O té zvlněné dálnici naposledy

číslo 20 – ročník 2012

O té zvlněné dálnici naposledy...... Chtěl jsem se sice rovnou pustit do Röntgenova záření, ale nemohu. I když jsem se zařekl, že už se k té zvlněné dálnici vracet nebudu, nemohu si pomoci. Po dlouhé době jsem se vydal autem do Ostravy a byl jsem do slova a do písmene okouzlen. Dálnice se opravdu vlní! Vlní se a kroutí velmi půvabnou krajinou. Okolí dálnice připomíná více než cokoli jiného upravený park, pohledy na sluncem prozářené Oderské vrchy jsou dech beroucí. Ne, opravdu nepřeháním. Ta dálnice je kouzelná stavba. Na tom jsem se shodl prakticky s každým, kdo v poslední době cestu po dálnici do Ostravy absolvoval. Struskou zvlněný povrch jsem, mimochodem, také projel. Problém byl v tom, že jsem to nepoznal, namouduši! Už dlouho jsem neměl tak intenzivní chuť napsat do novin, které tu dálnici do omrzení pomlouvají, ať laskavě si redaktoři, namísto psaní o tom, co jedna paní povídala, sednou do auta a do Ostravy zajedou. Jsem skálopevně přesvědčen, že přestanou tu dálnici pomlouvat, ta dálnice a především lidé, kteří ji stavěli, si to opravdu nezaslouží. Tečka!

20 / 2012

Pročpak jsem chtěl původně psát o paprscích X, Röntgenově záření, tématice sanacím poněkud vzdáleným? Inu, důvodem je skutečnost, že za tradičním rozhovorem pro SN jsem se tentokrát vydal na VUT do Brna za profesorem Leonardem Hobstem,CSc. a ten má k paprskům X velmi blízko. Mimochodem, zajímalo by mně, kolik neúspěšných či úspěšných letošních maturantů ví, že prvý nositel Nobelovy ceny za fyziku Wilhelm Conrad Röntgen neměl maturitu. A přesto anebo právě proto se stal excelentním experimentálním fyzikem. Jeho životopis stejně jako osudy mnohých vědců - nositelů Nobelových cen přelomu 19. a 20. století jsou fascinujícím čtením. Vřele doporučuji. Například je příznačné, že Röntgen umíral v chudobě, odmítl si nechat objev patentovat. Chtěl: “....aby dílo vykonané na univerzitní půdě s  pomocí veřejných prostředků sloužilo zdarma úplně všem..“. Při tom sám Röntgen si byl osobně velmi dobře vědom praktického významu svého objevu. Röntgenovo záření se stalo nástrojem pro studium v  mnoha oborech, ve fyzice, chemii a biologii bylo následně uděleno dalších 20 Nobelových cen, jejichž nositelé v  té či oné podobě záření, které doslova a do písmene umožnilo nahlížet do nitra hmoty, pro své výzkumy využili. Pochopení stavby anorganických krystalických látek stejně jako struktury bílkovin, nukleových kyselin apod. se promítlo prakticky do všech průmyslových oborů od metalurgie přes chemický průmysl, průmysl výroby stavebních hmot, elektrotechnické obory, farmaceutický průmysl, medicínu atd. A do sanací konečně též. Tak pojďme se zeptat, jak mohou neviditelné paprsky pomoci při sanacích? Ing. Václav Pumpr, CSc.

SANAČNÍ NOVINY, Čtvrtletník, Číslo 20 – 2012; vydáno 1. 9. 2012, ISSN 1803 – 7119 Vydává BETOSAN s.r.o., Na Dolinách 23, 147 00 Praha 4, IČ 48028177

1

Obsah: Editorial Rozhovor s Prof. Ing. Leonardem Hobstem, CSc. Nenahraditelná role radiografie při určování stavu železobetonových konstrukcí Zvýšení chemické odolnosti betonu a správkových malt Použití betonů pro výstavbu vojenských opevnění Pozvánka na konferenci Podlahy 2012 Pozvánka na konferenci Zkoušení a jakost ve stavebnictví 2012

Ve dvacátém čísle jsme se rozhodli oslovit Prof. Ing. Leonarda Hobsta, CSc. z  VUT v Brně, kde je vedoucím Ústavu stavebního zkušebnictví. Zabývá se celkovou diagnostikou konstrukcí a jeho specialitou je použití ionizujícího záření ve stavebnictví a to od využívání záření (radiografická kontrola výztuže), přes jeho měření (přírodní radioaktivita, koncentrace radonu), až po ochranu před účinky ionizujícího záření.

