naplnûní sila dokonce objeveny zfietelné vybouleniny, které se po vyprázdnûní pruÏnû stáhly. Firma Seib se úkolu zhostila se ctí. Seznam poruch a jejich odhadnut˘ch pfiíãin z roku 1989 byl doplnûn. Díky detailnímu prÛzkumu a dokumentaci závad konstrukce se utvofiil pomûrnû dokonal˘ obraz nedostatkÛ, a tak mohla b˘t vypracována úãinná koncepce sanace. ShrÀme systematicky poruchy zaznamenané pfii obou bezpeãnostních kontrolách (1989 a 2000) vãetnû jejich vysvûtlení. Poruchy stfie‰ní kupole Kruhov˘ prstenec kupole uloÏen˘ na vnûj‰í stûnû sila vykázal uprostfied kaÏdého rozpûtí mezi dvûma Ïebry kupole trhlinu aÏ 1 mm ‰irokou, dobfie patrnou na vnitfiní i spodní stranû. Tato porucha se vysvûtlila jako chyba prutového modelu kupole, v kterém se zakfiiven˘ tahov˘ prstenec de facto povaÏoval za n-úhelník pfiím˘ch pruETON

• TEC

H NOLOG I E

tÛ, a jeho v˘ztuÏ tomu nebyla ani náznakem pfiizpÛsobena. V dÛsledku kumulace velk˘ch deformací (tendence prstence deformovat se mezi styãníky do pfiímky) se otevfiely v blízkosti prstence spáry mezi stfie‰nicemi z dut˘ch bimsbetonov˘ch tvárnic, aÏ se vysunula pera z dráÏek, kter˘mi do sebe zapadaly. âasem se vyvinul rozdíln˘ prÛhyb prefabrikátÛ stfie‰nic, jeÏ vedl k postupnému protrhávání stfie‰ní krytiny a zatékání. Ve styãnících mezi prefabrikáty Ïeber kupole a prstencem do‰lo ojedinûle dokonce k odpr˘skávání betonu a v˘plnû spár. Poruchy mezilehlého stropu Strop slouÏí obsluze komor sila, tedy pfiedev‰ím kontrolovanému násypu surového cukru, kter˘ se dopravuje vnûj‰ím v˘tahem (obr. 1). Jeho nosnou ãástí nad vnûj‰í komorou jsou radiálnû uspofiádané prefabrikované Ïelezobetonové nosníky; nad vnitfiní ãástí sila plní tuto funkci ocelov˘ ro‰t. Nosníky jsou pfiekryty ãásteãnû zmonolitnûn˘mi prefabrikovan˘mi deskami. Okolo uloÏení nosníkÛ obou osnov do‰lo k opr˘skávání betonu a ve stropní desce se podél stûny vytvofiily 3 aÏ 4 m dlouhé trhliny ‰ífiky od 10 do 40 mm! Strop poklesl v prÛbûhu provozu o nûkolik centimetrÛ a byl nûkolikrát nadzvedáván; Ïebra se ukládala na náhradní ocelové konzoly. Hlavní pfiíãinou tûchto

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

SPEKTRUM SPECTRUM

Obr. 4 Pohled do vnûj‰í komory sila: viditelné trhliny ve vnûj‰ím plá‰ti Fig. 4 View of the external chambers of the silo: visible cracks in the external jacket

poruch byla zfiejmû nadmûrná poddajnost vnûj‰ího, nesprávnû konstruovaného tahového prstence, která se pfienesla i do stropní desky, nezpÛsobilé pro zachycení vnucen˘ch deformací ve své rovinû. Na pokles stropu v‰ak mûlo vliv i boulení vnitfiního plá‰tû, jakoÏ i naklonûní celého sila smûrem k sousedním dvûma silÛm komplexu, které ve vrcholu ãiní 150 mm. Souhrnû lze fiíci, Ïe konstrukci citelnû chybí okrajové ztuÏení, kter˘m se mohla stát napfi. právû stropní deska konstruovaná jako tuhé diafragma. Poruchy vnûj‰ího plá‰tû Kontrolována byla vnitfiní strana stûny. Tûsnû pod horním stropem byly viditelné v odstupu asi 1,4 m zhruba 3 m dlouhé svislé trhliny. Asi v polovinû v˘‰ky stûny byly pozorovány svislé trhliny s odstupem mezi 250 a 1200 mm (obr. 4). PfiibliÏnû podél poloviny trhlin obou v˘razn˘ch soustav byl opr˘skán perfalonov˘ nátûr. Poruchy vnitfiního plá‰tû Kontrolována byla vnûj‰í strana stûny. V úrovni asi 5 m pod horním stropem byl nátûr velkoplo‰nû opadán. Pod uloÏením dvou z radiálních nosníkÛ stropu (nad vnûj‰í komorou) se zjistily 2 m dlouhé svislé trhliny. V celém rozsahu stûny v‰ak probíhaly svislé trhliny v pomûrnû pravidelném odstupu cca 350 mm; v polovinû v˘‰ky stûny byly trhliny nejv˘raznûj‰í, soudû podle rozsahu opr˘skání ochranB

ETON

• TEC

H NOLOG I E

ného nátûru. Zmínûná vyboulení stûny obsáhla plochu nûkolika m2 – namûfiené globální naklonûní sila vysvûtluje i ovalizaci plá‰ÈÛ, jeÏ ãiní v hlavní ose nûkolik desítek mm. Poruchy dna sila Stropní deska nad sklepním prostorem tvofiící dno sila vykázala na spodní stranû velké mnoÏství trhlin vycházejících primárnû z rohÛ vstupních, resp. vyprázdÀovacích otvorÛ. Kromû toho se objevily pomûrnû pravidelnû rozloÏené dlouhé radiální trhliny ve vnûj‰ím prstenci desky (obr. 5); i v ostatních oblastech desky se na‰ly trhliny téhoÏ charakteru, ov‰em jiÏ fiidãeji. Pro v‰echny trhliny v desce dna byly spoleãn˘m rysem relativnû velk˘ vzájemn˘ odstup a s ním související velká ‰ífika, jakoÏ i vysok˘ stupeÀ zanesení neãistotami a pomûrnû vysoké stáfií. Poruchy stûny a sloupÛ sklepa Na vnûj‰í stûnû v sklepní ãásti byly na vícer˘ch místech viditelné svislé trhliny probíhající po celé v˘‰ce. Sloupy ve sklepû nevykázaly, s v˘jimkou diagonálních trhlin ve stfiední tfietinû dvou sloupÛ vnitfiní osnovy, Ïádná po‰kození. Poruchy základové desky Krytí estrichem nedovolilo vizuální kontrolu stavu desky. PfiedbûÏné statické oposouzení desky v‰ak ukázalo 10 aÏ 20% pfiekroãení pÛvodnû dovoleného namá-

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

Obr. 5 Radiální trhliny na spodním líci desky dna Fig. 5 Radial cracks in the bottom face of the base

hání základové spáry (450 kN/m2) a men‰í neÏ oãekávanou rezervu únosnosti. KONC E P C E SANAC E 2001 Ke koncipování generální opravy konstrukce sila se pfiistoupilo koncem roku 2000; dokonãena byla zaãátkem 2001. Vychází pfiedev‰ím z diagnostického prÛzkumu 2000, ale zohledÀuje i v˘sledky ãetn˘ch porad, dílãích studií a dal‰ích dobrozdání na rÛzn˘ch úrovních. Koncepce sanace vypracovaná firmou Seib Ingenieur-Consult je rozsáhlá. Z hlediska uωího zamûfiení tohoto ãlánku na sanaci plá‰ÈÛ a dna sila se dá charakterizovat následujícími kroky (obr. 6): • Stûny plá‰tû budou zesíleny spolu se stropní deskou v rámci jednoho pracovního procesu technologií Ïelezobetonu. • Zesílení obou stûn se provede z vnûj‰í komory; ve vnitfiní komofie bude zesílena púouze deska. • Pro stûny se pouÏije posuvné bednûní tak, Ïe se dobetonují dva paralelní Ïelezobetonové plá‰tû tlou‰Èky 150 aÏ 250 mm v pfiímém „tlakovém“ dotyku se stávajícími stûnami, av‰ak oddûleny spojitou plastickou fólií. Toto opatfiení je charakteristické pro sanace sil na cukr,