Rozhovor s Prof. Ing. Leonardem Hobstem, CSc 1. Pane profesore, nedá mi to, Vy jste věděl, že Röntgen neměl maturitu a proč? A myslíte si, že by v dnešní době mohl bez maturity pomýšlet na akademickou kariéru? Životopis C. Rentgena (nyní se v naší literatuře, možná kvůli zjednodušení, píše „e“ a nikoliv „ö“) jsem četl několikrát a uvědomuji si, že měl problémy při studiu. Až nyní si znovu životopis procházím a zjišťuji, že to byla karikatura pedagoga, nakreslená křídou (kterou údajně ani on nenakreslil), která mu znemožnila maturovat. Možná to byla prozíravost nebo nedostatek studentů, že ho přijali bez maturity na Vysokou školu technickou v Curychu … a dotáhl to až na řádného profesora a dokonce rektora ve Würzburku. Jestli je to možné i v současnosti? Já takový případ neznám, ale nevylučuji to. Konečně Prof. Knížák nemá (pokud vím) vysokou školu a přesto je profesorem a byl rektorem. Ve společnosti, ve které je akcentován vliv peněz a „dobrých vztahů“ a ne slušnost, je možné vše (viz každodenní zprávy v novinách). 2. Z Vašeho životopisu, který mimochodem není na webu téměř k nalezení, vyplývá, že jste po absolvování VUT a roční vojenské službě, nastoupil přímo do střediska radiační defektoskopie. Byla to náhoda nebo Vás, vzděláním inženýra stavaře, lákala více fyzika než klasické stavebnictví? Abych na tuto otázku odpověděl, musel jsem se ve vzpomínkách vrátit do svého dětství. Mnoho času jsem v té době trávil s dědečkem, který byl sice stavař, ale měl velký zájem o novou techniku a fyziku. O nedělích jsme listovali v takové populární knížce o jaderné fyzice, se spoustou názorných obrázků a též jsme společně chodili na výstavy. Vzpomínám na výstavu v Technickém muzeu v Brně, kde jsem poprvé viděl Wilsonovu mlžnou komoru, tužkové dozimetry a další zařízení, využívané v tehdejším jaderném výzkumu. To mi bylo tak 11 let. Měl jsem štěstí, že když jsem se rozhodoval kam jít po studiu na střední škole, byl rok 1968. Svobodně se mohlo rozhodovat kam jít na vysokou školu. V Brně byla nově otevřena Právnická fakulta, takže výběr byl vskutku obrovský. Avšak po zvážení všech možností a okolností, a po konzultaci s rodiči jsem nakonec zvolil „tradičně“ Fakultu stavební VUT v Brně a nastoupil na ní ve šlépějích svých předků, jako třetí generace stavařů (dědeček nastupoval v roce 1907 a otec v roce 1939). Nemohu teď posoudit, jaký vliv na rozhodování měla i relativní blízkost školy (na Barvičové), do které jsem to měl z domova 15 min. pěšky. Na fakultě jsem se zaměřoval na zakládání staveb a má diplomka byla dokonce zaměřena na založení stanice metra v Praze. Dokonce jsem měl již uzavřenou předběžnou smlouvu s Geotestem, kam jsem měl nastoupit po vojně. Vypsání konkurzu na místo interního aspiranta na Ústředním středisku radiační defektoskopie v polovině roku 1974 však rozhodlo.

RO ZH OVO R

20 / 2012

2

Vzpomněl jsem si na dědečkovu knížku a do konkurzu jsem se přihlásil …a uspěl. Pak jsem se tři roky zabýval betatrony, rentgeny a gamazářiči. Ústav byl skvěle veden Prof. A. Hönigem a kromě výzkumu jsme se podíleli na spolupráci s průmyslem – na průzkumech stavebních konstrukcí a tak jsem se oklikou dostal až k sanacím. Postupně jsem zjistil, že se znalostí pouze o využívání ionizujícího záření se v praxi nevystačí a tak jsem postupně rozšiřoval své znalosti v metodách průzkumu i na ultrazvuk a ostatní zkušební metody. Když se objevila potřeba výstavby stínících konstrukcí lineárních urychlovačů, tak jsem se začal zabývat výpočty stínění a technologii výstavby těchto konstrukcí. A jako třešničku na dortu jsem přibral i radon. 3. Vy se mimo, řekněme, aktivnímu využívání záření pro diagnostiku stavebních prvků, zaobíráte rovněž ochranou proti ionizujícímu záření. Jedním ze zdrojů tohoto záření je radon. Myslíte si, že ochrana vůči radonu, tak, jak je pojímána v ČR, je adekvátní? Není zvláštní, že na území sousedících států (Polsko, Rakousko) se této problematice, tedy o ochraně vůči radonu z podloží budov, věnují málo resp. vůbec? Vše co je našimi smysly nepostižitelné budí obavy. Je to jak ionizující záření, tak i radon. Naše země patří k těm zemím, kde nebezpečí koncentrace radonu v budovách i ve stavebních materiálech je větší než v okolních státech. Je obecně známo, že pod celou Českomoravskou vrchovinou jsou ložiska uranu a z něho je radon uvolňován. Proto u nás se mohou střídavě vyskytovat oblasti se zvýšeným nebezpečím průniku radonu z podloží s oblastmi bez tohoto nebezpečí. Je pravda, že v Polsku a Rakousku a v řadě dalších zemí tyto problémy nemají, ale zase nemají uran. Radon není vázán jen na naleziště uranu, ale i na žulové podloží a tak s radonem mají problémy např. ve Švédsku, ale jsou to i další země ve světě jako je Francie a USA. 4. Jste Vy sám, jako člověk, který se s nebezpečným zářením setkáváte celý život, příznivcem jaderné energetiky? Není averze vůči jaderné energetice z Vašeho pohledu zcela iracionální? Nebo jsou rizika jaderné energetiky opravdu tak vysoká, že se jí máme postupně zříci? Mám obavy, že můj názor bude trochu subjektivní. S jadernými elektrárnami jsem se setkal mnohokrát. Vzpomínám si, že již před 35 lety jsem se podílel na výstavbě stínění JE v Pakši v Maďarsku a od té doby jsem byl na řadě JE a to až v primárních zónách při odstávce JE. Vždy jsem obdivoval profesionalitu pracovníků, kteří provoz JE řídili. Samozřejmě jsem trochu (pod vousy) nadával na zdlouhavé bezpečnostní kontroly před vstupem do jednotlivých prostorů JE a na různé půldenní testy a školení, která tomuto vstupu předcházela. Ale je to asi v současné neklidné době nezbytností, tak jak se podrobujeme bezpečnostním kontrolám na letištích. Tedy z mého hlediska averze vůči jaderné energetice je iracionální. Připouštím, že žádný technický výtvor, zhotovený lidmi nemůže být 100 % bezpečný. Vždy se může vyskytovat „něco“, co může bezpečnost zařízení ohrozit (pád meteoritu). V případě JE se však toto riziko vyplatí, protože JE jsou úžasné zdroje energie, kterým se žádné jiné zdroje nemohou vyrovnat. Přesto však se zájmem sleduji využívání větrné a sluneční energie, ale spíše to beru jako „doplňkové, místní energetické zdroje“. Každý z nás je nějakým způsobem „profesionálně deformován“, včetně mne. Na jaře jsem si opatřil hodinky, nikoliv s „vodotryskem“, ale s GM- počítačem, takže mohu průběžně zjišťovat úroveň radioaktivity na místech, na kterých se nacházím. Samozřejmě toto měření nabývá na zajímavosti, pokud cestujeme letadlem a měříme úroveň kosmického záření. Při cestě jak přes Atlantik (do Brazílie) tak přes Indický oceán (na Maledivy) jsem došel ke zjištění, že ve výšce cca 11 500 m je radioaktivita (dávkový příkon záření) 70 x vyšší nežli na zemi. Přitom „na zemi“ míním Curych, Brusel, Male, Fortalezu, kde je pozadí 0,05 μSv/h, avšak v Brně je cca 3 x více (0,14 μSv/h). Nad pevninou je pak v letadle 3,5

RO ZH OVO R

20 / 2012

3

μSv/h a nad mořem 2,3 μSv/h. I když tyto hodnoty nejsou životu nebezpečné, tak je fakt, že o nich není v žádných dokumentech a brožurách o letecké dopravě ani zmínka. Odborná veřejnost to samozřejmě ví a týkat se to bude především pilotů a letušek, kteří jsou v tomto prostředí prakticky stále. Ti dostanou ionizujícího záření podstatně více, nežli obyvatelé v okolí JE. 5. Pokud je mi známo, Vy máte řadu koníčků, mezi které patří historie vojenských opevnění a historie jako taková, heraldika, rád cestujete, v neposlední řadě pak vyrábíte znamenité destiláty. Jakou očekáváte letos úrodu a na co se z pálenice mohou Vaši přátelé letos těšit? Abych pravdu řekl, překvapuje mne, co všechno o mne víte. Ano, historie a především vojenská historie je do jisté míry mým koníčkem. Trochu to souvisí i s tím mým dědečkem, který mne přivedl k fyzice. Za 1. sv. války byl poručíkem u těžkého dělostřelectva a o svých zážitcích z války si vedl deníky (jak to tehdy bylo obvyklé). Objevil jsem je až 35 let po jeho smrti a staly se podkladem pro moji publikaci „Český důstojník na frontách monarchie – válečný deník“. Knížka vyšla v roce 2003, ale rád bych se o této době dozvěděl více. Již jsem podnikl jednu výpravu po jeho stopách do „Přímoří“ a prošel jsem bojiště v okolí řeky Soča (Isonzo). Zbývají mi ještě Dolomity a Halič. K výrobě destilátů jsem byl dohnán okolnostmi. Otec za svého života založil několik sadů, které občas rodily ovoce. Jako „správce rodových statků“ jsem měl možnost nechat ovoce shnít na stromech, a nebo sklidit úrodu …. a co pak s ní? Jablečný mošt se Vám brzy zprotiví, zvláště pokud je ho 200 l. Tak došlo k logické transformaci této zděděné komodity na mač a následné vypálení. Loňský rok byl, dá se říci, poměrně úspěšný. Myslím, že mnohým svým přátelům jsem učinil radost neformálním dárkem. Já totiž tvrdý alkohol moc nepiji, snad kromě zájezdů na lyže a do nemuslimských zemí, kde destiláty beru jako žaludeční lék. Jinak dávám přednost vínu. Mám obavy, že v letošním roce své přátele moc nepotěším. Meruňky nebyly vůbec. Třešně částečně shnily na stromech (v době mé zahraniční dovolené) a na švestky a jablka je ještě brzy. Je fakt, že 3 roky se jablka neurodila a tak by snad letos mohl být calvados? Kdo ví? Pro přátele se však pálenka vždycky najde – vždyť je možno čerpat i z rozsáhlého archivu, který sahá až do 70. let minulého století. Děkujeme za rozhovor.

Prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. VUT v Brně, Ústav stavebního zkušebnictví Tel.: 541 147 836 Fax: 541 147 826 E-mail: [email protected]

RO ZH OVO R

20 / 2012

4

Prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně Veveří 95 602 00 Brno e-mail: [email protected]

Nenahraditelná role radiografie při určování stavu železobetonových konstrukcí Anotace: Jedním z nejdůležitějších parametrů, potřebných pro posouzení stavu železobetonových konstrukcí, je určení počtu, druhu a rozmístění výztuže v jednotlivých průřezech konstrukce bez jejího porušení. K tomuto účelu bylo vyvinuto několik nedestruktivních metod kontroly, které však mají určitá omezení v dosahu a interpretaci výsledků. Jako metoda kontroly s nejvyšší vypovídací schopností se již po řadu let jeví radiografická metoda, jejíž vývoj stále pokračuje. Klíčová slova: radiografická kontrola, železobetonové konstrukce, ocelová výztuž