2/2002

55

SPEKTRUM SPECTRUM kter˘ v˘raznû zpomaluje proces hydratace cementu. Cukr lpí tak pevnû na povrchu stûn a v rozsáhl˘ch trhlinách, Ïe jeho odstranûní by vyÏadovalo nákladné a z hlediska stability sila problematické odstranûní hluboké vrstvy konstrukãního betonu. Vyãistûní a zainjektování nejv˘raznûj‰ích trhlin pfied vlastní betonáÏí bylo v‰ak do návrhu sanace zahrnuto. • Stanovení tlou‰Èky nadbetonování stropní desky vyplyne z nutného statického v˘poãtu. Zde se samozfiejmû odstranûní vrchní vrstvy po‰kozeného betonu aÏ po zdrav˘ beton koncipovalo, protoÏe se poãítalo s vytvofiením monoliticky spfiaÏeného Ïelezobetonového prÛfiezu. • Armování stûn se provede analogicky v˘ztuÏi stávajících stûn. Dobetonovan˘ prÛfiez desky dna se doplní jednak staticky potfiebnou horní v˘ztuÏí, jednak konstrukãní smr‰Èovací v˘ztuÏí na styku se stávajícím povrchem. Kotvení v˘ztuÏe do stávajícího betonu se provede systematick˘m navrtáním kotvících otvorÛ pro jednotlivé pruty a jejich zatmelením epoxidovou zálivkou. S T AT I K A

A K O N S T R U K â N Í N ÁV R H

SANAC E

Projekãní ústav SEIB Ingenieur-Consult, Würzburg byl povûfien i vypracováním vlastního projektu sanace, jakoÏ i jejím stavebním dozorem. Provedení statické anal˘zy a konstrukãního návrhu hlavní

ãásti sanace – rekonstrukce obou plá‰ÈÛ a dna sila – na úrovni návrhového a zadávacího projektu bylo svûfieno konstrukãní kanceláfii Ingenieurbüro Dr. Hobst, Nürnberg. Popisem hlavních krokÛ této ãásti projektu a jeho porovnáním s pÛvodním statick˘m v˘poãtem z roku 1969 se vysvûtlí prvotní pfiíãiny poruch.

Ïovány. Pfii plnûní a zvlá‰tû vyprázdÀování sila se v zásypu vytváfiejí promûnné oblasti se stojícím a plynoucím materiálem, vyvolávající dynamické úãinky, které se podle [3] vyjadfiují kvazistatick˘mi multiplikátory zatíÏení. V dÛsledku „Ïivelného“ skladovacího reÏimu se pfietíÏení sila stalo nekontrolovan˘m. Pro statickou anal˘zu sanace a pfií‰tí provoz se vytvofiily zásady obhospodafiování zásypu tak realistické, aby je bylo moÏno dodrÏet. Pfiipustilo se, Ïe úplná rovnomûrnost zásypu je iluzorní; rozdíly ve v˘‰ce do 4 m se pfiijaly jako kompromis. Pro statick˘ v˘poãet se vzala diference dvojnásobná, ãímÏ se vyjádfiila – v rámci zachovaného zjednodu‰eného pfiedpokladu rotaãní symetrie – i nerovnomûrnost zásypu po obvodu. ZatûÏovací faktor vyprázdÀování sila má podle [3] hodnotu 1,20. V 70. letech probûhl doplÀující v˘zkum v˘voje zatíÏení v silech, kter˘ prokázal, Ïe zohlednûní tlakov˘ch pomûrÛ v prstencovit˘ch zásobnících vyÏaduje, hlavnû v dÛsledku vût‰í

ZatíÏení ZatíÏení v silech je dáno normou DIN 1056/6 [3]. Jak bylo uvedeno, uÏ sám v˘voj této normy od verze z listopadu 1964 do souãasnû platného vydání z kvûtna 1987 „zv˘‰il“ zatíÏení sila o 19 %. Statik v‰ak vy‰el z fiady subjektivnû chybn˘ch pfiedpokladÛ: • V‰eobecné rotaãní symetrie jak zatíÏení tak samotné konstrukce, • UdrÏování provozní v˘‰ky zásypu v obou komorách na stejné v˘‰i, • Rovnomûrného plnûní a vyprázdÀování komor jak po obvodû, tak vzájemnû. Provûfiením historie provozu sila se zjistilo, Ïe uÏ na zaãátku provozu byla vnûj‰í komora zcela zaplnûna, zatímco vnitfi- Obr. 7 Schéma deficitního krytí vodorovné (prstencové) normálové síly ve vnûj‰í stûnû ní komora zÛstala Fig. 7 Diagram of the critical covering of the horizontal (ring) prázdná. Takové normal force in the exterior wall drastické pfietíÏení sila se zfiejmû nestalo pravidlem, ale uvedené pfiedpoklady nebyly dodr-

Obr. 6 Detail zadávacího projektu: zesílení vnûj‰í stûny a desky dna Fig. 6 Detail of the design development document: strengthening of the exterior wall and base slab

56

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

SPEKTRUM SPECTRUM

nerovnomûrnosti toku zásypu, vy‰‰í kvazistatick˘ pfiídavn˘ faktor zatíÏení. Tento závûr platil pro vnûj‰í komoru sila, a proto byl zaveden dal‰í násobn˘ faktor hodnotou 1,20. Naklonûní sila se zohlednilo globalizujícími úvahami tak, Ïe zatíÏení plá‰tÛ se pfiisoudily dal‰í pau‰ální násobné koeficienty: vnûj‰ímu – 1,12; vnitfinímu – 1,07. Stûny plá‰tû Pfiedpoklad formálního zachování rotaãní symetrie zatíÏení se vztáhl i na pÛsobení kruhovû cylindrick˘ch stûn. Základní fie‰ení se provedlo podle zásady pouÏití co nejjednodu‰‰ího v˘stiÏného mechanického modelu. Stal se jím spojitû pruÏnû uloÏen˘ nosník poddajnû vetknut˘ na spodním okraji. Vzhledem na pomûrnû rozsáhlou soustavu zatûÏovacích stavÛ vypl˘vající z koncepce zatíÏení se pouÏil programov˘ systém Esa-Prima Win firmy SCIA (v âeské republice prodávan˘ pod obchodním názvem NEXIS). Pfiepoãet stávající konstrukce podle tohoto modelu potvrdil pozorování poruch dokumentované zprávami z let 1989 a 2000. Zvlá‰È pozoruhodná byla tato zji‰tûní: • Horizontální (prstencová) v˘ztuÏ vnûj‰ího plá‰tû je prakticky po celé v˘‰ce v˘raznû poddimenzovaná (obr. 7); v rozsáhl˘ch oblastech je pfii provozním zatíÏení dosaÏena mez kluzu pfiedpínací (ov‰em i základní betonáfiské) v˘ztuÏe. • Podobná situace je u vertikální v˘ztuÏe ve spodní ãásti (do 8 m v˘‰ky) vnitfiního plá‰tû. Vysoké tlakové síly jsou dÛsledkem plá‰Èového tfiení z obou stran stûny. PrÛfiez je pfietlaãen, a v˘ztuÏ pfiekraãuje mez kluzu v tlaku pfii uvaÏování ekvivalentní tfiídy betonu B25 podle [2]. Pfii uvaÏování tfiídy B35, která byla nezávaznû potvrzena nedestruktivními zkou-