1. Úvod Snaha po zhospodárnění investičního zajištění technického vývoje společnosti vede stále ve větším měřítku k navrhování rekonstrukcí starších průmyslových objektů, aby v nich bylo možné zavádět nové technologie. Významné jsou i návrhy rekonstrukcí starších dopravních a inženýrských staveb, které musí být v mnoha případech dodatečně zesilovány přídavnou výztuží, aby vyhověly moderním nárokům na dopravu. Rekonstruují se v zásadě stavby fyzicky nebo morálně opotřebené, anebo stavby, ve kterých se mění účel jejich využívání. Před každým návrhem rekonstrukce je třeba zjistit, zda nedošlo ke změně původní únosnosti stavebních konstrukcí, popř. zda je možné zvýšit užitečné zatížení. Pro přesné zodpovězení těchto otázek chybí ve většině případů projektová dokumentace, podle které byly konstrukce, určené k rekonstrukci, vystavěny. Mimo to je třeba počítat také s rozdílným stupněm opotřebení konstrukcí a jejich částí, a to v závislosti na jejich stáří, údržbě, instalovaném technologickém zařízení a v neposlední řadě i na pečlivosti, s jakou tyto stavby byly vystavěny. Vzhledem k tomu, že posouzení inženýrských a průmyslových objektů probíhá obvykle ve značném časovém předstihu před vlastní rekonstrukcí, tj. v době, kdy u nich nelze omezit stávající provoz (resp. výrobu), nelze průzkum uskutečnit jinak, než některou z metod nedestruktivního zkušebnictví. Metody nedestruktivního zkušebnictví se však uplatňují i u novostaveb, u kterých mnohdy vznikají poruchy vlivem chybné nebo neodborné výstavby, a je nutno bez poškození konstrukce stanovit příčiny těchto poruch. Jedním z nejdůležitějších parametrů, potřebných pro statický přepočet, je znalost množství, rozložení a profilu ocelové výztuže v železobetonové konstrukci a její aktuální stav. K získání těchto informací bylo vyvinuto několik nedestruktivních metod – georadar, magnetický indikátor výztuže, radiografie a.j. Právě radiografie umožňuje z nedestruktivních metod nejlépe stanovit veškeré požadované parametry. Jejím vývojem a praktickým využitím se již po mnoho let zabývá Ústav stavebního zkušebnictví Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně (Česká republika).

5

RADIOGRAFIE

20 / 2012

20 / 2012

6

Radiografická metoda je běžně využívána při kontrole vad svarů a odlitků ve strojírenství. Dá se však s  výhodou využít i pro kontrolu makrostruktury železobetonových konstrukcí. Radiografická kontrola uložení a profilu výztuže se používá především v silně vyztužených železobetonových konstrukcích, v nichž jsou jednotlivé pruty výztuže uloženy relativně těsně vedle sebe, popř. v několika vrstvách nad sebou a v průřezech, kde ocelová výztuž má velké krytí betonem.

1.1 Principy a zásady radiografického zjištění polohy a profilu výztuže Radiografická metoda kontroly výztuže je založena na specifických vlastnostech rentgenového záření, záření gama a brzdného záření betatronů a lineárních urychlovačů. Záření je zeslabováno prostředím, kterým prochází a míra zeslabení je závislá na tloušťce a objemové hmotnosti prostředí, na jeho chemickém složení, na energii záření apod. Je tedy zeslabováno výrazněji ocelovou výztuží než betonem. Míra zeslabení záření po průchodu materiálem je obvykle zaznamenávána na rentgenový film, který po vyvolání určuje makrostrukturu kontrolovaného místa. U železobetonu se rozložení výztuže v prozařované části konstrukce projevuje světlejšími stopami zmenšeného zčernání na rentgenovém filmu. Přitom dochází ke geometrickému zkreslení, které je způsobeno centrálním průmětem výztuže na rentgenový film (Obr. 1).

Obr. 1

Při kontrole železobetonových konstrukcí je výhodné volit gamazářič s velkou energií E, s velkým poločasem rozpadu T1/2 a velkou aktivitou A. Těmto požadavkům vyhovuje radioaktivní kobalt Co 60 (E=1,25 MeV, T1/2 = 5,3 roku). Gamazářič je umístěn v krytu, který se v současné době nejčastěji zhotovuje z ochuzeného uranu (Obr. 2). Velikost krytu limituje aktivitu zářiče. Gamazářiči je možno prozařovat železobetonové konstrukce až do celkové tloušťky 400 až 500 mm. Velkou předností gamazářičů je jejich mobilnost a nezávislost na zdrojích energie. Pomocí dálkového ovládání lze zářič zasuObr. 2 nout i do špatně přístupných míst.

RADIOGRAFIE

2. Základní údaje o radiografii železobetonových konstrukcí

Rentgenové filmy používané při kontrole stavebních konstrukcí mají zpravidla rozměry 300 x 400 mm. Jsou umisťovány buď do kovových kazet, nebo se od výrobce dodávají v denním balení. Doba expozice se určuje z expozičního nomogramu, nebo početně na základě vstupních údajů, kterými jsou: energie a expoziční vydatnost záření, ohnisková vzdálenost, tloušťka prozařovaného betonu a citlivost použitého filmu.

1.2 Volba míst a způsob radiografické kontroly na železobetonové konstrukci Místa kontroly se volí v průřezech, kde na konstrukci působí největší ohybové momenty nebo posouvající síly. U prostých trámů, popř. desek, se proto kontroluje nejčastěji pouze dolní tahová výztuž uprostřed rozpětí a smyková výztuž u podpory. U spojitých trámů a desek se zjišťuje navíc horní tahová výztuž nad podporou (Obr. 3).