‰kami, se sice meze kluzu nedosáhne, ale poddimenzování zÛstává i tak katastrofálním. Podle koncepce sanace byl vytvofienl mechanick˘ model podle schématu na obr. 8. Oddûlující PVC fólie neumoÏní plné spfiáhnutí obou prÛfiezÛ; po dÛkladné diskuzi se zku‰ebním inÏen˘rem v‰ak byl pfiijat pfiedpoklad dokonalého tlakového kontaktu obou dílãích prÛfiezÛ. Úvahy statického v˘poãtu o jejich spolupÛsobení v konstrukci vedoucí na v˘poãtové rozdûlení namáhání pro závûreãné dimenzování a prÛkaz únosnosti, rozdílné pro vnûj‰í a vnitfiní stûnu, jsou pomûrnû obsáhlé. V rámci tohoto v˘kladu shrneme parametry modelu: • Pro obû stûny se zvolila minimální koncipovaná v˘‰ka prÛfiezu 150 mm, neboÈ snaha o omezení hmotnosti se prosadila jako prioritní. • Dobetonované vnûj‰í stûnû se pfiisoudí vodorovná v˘ztuÏ rovná zji‰tûnému deficitu (obr. 7). Tato hodnota se zv˘‰í na stranu bezpeãnosti o 33 %. Svislá v˘ztuÏ se navrhne ve stejném provedení jako v˘ztuÏ stávající vnûj‰í stûny, resp. pfiím˘m v˘poãtem, jak je dále naznaãeno u vnitfiní stûny. • U vnitfiní stûny byla situace sloÏitûj‰í: oboustranné zatíÏení stfiídav˘ch pomûrÛ se rozná‰í ve svislém smûru (plá‰Èové tfiení) na oba dílãí prÛfiezy oddûlenû; ve vodorovném smûru se spolupÛsobení modelovalo podle ortotropního schématu na obr. 8. Definovala se náhradní v˘‰ka prÛfiezu h’ pro definici ohybové tuhosti dûleného prÛfiezu podle vztahu (1). h’ = (h13 + h23)1/3

(1)

Nová vnitfiní stûna byla dimenzována na podíl vnitfiních sil z vodorovného zatíÏení náhradního systému Obr. 8 Pfiedstava spolupÛsobení stávajícího a dobetonovaného odpovídající pomûru prÛfiezu stûny ohybov˘ch tuhostí Fig. 8 Design of the interaction of the current and added concrete obou ãástí (posection of the wall mûr tfietích mocnin dílãích prÛfiezov˘ch v˘‰ek), zv˘‰eného, jako u vnûj‰í stûny, o 33 % na ni pfiipadajícího svislého zatíÏení z plá‰Èového tfiení. Analogicky byla prokázána dostateãná únosnost “odlehãené” stávající stûny. B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

Princip volby co nejjednodu‰‰ího mechanického modelu je jednou “stranou mince”. Zjednodu‰ování “za kaÏdou cenu” skr˘vá nebezpeãí podcenûní i zásadních aspektÛ pÛsobní konstrukce. Toho se dopustil statik v roce 1969, kdyÏ analyzoval konstrukci sila v˘hradnû rotaãnû symetrick˘m modelem; pravda, jeho v˘poãtové moÏnosti byly proti dne‰ku omezené. Pfii dimenzování vnitfiního plá‰tû v oblasti nad pfiechodem do desky dna zapomnûl, Ïe ne deska, ale vnûj‰í soustava sloupÛ pod ní pfiená‰í reakce jak ze stûny, tak z desky do základu. Deska mezi hlavicemi neslouÏí jako podpûra stûny, n˘brÏ se sama do stûny „zavûsí”. Stûna musí klenbov˘m úãinkem pfienést koncentrace napûtí do oblastí sloupov˘ch hlavic. Linearizovan˘m odhadem se prokázalo zhruba dvojnásobné mûrné namáhání spodních prÛfiezÛ stûny oproti ideálnímu rotaãnû symetrickému rozdûlení. Pfiesnûj‰í posouzení se ov‰em provedlo pomocí programu ESA. Pfii dimenzování stûny plá‰tû modulem NEDIM se ovûfiila nev˘hodnost tohoto druhu namáhání, které znamená i v˘razn˘ stûnov˘ smyk. Pfii nûm jsou rovnocennû „brány v potaz” v˘ztuÏné pruty obou osnov, a vyztuÏující médium beton se dostane do kritického stavu únosnosti, jak bylo ukázáno v [4]. Odtud vyplynula potfieba mohutné v˘ztuÏe ve spodním oboru stûny v˘‰ky cca 8 m. Je tfieba dodat, Ïe omyl statika byl napraven zásahem zku‰ebního inÏen˘ra, coÏ se podafiilo odhadnout z “nepravidelností” ve v˘kresech v˘ztuÏe. Deska dna PÛvodní statické fie‰ení desky dna se provedlo pomocí analytick˘ch zásad pro kruhovû symetrické desky, coÏ byl v tehdej‰í dobû standardní postup. Jak bylo pfiipomenuto, deska je kruhovû symetrická jen “pfii pohledu shora”. Její dimenzování proto pfiineslo, coÏ je charakteristick˘m znakem armování plo‰n˘ch konstrukcí dfiívûj‰ích let, podcenûnou v˘ztuÏ “podruÏné” osnovy, v tomto pfiípadû tangenciální. To se prokázalo pfii pfiesnûj‰í anal˘ze (ãtvrtinového segmentu) metodou koneãn˘ch prvkÛ. DÛsledkem mohutn˘ch hfiibov˘ch hlavic je pfiíznivé smykové pÛsobení v desce: v pÛvodním statickém v˘poãtu nebyla prokázána potfieba smykové v˘ztuÏe a deska neobdrÏela ani na pfiechodu mezi hlavicemi a standardním prÛfiezem smykové tfimínky.

2/2002

57

SPEKTRUM SPECTRUM Obr. 9 V˘ztuÏná síÈ vnûj‰í stûny a detail zafiízení posuvného bednûní Fig. 9 Reinforcing net of the exterior wall and detail of sliding forms

v˘ztuÏ stûn za pouÏití jediné ortogonální v˘ztuÏné sítû (obr. 9). Je zfiejmé, Ïe stupeÀ zesílení konstrukce, tedy vytvofiená rezerva únosnosti, je podstatnû niωí neÏ podle pojetí zadávacího projektu. Stavební praxe je plná kompromisÛ.

Pfiesnûj‰í anal˘za v‰ak prokázala, Ïe v okolí sloupov˘ch hlavic je deficitní i smyková únosnost desky, a je potfiebná smyková v˘ztuÏ. Zesílení desky nadbetonováním spolupÛsobící vrstvy betonu tfiídy B25 a její vybavení horní v˘ztuÏí se ukázalo jako jediná schÛdná cesta. Anal˘zou se prokázalo, Ïe zesílení prÛfiezu o 300 mm je ideální. Zv˘‰ením prÛfiezu desky na 1 m se pfiíznivû zmûnily pomûry smykového namáhání. Horní síÈová v˘ztuÏ se navrhla bez zapoãtení pÛvodní horní v˘ztuÏe, jeÏ se nadbetonováním dostala do blízkosti neutrální osy a ztratila statickou úãinnost. Rozhodující podmínkou pro fungování spfiaÏeného prÛfiezu „beton-beton“ bylo bezvadné smykové spolupÛsobení v spáfie. Tato otázka byla dlouho diskutována. Jak ukazují zku‰enosti posledních let, je moÏné bez speciálních opatfiení dosáhnout plného spolupÛsobení mezi star˘m a nov˘m betonem pfii dodrÏení správného technologického postupu: odstranûní povrchové vrstvy do úãinné hloubky, dÛkladné provlhãení starého betonu, vhodná zrnitost betonové smûsi „prvního dotyku“ atd. Pfiesto bylo pozdûji rozhodnuto pojistit smykové spolupÛsobení zabudováním speciálních smykov˘ch hmoÏdinek. Dal‰í aspekty sanace Autofii odkazují na zprávu [1], která byla sestavena z hlediska prÛzkumu ‰kod a jejich inventarizace, jakoÏ i detailního popisu jednotliv˘ch sanaãních opatfiení. PROVE DE N Í SANAC E Provedením sanace byla povûfiena firma 58

B

Dywidag, Nürnberg, stavebního dozoru se zhostila firma Seib. Práce probûhly úspû‰nû a, díky dobré organizaci práce a automatizaci betonáÏe posuvn˘m bednûním, velmi rychle – v letních mûsících roku 2001. Zásadám tvorby mechanického modelu a statického v˘poãtu sanace stûn a dna sila popsan˘m v ãlánku odpovídá návrhová a zadávací ãásti projektu sanace. Vy‰ly z pÛvodní koncepce sanace zaloÏené na diagnostice z roku 2000 a dÛkladného rozboru situace, na jehoÏ konci stála koncepce zesílení prÛfiezÛ naznaãená na obr. 6. Firma Dywidag pfiedloÏila jednodu‰‰í a lacinûj‰í protinávrh sanace, kter˘ byl investorem pfiijat pro provádûcí projekt. Jeho hlavním rysem je zjednodu‰ená Literatura [1] Deml M.: Statische Ertüchtigung eines Zuckersilos – Schadensursachen und Sanierung, Sborník konference „Vermeiden von Bauschäden – Aufgabe der Tragwerksplanung“, TU Dresden, fiíjen 2001 [2] DIN 1045, Beton und Stahlbeton, Ausgabe 7/88, Betonkalender 1997, Teil 2, Ernst & Sohn, Berlin 1997 [3] DIN 1055/6, Lastannahmen für Bauten; Lasten in Silozellen, Ausgabe 5/87, Betonkalender 1989, Teil 2, Ernst & Sohn, Berlin 1989 [4] Hobst Ed.: Kritische Bemerkungen zur Bemessung von Platten nach Eurocode 2, DIN 1045, E DIN 10451 und ÖNORM B 4700, Bautechnik 77, Heft 10, s. 707 – 717, Ernst und Sohn, Berlin 2000

ETON

• TEC

H NOLOG I E

Z ÁV ù R Kromû obeznámení ãeské inÏen˘rské vefiejnosti s aspekty sanace sila, mimofiádné sv˘m objemem i paletou sanovan˘ch závad, mûli autofii za cíl poukázat na v˘znam v˘stiÏného mechanického modelu konstrukce a jeho bezchybné statické anal˘zy jako nejlep‰í prevence závad. V posledních dvou desetiletích se tváfinost praktické statiky zmûnila v dÛsledku „v‰eobjímajícího“ roz‰ífiení poãítaãov˘ch algoritmÛ. Pfied tfiemi, ãtyfimi desítkami let byla pfiirozenou pfiíãinou chyb statick˘ch v˘poãtÛ – kromû stálepfiítomného ãasového tlaku na statika – nedostateãnost praktick˘ch v˘poãtov˘ch algoritmÛ. Automatizace této nejdÛleÏitûj‰í fáze projektování svádí k pfiedstavû, Ïe kvalifikovaná práce statika a inÏen˘rská intuice se staly zbyteãn˘mi. Na druhé stranû se v‰ak s oblibou a nádechem ironie poukazuje na to, Ïe v˘sledky „z poãítaãÛ“ jsou vÏdy správné, nûkdy v‰ak popisují jinou neÏ fie‰enou konstrukci. Realita si s ironií neporadí. Je tfieba znovu prosadit zdrav˘ názor, Ïe ideální funkãnosti a dlouhé, bezporuchové Ïivotnosti dosáhnou jen konstrukce zaloÏené na solidním statickém v˘poãtu a inÏen˘rské kontrole v˘sledkÛ.

• KONSTR

Dr.-Ing. Markus Deml e-mail: [email protected] Dipl.-Ing. Carsten Nechwatal e-mail: [email protected] Dipl.-Ing. Andreas Weltner e-mail: [email protected] v‰ichni: SEIB Ingenieur-Consult GmbH Berliner Platz 9, D – 97080 Würzburg fax: +49 931 3904 100 Dipl.-Ing. Eduard Hobst, Ph.D. Ingenieurbüro Dr. Hobst für Statik+Dynamik & Software-Entwicklung Osterhausenstraße 6A, D – 90459 Nürnberg tel./fax: +49 911 4501 978 e-mail: [email protected]

U KC E

• SANAC

E

2/2002

SPEKTRUM SPECTRUM

R¯CHLA

METÓDA PRE STANOVENIE VODOPRIEPUSTNOSTI

BETÓNU FAST METHOD FOR ESTIMATION OF THE WATER PERMEABILITY OF CONCRETE VLADIMÍR ÎIVICA Nová metóda pre stanovenie vodopriepustnosti betóna je zaloÏená na v˘poãte koeficienta vodopriepustnosti z v˘sledkov ortuÈovej intrúznej metódy. Najv˘znamnej‰ou prednosÈou metódy je moÏnosÈ stanoviÈ vodopriepustnosÈ na vzorke betónu kon‰trukcie. Metóda je veºmi r˘chla, v˘sledok je k dispozícii cca za 2 hodiny. Porovnanie v˘sledkov získan˘ch popisovanou a normovou metódou ukazuje, Ïe porozimetrická metóda je rovnocenná s normov˘m skú‰obn˘m postupom. The principle of a new method for the estimation of water permeability of concrete is based on the calculation of the water permeability coefficient from the results of mercury intrusion method. An advantage of the porosimetric method is the possibility to estimate the water permeability of the test specimen of concrete structure. The method is fast, the result in 2 hours may be obtained. A comparison of the results of water permeability gained by the porosimetric method and those gained by the standard method shows that the porosimetric method is equivalent to the standard one. Pri hodnotení stavu betónu v kon‰trukcii a nutnosti jej sanácie a rozsahu, vhodn˘m a úãeln˘m doplnením informácií o vlastnostiach betónu sú údaje o vodopriepustnosti betónu. Táto predstavuje v˘znamnú technickú vlastnosÈ betónu, ktorá podmieÀuje trvanlivosÈ betónu. Zv˘‰enie hodnoty vodopriepustnosti môÏe indikovaÈ degradaãné procesy v betóne zniÏujúce jeho trvanlivosÈ. Má teda takáto informácia aj v˘znam indikujúci zmenu kvality betónu. Spoºahlivú informáciu o vodopriepustnosti betónu kon‰trukcie v‰ak môÏe poskytnúÈ len skú‰ka na vzorke odobranej z kon‰trukcie. Od tejto poÏiadavky sú vzdialené beÏné skú‰obné postupy, zaloÏené na skú‰kach laboratórne pripraven˘ch skú‰obn˘ch vzoriek. Tieto vzorky samozrejme v Ïiadnom prípade nemôÏu zodpovedaÈ betónu hodnotenej kon‰trukB

ETON

• TEC

H NOLOG I E

cie. Preto aj normové skú‰obné postupy, napr. STN 73 1321 zaloÏené na skú‰kach laboratórne pripraven˘ch vzoriek, nie sú pre hodnotenie betónu kon‰trukcii pouÏiteºné [1]. Jednou z tak˘chto metód umoÏÀujúcich zistiÈ vodopriepustnosÈ betónu kon‰trukcie je metóda zaloÏená na stanovení priepustnosti vzduchu betónu [2]. Na základe získan˘ch v˘sledkov sa zistí hodnota vodopriepustnosti pomocou známych vzÈahov [3] . Novú a r˘chlu metódu tohoto druhu predstavuje skú‰obn˘ postup, vyvinut˘ na na‰om pracovisku [4], zaloÏen˘ na v˘sledkoch ortuÈovej porozimetrickej anal˘zy vzorky betónu a v˘poãte koeficienta jeho vodopriepustnosti. OrtuÈová porozimetria je zaloÏená na skutoãnosti, Ïe ortuÈ nezmáãa povrchy tuh˘ch materiálov a nepreniká do ich pórovej ‰truktúry spontánne, ale len za pôsobenia vonkaj‰ieho tlaku. To umoÏÀuje, za evidencie aplikovaného tlaku, vypoãítaÈ veºkosÈ ortuÈov zaplnen˘ch pórov pomocou vzÈahu: r=