7

RADIOGRAFIE

20 / 2012

Obr. 3

Přesné uložení a profil jednotlivých prutů výztuže se stanoví stereoskopickým snímkováním kontrolovaného průřezu postoupně ze dvou ohnisek. U trámů o šířce 200 až 250 mm se zářič obvykle umisťuje na povrch konstrukce (Obr. 4). Při větších šířkách trámů je možné zkrátit dobu expozice tak, že se zářič umístí do otvorů vyvrtaných do trámu tak, aby vzdálenost ohnisek byla minimálně 200 mm (Obr. 5). Tímto způsobem se dají kontrolovat trámy bez omezení šířky (šířka trámů je omezena pouze délkou vrtáků pro vývrt otvoru). Pro úspěšné finální vyhodnocení radiogramů je nutno u spodního líce trámu připevnit jednu nebo více fixačních olověných značek. Při každém snímkování se rentgenové filmy připevní těsně na konstrukci v místech předpokládaného průběhu výztuže. Smyková výztuž u podpory se zjišťuje bočním prozářením trámu při vzdálenosti rentgenového filmu od ohniska zářiče alespoň 800 mm (Obr. 6).

Obr. 5

Obr. 4

Obr. 6

Při kontrole smykové výztuže se stereoskopická metoda nepoužívá, protože profil výztuže je již znám. U desek železobetonových stropů o tloušťce 100 až 200 mm postupujeme tak, že podlahu na desce odstraníme alespoň na ploše 800 x 600 mm. Na tuto plochu, označenou olověnými značkami, rozmístíme 4 rentgenové filmy. Pod desku umístíme ohnisko zářiče tak, aby bylo ve vzdálenosti 800 mm od filmu (obr. 7). Pro přesné stanovení výztuže v desce používáme opět stereoskopickou metodu. Po zhotovení základního snímku posuneme zářič alespoň o 200 mm a při ponechaných olověných značkách pořídíme druhý snímek na vyměněnou čtveřici filmů.

Obr. 7

1.3 Závěrečné vyhodnocení radiogramů Konečným procesem radiografické kontroly je vyvolání a následné vyhodnocení radiogramů, které většinou probíhá v laboratořích ústavu. Rozložení výztuže v průřezu se zjišťuje graficky vynesením geometrie, při které byl průřez snímkován, na papír. U menších průřezů se volí měřítko 1:1, u větších průřezů 1:2. Na vynesený profil se zaznačí fixační body z radiogramu (zobrazené olověné značky na filmu) a od nich se na obě strany začnou vynášet stopy výztuže, zaznamenané na rentgenových filmech. Stopy výztuže se pospojují s oběma ohnisky. Na průsečících příslušných spojnic dostáváme polohu a profil kontrolované výztuže (Obr. 8).

Obr. 8

8

RADIOGRAFIE

20 / 2012

20 / 2012

9

Od poloviny devadesátých let 20. století dochází k intenzivnímu pronikání nadnárodních obchodních řetězců do České republiky. V okolí velkých měst vznikaly průmyslové a obchodní zóny, ve kterých se urychleně začaly stavět velkoplošné skladové, výrobní a obchodní haly a to jak z oceli, tak ze železobetonu. Pro jejich výstavbu se volily různé stavební postupy a technologie, mnohdy ještě nové a dostatečně neodzkoušené. Po určité době se na některých z těchto staveb začaly objevovat závažné technické nedostatky, způsobené nekvalitní výrobou stavebních prefabrikátů, nebo nesprávným postupem při samotné montáži na stavbě. Právě při kontrole příčin poruch těchto hal byla s výhodou použita radiografie.

3.1 Popis zjištěných poruch na skladové hale Skladová hala v  jihovýchodní části obchodní zóny Prahy (hlavní město České republiky) byla dokončena a odevzdána do užívání v červenci 2004 (Obr. 9). Zastřešení je zhotoveno ze střešních plnostěnných vazníků tvaru T, o celkové výšce 900 mm a rozpětí 13,35 m. Konce nosníků byly opatřeny okovanou botkou nasazenou v úrovni horní pásnice, tvořící úložnou část nosníku. Na botku byly navařeny dva šikmé pruty ØR18 mm, jako hlavní prvek vyztužení smykové oblasti vazníků. Vyztužení bylo podle projektu doplněno pravidelně rozloženými třmínky Ø8 mm.

Obr. 9

Obr. 10

Necelý půlrok, po uvedení skladové haly do provozu se objevily ve smykové oblasti jednoho z vazníků široké trhliny (o šířce cca 10 mm). Poškozený vazník byl provizorně podepřen ocelovou konstrukcí (Obr. 10) a byla přijata opatření na zjištění příčiny vzniklé poruchy.

RADIOGRAFIE

2. Praktické využití radiografie při kontrole poruch skladové haly

20 / 2012

10

Na zjištění rozsahu a příčiny poruch byli přizváni odborníci Ústavu stavebního zkušebnictví Vysokého učení technického v Brně. Již počáteční prohlídka konstrukce vedla ke zjištění závažných trhlin ve smykové oblasti u tří, z celkového počtu 25 vazníků. Jejich šířka dosahovala od 1 do 10mm. V doplňující fázi průzkumu se u všech vazníků ověřovalo krytí 2 prutů šikmé smykové výztuže ØR18mm a také velikost krytí a správnost rozložení třmínků ve smykové oblasti. Uvedené parametry byly zjišťovány magnetickými indikátory výztuže. Takto bylo prověřeno 36 průřezů. Požadavkům ČSN 73 1201 a ČSN 73 2400 vyhovělo pouze 19% zkoumaných průřezů. Magnetická kontrola současně naznačila pravděpodobnost nepřípustných odchylek polohy výztuže čel vazníků od projektu. Ukázalo se nezbytně nutným zdokumentovat rozložení výztuže v této oblasti radiograficky.