K p

granulometrie podºa STN 72 1208. U ãerstv˘ch zmesí sa zistila spracovateºnosÈ podºa STN 72 2441. Vyrobené skú‰obné vzorky tvrdli pri teplote 20 °C a relatívnej vlhkosti 98 % po dobu 24 hodín. Po tejto dobe boli odformované a uloÏené do vody pri teplote 20 °C na dobu 28 dní. Po tejto dobe boli skú‰obné vzorky podrobené stanoveniu koeficienta vodotesnosti a porozimetrickej anal˘ze. Koeficient vodotesnosti bol stanoven˘ pomocou beÏného zariadenia, u ktorého skú‰ka spoãíva vo vtláãaní vody do skú‰obnej vzorky vzduchom. Hodnoty koeficienta boli vypoãítané pomocou zákona Darcyho. Pre porozimetrickú anal˘zu vzoriek malty odobrat˘ch z volen˘ch vzoriek sa pouÏil porozimeter pracujúci v rozsahu 0,1 aÏ 200 MPa, umoÏÀujúci stanoviÈ póry s polomerom cca 0,3 mm aÏ 3,75 nm. Pre vzÈah medzi koeficientom vodopriepustnosti (K) a ‰trukturálnym parametrom (·P) , znázornen˘ na obr. 1, sa zistila regresná rovnica: log K = 1,438 log ·P – 0,971 s korelaãn˘m koeficientom 0,95.

kde r je polomer pórov, p aplikovan˘ tlak a K je kon‰tanta. Súãasne za evidencie mnoÏstva vtláãanej ortute do vzorky je moÏné zistiÈ aj objem pórov. Pre uvádzanú metódu zisÈovania vodopriepustnosti sa na základe v˘sledkov porozimetrie urãí tzv. ‰trukturálny parameter, dan˘ súãinom objemu pórov a priemerného polomeru pórov. Na základe jeho hodnoty a pomocou experimentálne zisteného vzÈahu medzi hodnotami tohoto parametra a koeficientu vodotesnosti sa urãí jeho hodnota pre hodnoten˘ betón. Pre zistenie uvedeného vzÈahu sa pripravili cylindrické vzorky s priemerom 150 mm a v˘‰ke 30 mm z maltovej zmesi s rozliãn˘m pomerom mie‰ania cement: piesok 2 aÏ 6 a s vodn˘m súãiniteºom v/c 0,4 aÏ 0,7. Pre v˘robu sa pouÏil portlandsk˘ cement CEM I 42.5 podºa STN P ENV 197-1 a kremiãit˘ piesok plynulej

• KONSTR

U KC E

(2)

(1)

• SANAC

E

2/2002

Tab. 1 V˘sledky stanovenia koeficienta vodopriepustnosti skú‰kou vodotesnosti a porozimetricky Tab. 1 Results of determination of a waterpermeability coefficient by waterpermeability and porosity tests Malta Piesok: ã. cement

v/c Koeficient vodopriepustnosti K.10–20 m s–1 Skú‰ka Porozimetria vodotesnosti

1

2

0,4

3,3

4,2

2

2

0,5

4,2

4,4

3

3

0,4

5,7

5,5

4

3

0,5

5,5

6,0

5

3

0,6

7,6

5,7

6

4

0,5

22,2

23,8

7

4

0,6

9,1

9,4

8

4

0,7

9,7

9,7

9

6

0,7

33,9

23,1

59

Koeficient vodoproepustnosti log K

SPEKTRUM SPECTRUM oprávÀuje povaÏovaÈ porozimetrickú metódu za vhodnú skú‰ku na zisÈovanie vodopriepustnosti betónov. V˘znamné prednosti porozimetrickej skú‰ky ako je moÏnosÈ skú‰ky na vzorkách betónu odobran˘ch z kon‰trukcie a nepomerne vy‰‰ia r˘chlosÈ skú‰ky (ca 2 hodiny jedna skú‰ka) jednoznaãne túto metódu uprednostÀujú.

3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

·trukturálny parametr ·p

Pre ilustráciu sa uvádzajú v˘sledky stanovenia koeficientu vodopriepustnosti zistené skú‰kou vodotesnosti a porozimetricky. Z ÁV E R Získané v˘sledky preukazujú úplnú rovnocennosÈ porozimetrickej metódy so skú‰kou vodotesnosti. Zistená rovnocennosÈ

Literatúra [1] STN 73 1321 Stanovenie vodotesnosti betónu [2] Torrent R., Frenzer G.: A method for the rapid determination of the coefficient of permeability of the „Concrete“. Int. Symposium Nondestructive Testing in Civil Engineering, Berlin, 26. – 29.9.1995, pp. 985 – 992 [3] Adámek J., Juránková V., Midzako O.: Moderní nedestruktívní metódy

TECHNOLOGIE, PROVÁDùNÍ KONSTRUKCÍ 2002

Ing. Vladimír Îivica, DrSc. Ústav stavebníctva a architektúry SAV Bratislava Dúbravská cesta 9, 842 20 Bratislava Slovenská republika tel.: +421 2 5942 7157 e-mail: [email protected]

mûfiení propustnosti betonu pro vodu a vzduch, Zborník „Stavebné materiály a skú‰obníctvo“, ORGWARE, ·trbské Pleso, 2001, s. 155 – 157 [4] Bágeº ª., Îivica V.: Relationship between pore structure and permeability of hardened cement mortars: on the choise of effective pore structure parameter, Cement and Concrete Research, vol. 27, 1997, No. 8, pp. 1225 – 1235

A KONTROLA BETONOV¯CH 20. a 21. bfiezna 2002 pofiádala âBS v Praze, v Masarykovû koleji âVUT, konferenci zamûfienou na technologii, provádûní a kontrolu betonov˘ch konstrukcí. Konference se zúãastnilo pfies 280 odborníkÛ ze v‰ech oblastí betonového stavitelství. Pofiadatele konference tû‰í, Ïe inÏen˘rská vefiejnost si uvûdomuje nutnost sledovat novinky a zmûny, které provází v posledních letech oblast betonového stavitelství a zejména pak v oblastech, na nûÏ se soustfiedila pozornost konference. Ve sv˘ch referátech prezentovali pfiedná‰ející své poznatky ze zkou‰ení a pouÏívání nov˘ch pfiímûsí do betonu a celé ‰kály vysokohodnotn˘ch a speciálních betonÛ, ze zavádûní systému betonáfisk˘ch norem ISO a EN do soustavy âSN a z úprav a zmûn zaveden˘ch technologií a postupÛ tak, aby vyhovovaly nejen zvy‰ujícím se nárokÛm na ekologii v˘roby cementu a silikátov˘ch staviv, ale i na ochranu Ïivotního prostfiedí pfii vlastní v˘stavbû betonov˘ch konstrukcí. Posluchaãi tak získali mnoÏství cenn˘ch informací, které mohou vyuÏít pfii své denní práci, kdy je tfieba obstát v tvrd˘ch podmínkách konkurence na trhu stavebních prací a vypofiádat se s ãasto velmi nároãn˘mi poÏadavky investorÛ a budoucích vlastníkÛ staveb. Redakãní rada ãasopisu rozhodla ve svém roãním plánu, Ïe ãtvrté ãíslo ãasopisu v roce 2002 bude vûnováno právû otázkám jakosti betonu a betonov˘ch staveb a ochranû Ïivotního prostfiedí. Redakce proto vyz˘vá v‰echny ãtenáfie, ktefií se uvedenou problematikou zab˘vají a mají „v ‰uplíku“ námût na pfiíspûvek do ãasopisu, aby ho vytáhli, zpracovali a poslali do redakce do poloviny ãervna. Doufáme, Ïe Vበzájem bude stejn˘ jako v pfiípadû bfieznové konference. Pro její dal‰í roãník pofiadatel jiÏ teì hledá vût‰í sál... redakce

60

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

SPEKTRUM SPECTRUM

CENA FINSKÉ BETONÁ¤SKÉ SPOLEâNOSTI THE CONCRETE CONSTRUCTION AWARD OF YEAR 2001 Cenu finské betonáfiské spoleãnosti za Betonovou konstrukci roku 2001 udûlila odborná porota dvûma stavbám, pfiestavbû kostela Panny Marie v Neubrandenburgu na koncertní síÀ a nové budovû Institutu molekulární biologie a genetiky Maxe Plancka v DráÏìanech. Obû stavby, rozdílné svou funkcí a pojetím, shodou okolností obû postavené v Nûmecku, vyjadfiují vysokou úroveÀ finské architektury a designu. Zamûfiení tohoto ãísla ãasopisu je bliωí první ocenûná stavba, pfiestoÏe se jedná o celkovou pfiestavbu vnitfiního prostoru chrámu a sanováno bylo pouze obvodové cihelné zdivo. Koncertní sál Panny