3.3 Radiografická kontrola polohy smykové výztuže Detailní poloha prutů smykové výztuže v čelech vybraných vazníků byla zjištěna radiograficky. Zdrojem záření byl radioaktivní zářič Co60, o aktivitě 0,450 TBq, přepravovaný v defektoskopickém krytu TECH/OPS. Výsledky radiografického průzkumu byly zaznamenány na filmy Foma Indux D7+Pb. Použilo se boční projekce (Obr. 11), která zaručovala určení polohy výztuže ve staticky důležitých částech smykové oblasti vazníku. Celkem byla výztuž kontrolována a vyhodnocena v pěti průřezech.

Obr. 11

Obr. 12

Byly zjištěny hrubé odchylky polohy prutů ocelové výztuže od polohy projektovaného stavu. U dvou nejvíce poškozených vazníků bylo zjištěno, že šikmé pruty výztuže byly posunuty směrem do pole o 190 až 220 mm (místo 25 mm – krycí vrstva betonu). Tento posun smykové výztuže se zdá být příčinou trhlin vazníku ve smykové oblasti. V jednom případě bylo dokonce na snímcích patrné, že šikmé pruty výztuže byly na konci opatřeny půlkruhovým hákem ohnutým směrem do pole (Obr. 12). Na základě radiografického průzkumu bylo konstatováno, že zjištěná chyba ve vyztužení vazníků je chyba systémová, a proto byl vznesen požadavek na 100% opravu všech vyrobených vazníků. Statický výpočet prokázal, že chybějící smyková výztuž ve vaznících může být nahrazena přiloženými ocelovými táhly z vnější strany nosníku. Táhla byla ukotvena ve vývrtech zhotovených ve stojinách vazníků a zabezpečovala přes šikminu v čele vazníku plné přenášení tahového zatížení do okované úložné botky (Obr. 13).

RADIOGRAFIE

3.2 Průzkum konstrukce a diagnostika poruch

20 / 2012

11

RADIOGRAFIE

Obr. 13

3 Perspektivy dalšího rozvoje radiografických metod kontroly Další vývoj radiografie je zaměřen do dvou oblastí. Jednak je to vývoj nových, mobilních vysokoenergetických zdrojů ionizujícího záření a též se zaměřuje na vývoj záznamových prostředků radiografického obrazu.

3.1 Využití záření o vysoké energii Jeden ze zásadních požadavků radiografie je možnost prozařovat stále větší tloušťky železobetonových konstrukcí. Při použití gamazářičů, jako zdrojů záření, se vývoj zaměřil na zvyšování stínících schopností radiografických krytů, které by umožnily přepravovat a manipulovat se zářiči (nejčastěji Co 60) o co největších aktivitách. Významným vývojovým krokem bylo použití ochuzeného uranu jako stínícího materiálu (měrná hmotnost ρ = 19 300 kg/m3). To umožnilo zhotovovat radiografické kryty přenosné (hmotnost do 150 kg) pro aktivitu Co 60 do 1 TBq (30 Ci). Další zvyšování aktivity zářiče a tím i hmotnosti radiografického krytu by bylo na úkor mobilnosti krytu. Další vývoj radiografie bylo proto nutno zaměřit na oblast využití vyšších energií záření nežli má Co 60 (E=1,25 MeV). K tomu mohou být použity mobilní betatrony a lineární urychlovače, jejichž vývoj ve světě dále pokračuje. Poslední typy mobilních betatronů, jako je např. MegaScanTM7,5, umožňují díky vysoké energii (E=7,5 MeV) prozařovat betonové konstrukce až do tloušťky 1500 mm (Obr. 14).

Obr. 14

20 / 2012

12

V posledních letech byly vyvinuty nové citlivé materiály, ze kterých jsou zhotoveny deskové převaděče obrazu, schopné zaznamenat vysokoenergetické záření gama od kobaltu Co60, nebo brzdného záření betatronů a lineárních urychlovačů. Právě oblast záznamu a digitalizace radiografického obrazu je náplní vědecko-výzkumné činnosti Ústavu stavebního ztkušebnictví a tyto práce by se měly rozšířit v rámci zapojení ústavu do Výzkumných záměrů a grantů v letech 2005 až 2010. Ve vývoji jsou prakticky tři systémy, které umožňují digitalizaci radiografického obrazu s následným počítačovým zpracováním a archivací:

3.2.1 Digitalizace stávajících radiografických filmů scannery Byly vyvinuty speciální scannery, které umožňují digitalizovat snímky do vysokých hodnot zčernání D=4. Cílem digitalizace není přitom jenom archivace radiografických snímků, ale i následné počítačové zpracování obrazu, poskytujícím možnost upravit některé parametry obrazu, např. zvýšit kontrast.

3.2.2 Využití polovodičových detektorů Polovodičové detektory se jeví jako nejperspektivnější zobrazovací systémy. Jejich nevýhodou je vysoká cena a vysoké nároky na zacházení. Navíc jsou také ovlivňovány teplotou pracovního prostředí. Podle způsobu zobrazování se rozlišují systémy s přímou konverzí záření (na bázi amorfního selenu) nebo nepřímou konverzí záření (na bázi amorfního silicia). Obecně platí, že polovodičové detektory na bázi amorfního silicia mají větší rozlišení, avšak proti detektorům na bázi amorfního selenu mají menší dynamiku (dynamikou se rozumí citlivost v široké oblasti energií).

4.3 Paměťové folie Paměťové folie, tj. folie na bázi fosforu, se vkládají do kazet, obdobně jako rentgenové filmy. Při dopadu rentgenového nebo gama záření jsou na nich vybuzeny elektrony v krystalické struktuře folie a ty se posouvají do vyšších energetických vrstev, kde zůstávají v kvazistabilním stavu. Ve speciálním scanneru, do kterého se exponovaná folie vkládá, se tyto elektrony pomocí laserového svazku uvolňují, takže ve fluorescenční vrstvě vznikne viditelný obraz, který je sejmut a digitalizován. Paměťové folie mají velkou dynamiku, což je výhodné při prozařování materiálů o různých tloušťkách. Právě tato jejich vlastnost dává předpoklad, že paměťové folie budou při zkouškách stavebních konstrukcí vhodnou náhradou radiografických filmů.

5 Závěr Předpisy, které umožňují využívat ionizující záření jak v průmyslu, tak v energetice se celosvětově rok od roku zpřísňují. Promítají se do nich jednak racionální výsledky výzkumu z oblasti ochrany obyvatel proti účinkům ionizujícího záření, ale též iracionální obavy části obyvatelstva před možnými následky radiačních katastrof. Pro ionizující záření platí v plné míře přísloví, že je „dobrým služebníkem, ale zlým pánem“. Je proto na pracovnících defektoskopických pracovišť, zabývajících se diagnostikou stavebních konstrukcí, aby využívali pozitivních vlastností ionizujícího záření a s respektem se chránili před jeho, negativními účinky. Radiografická metoda kontroly stavebních konstrukcí, doplněná ostatními nedestruktivními metodami (např. kontrolou magnetickým indikátorem výztuže), umožňuje rychle a přesně stanovit rozložení výztuže v kontrolovaných kritických průřezech železobetonových konstrukcí. Je proto dobrým pomocníkem při posuzování stavu a zachovalosti železobetonových konstrukcí a měla by v praxi nacházet stále větší uplatnění.

RADIOGRAFIE

3.2 Nové záznamové prostředky radiografického obrazu

20 / 2012

13

[ 1 ] Hobst, L.: The Radiographic Monitoring of Reinforcing Materials in Concrete Structures. Konference RILEM „Long Term Observation of Concrete Structures“, Sborník konference I, s. 226-235, 1984, Budapest, MLR [ 2 ] Hobst, L., Mencl, V.: Radiography of Prestressed Concrete Structures. Konference „In Situ Behaviour of Structures“, Sborník konference I, s. 19-26, 1986, Constanta, RSR [ 3 ] Hobst, L.: Radiography of Prestressed Concrete Bridges. Konference „Zerstörungsfreie Prüf- und Messmethoden in Bauwesen“, sborník konference, s. 15-16, 1986, Leipzig [ 4 ] Hobst, L., Hönig, A., Janeček, B.: Complex Investigation of the Reinforced Concrete Structure of the Therapeutic Building IRMA in Piešťany Spa. Konference „In Situ Behaviour of Buildings“, sborník konference, 1988, Arad, RSR [ 5 ] Hobst, L., Hönig, A., Valošek, P.: Radioscopy of Reinforced Concrete Panels. Mezinárodní konference „Diagnosis of Concrete Structures“, 1991, Bratislava, sborník, s. 122 – 125 [ 6 ] Hobst, L.: Non Destructive Testing Used in Searching Explosive Charges. Konference DAMSTRUC 98, Rio de Janeiro, Brazílie, 1998, CD – ROM [ 7 ] Hobst, L., Vítek, L., Anton, O.: The Application of Non-destructive Testing to Reinforced Concrete Structures for a Ferrocement Sailing Boat . Konference DAMSTRUC 2002, Rio de Janeiro, Brazílie, 2002, CD-ROM [ 8 ] Hobst, L., Vítek, L., Anton, O., Štěpánek, P.: Critical Defects, Diagnostics and Repair of Roof Trusses in Industrial Hall . Konference DAMSTRUC 2005, Joao Pessoa, Brazílie, 2005, CD-ROM

RADIOGRAFIE

Literatura:

Zvýšení chemické odolnosti betonu a správkových malt Ing. Zdeněk Vávra, BETOSAN s.r.o., Na Dolinách 23, 147 00 Praha 4 [email protected]

Úvod Betonové konstrukce, které jsou stále častěji využívány jako nosné pro chemicky namáhané objekty, jsou v těchto případech napadány nejrůznějšími kapalnými i plynnými médii, která působí na cementový tmel. Tato média je nutné eliminovat pomocí aplikace sekundární ochrany, tzn. nátěrových hmot, polymercementových stěrek apod.

Problematika propustnosti konstrukcí Vodotěsnost (resp. kapalinotěsnost) konstrukcí je závislá na několika parametrech. Hlavním parametrem je pórový systém vzniklý odvodem přebytečné záměsové vody z konstrukce. Velikost a prostupnost pórového systému betonové konstrukce se odvíjí od složení betonové směsi, vodního součinitele, použití provzdušňujících, plastifikačních, odpěňujících a jiných přísad a od hutnění čerstvé betonové směsi. Druhým parametrem, který ovlivňuje vodotěsnost betonových konstrukcí, je vznik trhlin v konstrukci a jejich šířka. Tyto dva parametry vedle vodotěsnosti konstrukcí, ovlivňují propustnost železobetonových konstrukcí i pro plynná média. Jedná se především o ovlivnění propustnosti konstrukce proti průniku radonu.

Izolované vs. „neizolované“ konstrukce Problémy s agresivním prostředím se v největší míře vyskytují u konstrukcí, které jsou ve styku s podložím stavby, tj. jsou umístěné pod terénem, nebo na jeho úrovni. U nás nejběžnějším řešením, jak konstrukci ochránit proti působení agresivních médií, je provedení bariéry, která zabrání přístupu těchto médií ke konstrukci. Ale obecně je řešení více.