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

Marie, betonov˘ klenot vestavûn˘ do ãerveného cihelného zdiva stfiedovûkého gotického chrámu, byl porotou vybrán pro svou ojedinûlou architektonickou my‰lenku, propracovan˘ návrh konstrukce a vysoce profesionální provedení z pohledového monolitického betonu. Ústfiedními prvky stavby jsou dva 35 m vysoké betonové pylony, které oba uvnitfi skr˘vají v˘tah, únikov˘ v˘chod a svislé rozvody inÏen˘rsk˘ch sítí. Pylony podpírají spiralová schodi‰tû, mezi nûÏ je vloÏena deska galerie rozdûlená mezi pylony vysokou sklenûnou stûnou na ãást vnitfiní a vnûj‰í. Galerie, speciální konstrukce zastfie‰ení ze skla a oceli i nosné prvky be-

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

ZA ROK THE

2001

tonové konstrukce jsou navrÏeny tak, Ïe koncertní sál i pfiilehlé foyer pÛsobí dojmem jednoho nádherného nerozdûleného prostoru. Porota vedle architektonického návrhu vyzdvihla vysokou úroveÀ zpracování návrhu nosné betonové konstrukce, precizní provedení v‰ech betonov˘ch prvkÛ a zvlá‰tû jejich povrchÛ, jichÏ bylo dosaÏeno nejen vysoce kvalitním návrhem materiálu ale i neustálou a kompetentní kontrolou bûhem provádûní stavby.

2/2002

(Fotografie a text BETONI 1/2002, vol. 72, ISSN 1235-2136, pfieloÏila a upravila Jana Margoldová)

61

AKTUALITY TOPICAL

SUBJECTS

SEMINÁ¤E, SEMINÁ¤E,

KONFERENCE A V¯STAVY

K O N F E R E N C E A V ¯ S TAV Y V

âR

ZAHRANIâNÍ

M O ST Y 20 0 2 7. mezinárodní sympozium Termín a místo konání: 25. a 26. dubna 2002, Brno, kongresov˘ sál hotelu VoronûÏ Kontakt: Magda Kytnerová, SEKURKON, ·umavská 31, 612 54 Brno tel: 05 4913 1555, fax: 05 4123 6510 e-mail: [email protected] S A N AC E 20 0 2 XII. mezinárodní sympozium • Stavební prÛzkum, diagnostika, projektování • Vady a poruchy betonov˘ch konstrukcí, kvalita a trvanlivost sanací • Sanace a zesilování betonov˘ch konstrukcí • Sanace konstrukcí montovan˘ch objektÛ • Nové materiály v technologii sanace • Technické a ekologické aspekty sanací betonov˘ch konstrukcí Termín a místo konání: 16. a 17. kvûtna 2002, Brno-v˘stavi‰tû, Rotunda pavilonu A Kontakt: Ing. Hana Némethová, SSBK, Kfiídlovická 78/80, 603 00 Brno, tel: 05 4324 8190, fax: 05 4157 2425 GSM: 0602 737 657, e-mail: [email protected], www.sanace-ssbk.cz KO N C E P â N Í N ÁV R H B ETO N OV ¯C H KO N ST R U KC Í Semináfi • Promítnutí poÏadavkÛ na konstrukci do jejího návrhu • Návrh konstrukãního systému • V˘poãtov˘ model a aplikace norem • Pfiíklady koncepãního pfiístupu k navrhování Termín a místo konání: 29. kvûtna 2002, Kongresov˘ sál Masarykovy koleje âVUT v Praze, Thákurova 1, Praha 6-Dejvice Kontakt: âeská betonáfiská spoleãnost âSSI, sekretariát, Samcova 1, 110 00 Praha 1 tel.: 02 2231 6195, 02 2231 6173, fax: 02 2231 1261 e-mail: [email protected], [email protected], www.cbz.cz R OA DWA R E 20 0 2 8. mezinárodní silniãní veletrh Termín a místo konání: 28. aÏ 30. kvûtna 2002, PrÛmyslov˘ palác – pravé kfiídlo, V˘stavi‰tû Praha, dennû od 10 do 18 hodin kontakt: Agentura Viaco, Bûlohorská 95/233, 169 00 Praha 6 tel.: 02 2439 0941(–3), fax: 02 2439 0944 e-mail: [email protected], www.roadware.cz VÁ P N O , C E M E N T, E KO LO G I E Semináfi Termín a místo konání: 3. aÏ 5. ãervna 2002, Lísek u Bystfiice pod Pern‰tejnem Kontakt: V˘zkumn˘ ústav maltovin Praha, s. r. o., Na Cikánce 2, 153 00 Praha 5-Radotín, tel.: 02 5791 1775, tel./fax: 02 5791 1800 e-mail: [email protected], www.vumo.cz N O N -T R A D I T I O N A L C E M E N T & CO N C R ET E Mezinárodní symposium • Clinker-free concrete • Expansive concrete • High performance concrete • Damage and fracture of the concrete • Quality control of the concrete Termín a místo konání: 11. aÏ 13. ãervna 2002, Brno Kontakt: Dr. Vlastimil Bílek, UVAR-Servis, a. s., ·umavská 33, 602 00 Brno, fax: 05 4121 1444 e-mail: [email protected], http://stm.fce.vutbr.cz/symposium2002

62

B

ETON

• TEC

KON FE R E NC E A SYM P OZIA

CO N C R ET E F O R A S U STA I N A B L E AG R I C U LT U R E 4. mezinárodní sympozium • Innovative concrete structures for agriculture, horticulture and animal husbandry • Durability and quality aspects of concrete in agriculture • Concrete in relation to general animal welfare and energy savings • Concrete for water management and environmental protection Termín a místo konání: 21. aÏ 24. dubna 2002, Ghent, Belgie Kontakt: Mangel Laboratory of Concrete Research, Technologiepark Zwijnaarde 9, B – 9052 Ghent tel: + 32 9 264 5518, fax: + 32 9 264 5845 e-mail: [email protected], www.clo.fgov.be/symposium WCC M S W O R L D CO N F E R E N C E O N CO N C R ET E M AT E R I A L S A N D ST R U C T U R E S Mezinárodní konference Termín a místo konání: 14. aÏ 16. kvûtna 2002, Kuala Lumpur, Malajsie Kontakt: WCCMS2002 Conference Secretariat, Faculty of Civil Engineering, MARA University of Technology, 40450 Shah Alam, Selangor, MALAYSIA tel.: +603 551 638 77 fax: +603 551 923 94 e-mail: [email protected], www.itm.edu.my/WCCMS A N A LY T I C A L M O D E L S A N D N E W CO N C E P T S I N CO N C R ET E A N D M A SO N R Y ST R U C T U R E S 4. mezinárodní konference • Design codes for concrete structures, • Numerical analysis and modelling of reinforced and prestressed concrete structures, • Theory and experimental research of reinforced, prestressed and precast concrete structures, • Behaviour of normal and high strength concrete in complex stress state, • Dynamical analysis of concrete structures. Termín a místo konání: 5. aÏ 7. ãervna 2002, Krakow, Polsko Kontakt: AMNC CMS, Institute for Building Materials and Structures, Cracow UT, ul. Warszawska 24, 31-155 Krakow, POLAND tel.: +48 12 628 2344, fax: +48 12 628 2025 e-mail: [email protected] N O R D I C CO N C R ET E R E S E A R C H XVIII. mezinárodní sympozium Termín a místo konání: 12. aÏ 14. ãervna 2002, LO-Skolen, Helsingor, Dánsko Kontakt: Danih Technological Institute, Concrete Centre, Postbox 141, DK-2630 Taastrup, fax: +45 7220 2373 e-mail: [email protected] U T I L I Z ATO N O F H I G H ST R E N GT H / H I G H P E R F O R M A N C E CO N C R ET E 6. mezinárodní sympozium • State-of-the-art and potentials for further developments in HSC/HPC • Design Methods and Criteria, Research, Codes, Specifications, Construction • HSC, HPC, Ultra HSC, HSLWAC, Concrete Mix Design, Durability, Design Life Termín a místo konání: 16. aÏ 20. ãervna 2002, Lipsko, SRN Kontakt: Mrs. M. Hoepfner, University of Leipzig, Marschnerstrasse 31, D-04109 Leipzig, Germany tel.: +49 341 9733 800, fax: +49 341 9733 809 e-mail: [email protected], www.HPC2002.de

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

AKTUALITY TOPICAL

S PAC E ST R U C T U R E S 5. mezinárodní konference • Analysis, Design and Construction of Space Structures • Domes, Towers, Grids, Foldable Structures, Membrane Structures • All Types of Structural Materials Including Concrete and Composite Termín a místo konání: 19. aÏ 21. srpna 2002, Guilford, UK Kontakt: Dr. P Disney, Dept. of Civil Engineering, University of Surrey, Guilford, Surrey GU2 7XH, UK tel.: +44 1483 689 251, fax: +44 1483 450 984 www.surrey.ac.uk/CivEng/research/ssrc/index.htm A DVA N C E S I N ST R U C T U R A L E N G I N E E R I N G A N D M EC H A N I C S ( A S E M _ 0 2 ) 2. mezinárodní konference • Emerging Technologies in Structural Engineering and Mechanics • Analysis, Design, Materials Termín a místo konání: 21. aÏ 23. srpna 2002, Pusan Convention Center, Pusan, Korea Kontakt: Techno-Press, P.O. Box 33, Yusong, Taejon 305-600, Korea fax: +82 42 869 8450, e-mail: [email protected] W I N D + ST R U C T U R E S ( AWA S _ 0 2 ) Druhé mezinárodní sympozium • Emerging Technologies in Wind and Structures • Interactions, Loads, Modeling • Structural Behaviour, Damage Assessment Termín a místo konání: 21 aÏ 23. srpna 2002, Pusan Convention Center, Pusan, Korea Kontakt: Techno-Press, P.O. Box 33, Yusong, Taejon 305-600, Korea fax: +82 42 869 8450, e-mail: [email protected] CO M P U TAT I O N A L ST R U C T U R E S T EC H N O LO GY 6. mezinárodní konference & E N G I N E E R I N G CO M P U TAT I O N A L T EC H N O LO GY 3. mezinárodní konference • Parallel and Distributed Computing, Parallel Processing and Computation • Networks, Conceptual Design, Design Systems • Internet Applications, Objects, Graphics Termín a místo konání: 4. aÏ 6. záfií 2002, Praha, âR Kontakt: Civil-Comp Ltd, Dun Eaglais, Station Brae, Kippen, Stirling FK8 3DY, UK tel.: +44 1786 870 166, fax: +44 1786 870 167 e-mail: [email protected] C H A L L E N G E S O F CO N C R ET E CO N ST R U C T I O N Mezinárodní kongres • Innovations and Developments in Concrete Materials and Construction • Sustainable Concrete Construction • Concrete for Extreme Conditions Termín a místo konání: 5. aÏ 11. záfií 2002, Dundee, UK Kontakt: Prof. R.K. Dhir, OBE, Director, Concrete Technology Unit, University of Dundee DD1 4HN, Scotland UK tel.: +44 344 347, fax: +44 345 524, +44 344 816 e-mail: [email protected], www.dundee.ac.uk/civileng/ctucongress/welcome.htm TOWA R D S A B ET T E R B U I LT E N V I R O N M E N T – I N N OVAT I O N , S U STA I N A B I L I T Y, I N F O R M AT I O N T EC H N O LO GY IABSE symposium • Transportation structures • Resource industry structures • Structures for energy production and recovery • Lifetime cost assessment and life extension Termín a místo konání: 11. aÏ 13. záfií 2002, Melbourne, Australia B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

• KONSTR

U KC E

SUBJECTS

Kontakt: Symposium Secretariat, IABSE 2002 Symposium, Melbourne, ETH Hönggerberg, CH-8093 Zürich, Switzerland fax: +41 1633 1241, www.iabse.eth.ch/conferences/melbourne/ CO N C R ET E ST R U C T U R E S I N T H E 21 ST C E N T U R Y 1. kongres fib 2002 • Innovative Structures, Advanced Design and Construction, Seismic Design • Development of New Materials, Composite Structures, HPC, Recycling • Durability, Safety, Management, Monitoring Termín a místo konání: 13. aÏ 19. fiíjna 2002, Ósaka, Japonsko Kontakt: Japan Prestressed Concrete Engineering Association, 4-6 Tsukudo-cho, Shinjuku-ku, Tokyo 162-0821, Japan tel.: +813 3260 2521, fax: +813 3235 3370 e-mail: [email protected] B O N D I N CO N C R ET E – F R O M R E S E A R C H TO STA N DA R D S Mezinárodní sympozium • Bond within plain concrete used as a matrix, Degradation of bond • Bond between different types of concrete and reinforcements • Modelling of bond, Standards, Codes Termín a místo konání: 20. aÏ 22. listopadu 2002, Budape‰È, Maìarsko Kontakt: “Bond in Concrete” Conference Secretariat, Budapest University of Technology and Economics, Müegyetem rkp. 3. H-1111 Budapest, Maìarsko tel.: +361 463 4068, fax: +361 4653 3450 e-mail: [email protected], www.eat.bme.hu/bond ( R E ) C L A I M I N G T H E U N D E R G R O U N D S PAC E ITA World Tunnelling Congress 2003 • Underground Space Use, Underground Space Construction • Sustainability of Underground Space, Underground Logistic Systems • Rock Tunnelling, Softground Tunnelling, Research, Development, Design Termín a místo konání: 12. aÏ 17. dubna 2003, Amsterdam, Nizozemí Kontakt: WTC2003 c/o Congress Secretariat VOR, PO Box 411, 2800 AK Gouda, Nizozemí tel.: +31 182 539 233, fax: +31 182 537 510 e-mail: [email protected], www.wtc2003.nl I N T E R N AT I O N A L SY M P O S I U M O N CO N C R ET E R OA D S 9. mezinárodní sympozium • Design and Specifications, Life Cycle Analysis, Safety, Environment • Materials for Concrete Pavement • Construction, Maintenance, In situ Repair Techniques, Cement Stabilisation, Cracking Termín a místo konání: 27. aÏ 30. dubna 2003, Istanbul, Turecko Kontakt: CEMBUREAU, Rue d’Arlon, 55, B-1040 Brussels, Belgie tel.: +322 234 1011, fax: +322 230 4720 e-mail: [email protected] SO I L M EC H A N I C S A N D G EOT EC H N I C A L ENGINEERING (ISSMGE) 3. mezinárodní semináfi • Soil properties, laboratory and in-situ testing • Design and construction in geotechnical engineering • Seismic, marine and envireonmental geotechnique Termín a místo konání: podzim 2002, Teherán, Irán Kontakt: Technical AffairsStandards Bureau, Management and Planning Organization, No. 24, Ladan St., Sheykh Bahaiy Ave., Mollasadra Ave. TEHERAN – IRAN tel: + 98 21 8041 787, fax: + 98 21 8041 581, e-mail: [email protected], www.omran.net/tsb.mpo

• SANAC

E

2/2002

63

FIREMNÍ

PREZENTACE ADVERTISEMENTS

TRANSPORTBETON

Z

Aplikace lehk˘ch betonÛ v moderním stavitelství jsou velice perspektivní. Své v˘hody pfiiná‰í vyuÏití nízké hmotnosti a dobr˘ch tepelnû izolaãních vlastností. Lehk˘ beton se bûÏnû ve svûtû uplatÀuje u staveb jako jsou v˘‰kové budovy, mosty a bytové domy. Základním materiálov˘m pfiedpokladem pro uplatnûní lehkého betonu u nás je v˘roba kvalitního lehkého kameniva. Keramické kamenivo Liapor® je vyrábûno dle certifikátu ã. 030 – 016160 a v˘robna je certifikována dle ISO 9001. Liapor® je lehké kamenivo z expandovaného jílu a má tedy keramickou podstatu. Vzhledem k pfievládajícímu objemovému podílu Liaporu v lehk˘ch betonech lze tyto lehké betony oznaãit pfiívlastkem „keramické”. Podstatn˘ objem tûchto betonÛ tvofií lehká keramická zrna a nikoli vzduchové bubliny vytvofiené pomocí chemické pfiísady, jak je tomu u pûnobetonÛ. Keramické lehké betony z Liaporu mají podstatnû men‰í objemové zmûny neÏ pûnocementov˘ kámen 17%

mezery 18%

keramická zrna Liaporu 65%

Objemové sloÏení mezerovitého lehkého betonu z Liaporu

mezery 3%

ZÁKLADNÍ DEFINICE LEHKÉHO BETONU Normy pro betony rozdûlují betony na lehké, obyãejné a tûÏké. Lehké betony jsou definovány jako betony s objemovou hmotností men‰í neÏ 2000 kg/m3. Z Liaporu je moÏno vyrábût lehké betony objemové hmotnosti 450 aÏ 2000 kg/m3. APLI K AC E LE H K¯C H B ETON Ò Z LIAP OR U âSN 73 2402 uvádí rozdûlení lehk˘ch betonÛ podle rozhodující funkce, pro kterou jsou navrhovány, na konstrukãní lehké betony, konstrukãnû izolaãní lehké betony a tepelnû izolaãní lehké betony. Konstrukãní lehké betony mají jako základní funkci nosnost a hlavním poÏadavkem je vysoká pevnost pfii vyuÏití nízké objemové hmotnosti. Pfiíkladem této aplikace keramického lehkého betonu z Liaporu jsou stropní desky, nosné stûnové konstrukce, nosníky, trámy, mostní konstrukce, monolitick˘ beton ve stropech z nosníkÛ a vloÏek, ve stropech s keramick˘mi tvarovkami a podobnû. Pro tuto aplikaci se pouÏívají pfieváÏnû hutné lehké betony. Konstrukãnû izolaãní lehké betony plní jak funkci nosnou tak tepelnû izolaãní. Pfiíkladem této aplikace keramického lehkého betonu z Liaporu jsou pfiedev‰ím obvodové nosné a tepelnû izolaãní stûnové konstrukce. Pro tuto aplikaci se pouÏívají jak hutné tak mezerovité lehké betony. Tepelnû izolaãní lehké betony mají pfiedev‰ím izolaãní funkci a vyuÏívá se u nich pfieváÏnû izolaãních vlastností a nízké hmotnosti. Pfiíkladem této aplikace keramického lehkého betonu z Liaporu jsou izolaãní, podkladní, vyrovnávací a v˘plÀové vrstvy. Pro tuto aplikaci se pouÏívají pfieváÏnû mezerovité lehké betony.

TRANSPORTBETONY

keramická zrna Liaporu 65%

Z

Stavba s uplatnûním keramického lehkého betonu z Liaporu

P N E U M AT I C K Á D O P R AV A Jednofrakãní mezerovité lehké betony z Liaporu je moÏno dopravovat pneumatickou dopravou pomocí zafiízení s uzavfienou tlakovou nádobou. Podmínkou je, aby zrna Liaporu v betonu mûla jen tenkou obálku z cementového tmelu. Tak je moÏno dopravovat lehk˘ beton do v˘‰ky aÏ 30 m a celková délka potrubí mÛÏe b˘t aÏ 100 m.Této metody je úãelné vyuÏít napfi. pfii provádûní podkladních podlahov˘ch vrstev v rozlehl˘ch objektech. PryÏové potrubí mÛÏe b˘t nataÏeno chodbami objektÛ do jednotliv˘ch místností leÏících hluboko uvnitfi objektu. â E R PÁN Í Lehké betony z Liaporu je moÏno dopravovat také ãerpáním. Pfii ãerpání je tfieba dodrÏet urãité zásady: • Beton musí obsahovat vût‰í podíl drobn˘ch ãástic. Pfied ãerpáním musí mít beton vy‰‰í vodní souãinitel. • Je nutno pouÏít speciální pfiísadu, která pÛsobí jako stabilizátor, zabraÀuje rozmû‰ování tekuté ãerstvé smûsi pfied ãerpáním a zlep‰uje ãerpatelnost betonu. • Pro v˘robu ãerpatelného lehkého betonu z Liaporu je vhodné pouÏít ne zcela such˘ Liapor®, doporuãena je poãáteãní vlhkost minimálnû 7 % hmotnosti. Toho se dosáhne uloÏením Liaporu na otevfiené skládce a kropením. Firma Lias Vintífiov, LSM k.s. poskytuje odborné ‰kolení pracovníkÛm spolupracujících firem, které dodávají ãerpan˘ lehk˘ beton z Liaporu. Tab. 1 Tabulka keramick˘ch lehk˘ch betonÛ z Liaporu 1) Oznaãení

LIAPORU

Z H L E D I S K A Z P Ò S O B U D O P R AV Y

Z hlediska dopravy na staveni‰ti je moÏno lehké transportbetony z Liaporu rozdûlit na: • Dopravované ko‰i nebo ukládané pfiímo z dopravního prostfiedku • Dopravované pneumaticky • âerpatelné

Objemové sloÏení hutného lehkého betonu z Liaporu

D O P R AVA K O · I N E B O P ¤ Í M É U K L Á D Á N Í Pomocí ko‰Û je moÏno dopravovat lehké betony libovolného sloÏení a konzistence. V˘hodou pro lehké betony z Liaporu je, Ïe ko‰ mÛÏe mít vût‰í objem neÏ v pfiípadû obyãejného betonu, ãímÏ se zv˘‰í v˘kon pfii ukládání.

Struktura hutného lehkého betonu z Liaporu

64

betony. Mezní objemov˘ podíl zrn Liaporu v lehk˘ch betonech je aÏ 65 %.

TRANSPORTBETONY Z LIAPORU Nejvût‰í objem betonÛ ve stavebnictví tvofií transportbetony. Zde je moÏno vyuÏít dobr˘ch vlastností lehk˘ch betonÛ z Liaporu a bez nárokÛ na investice je nabídnout jako transportbetony. Lehké betony z Liaporu je moÏno dopravovat a ukládat stejn˘mi zpÛsoby a prostfiedky jako obyãejné betony.

Struktura mezerovitého lehkého betonu z Liaporu cementov˘ kámen 32%

LIAPORU

B

ETON

• TEC

H NOLOG I E

Ukládání betonu

Objemová hmotnost betonu (kg/m3) ko‰em, pneumaticky 550 – 600 ko‰em 900 – 975 ko‰em, ãerpadlem 1000 – 1200 ko‰em, ãerpadlem 1200 – 1400 ko‰em, ãerpadlem 1400 – 1600 ko‰em, ãerpadlem 1600 – 1800 ko‰em, ãerpadlem 1800 – 2000

MLB 2-650 1) MLB3,5-975 1) LC 8/9 D1,2 2) LC 12/13 D1,4 2) LC 16/18 D1,6 2) LC 20/22 D1,8 2) LC 25/28 D2,0 2) Poznámky: 1) Znaãení betonÛ dle âSN 73 2402 2) Znaãení betonÛ dle âSN EN 206-1

Souãinitel Modul tepelné pruÏnosti vodivosti (Wm–1K–1) (kN/mm2) 0,14 2,00 0,19 3,75 0,31 6,00 0,40 9,00 0,60 12,70 0,69 17,20 0,77 22,70

Vyrábí a dodává Lias Vintífiov, LSM k. s. Adresa: Lias Vintífiov, LSM k. s., 357 44 Vintífiov, tel.: 0168 32 44 44, fax 0168 32 44 99, e-mail: [email protected], http://www.liapor.cz

• KONSTR

U KC E

• SANAC

E

2/2002

S VA Z

V ¯ R O B C Ò C E M E N T U A VÁ P N A

S VA Z

V ¯ROBC Ò B ETON U

âESKÁ

âR

B ETONÁ¤SK Á SP OLEâ NOST

SDRUÎENÍ

â E C H , M O R AV Y

âSSI

P R O S A N AC E B E T O N O V ¯ C H K O N S T R U K C Í

A

SLEZSK A