Membránové izolace Tento způsob je efektivní, pokud je splněno několik kritérií. Jedná se především o to, aby samotná bariéra, která není součástí hlavní (většinou nosné) konstrukce, odolávala kombinaci vyskytujících se médií. V okamžiku, kdy je tato podmínka splněna, nastupuje kritérium správnosti provádění. Všichni, kdo se pohybují ve stavebnictví jistě budou souhlasit, že čím jednodušší řešení tím lepší. Proto kvalita provedení izolace na rubové straně bývá tím největším kamenem úrazu. Třetím kritériem, je dodatečná ochrana této bariéry proti poškození při provádění dokončovacích prací. Nakonec nesmíme zapomenout na opravitelnost samostatných izolací, která je bez jejich úplného odhalení prakticky nemožná. V zásadě není možné jednoznačně stanovit, zda jsou projevy, které jsou zřejmé na lícové straně konstrukce, současně i místem porušení izolační vrstvy. Může docházet k nejrůznějšímu protékání a zatékání za provedené izolační vrstvy a k pohybu vody podél konstrukce až k místu, které umožňuje průnik hlavní konstrukcí. Následná oprava z lícové strany konstrukce, potom nemá valný smysl a její realizace nepřináší žádané výsledky.

14

BE TO N

20 / 2012

20 / 2012

15

Chceme-li realizovat spodní stavbu systémem bílé vany, tj. bez izolace ve formě membrány jakéhokoli typu (v západních zemích je prováděno tímto způsobem až 80% staveb), musíme při realizaci dodržet také několik důležitých zásad. Jednou z nich je provedení konstrukce z betonu dostatečné kvality („vodotěsného“ betonu). Toho lze dosáhnout především promyšleným složením betonové směsi, která zaručí co nejmenší vznik transportních cest pro vodu, a zabrání vzniku trhlin v povrchových partiích betonu. Omezení vzniku trhlin je dosahováno pomocí přísad do betonu, které kompenzují přirozeně probíhající objemové změny, pomocí dostatečného vyztužení v povrchových partiích betonových konstrukcí. Všechny postupy je nezbytné doplnit o průběžné ošetřování betonových konstrukcí (kropení, zakrytí, zastínění, atp.), které účinně zpomaluje rychlost probíhajících reakcí. Druhou zásadou je pečlivost provádění konstrukce a to zejména v kritických místech jako jsou styky jednotlivých prvků, dilatační a pracovní spáry a prostupy pro nejrůznější inženýrské sítě. Tady jsou oba přístupy závislé na zkušenosti a pečlivosti prováděcích firem, ovšem provádění nosné konstrukce s největší pečlivostí se předpokládá i při použití membránových izolací. V případě, že je konstrukce realizována systémem bílé vany, objevuje se ještě dodatečná výhoda této realizace. Je jí jednoduchá opravitelnost. U konstrukcí pod úrovní terénu, které jsou proti průniku vody, případně dalších médií, chráněny izolací, která je tvořena další, na hlavní konstrukci nezávislou vrstvou, je situace logicky komplikovanější. Když je konstrukce spodní stavby provedena systémem bílých van, je velkou výhodou právě snadná lokalizace poruchy a tím i efektivnější možnost opravy dané konstrukce.

Agresivní látky ohrožující betonové konstrukce V okamžiku, kdy přistoupíme na předpoklad, že realizovat konstrukci spodní stavby systémem bílé vany je efektivnější i levnější, přichází na řadu několik „..ale..“. Podstatným problémem, který je nejaktuálnější právě v Čechách a na Slovensku, je nutnost doložit těsnost konstrukcí proti průniku radonu. Proto je vhodné, aby konstrukce spodní stavby byla nejen vodotěsná, ale v některých případech i plynotěsná.

Odolnost vůči prostupu kapalných látek Vyrobit beton, který je vodotěsný, není technologicky žádný větší problém, pokud jsou dodrženy výše zmíněné zásady. Avšak „vodotěsný“ beton nemusí zákonitě odolávat látkám, které mají nižší hustotu a jinou smáčivost kapilár než voda. Sem je nutné zařadit především ropné produkty, oleje, silážní šťávy a jiné agresivní látky (benzín 700 – 750 kg/m3, nafta 800 – 880 kg/ m3, transformátorový olej 866 kg/m3 atd.), kterým je nutné zabránit v úniku do okolí.

Odolnost vůči prostupu plynů Problematické plyny, na které je možné běžně narazit při realizaci staveb, a které negativně působí na samotnou betonovou konstrukci, nebo na lidské zdraví, jsou především CO2, radon a méně často i metan. V případě výskytu metanu není asi nutné bránit se použití membrány, která bude bránit prostupu tohoto plynu. Bude se jednat s největší pravděpodobností o speciální aplikaci a jistě s menší četností výskytu. V tomto případě je možné kombinovat opatření se zdůvodnitelnými vyššími výdaji. Oxid uhličitý atakuje konstrukce, které jsou trvale ve styku s okolním vzduchem a současně mají svoji přirozenou vlhkost. Nejvíce se tedy jedná o konstrukce nad úrovní terénu. CO2 je standardně eliminován pomocí antikarbonatačních nátěrů. Pokud se jedná o radon, je situace jiná. Nejedná se o výjimečné stavby, ale spíše o stavby běžné. Při pohledu na mapu radonového rizika v ČR je jistě zřejmé, že jsou protiradonová opatření prováděna stále, tak aby se vyhovělo předpisům.

BE TO N

Bílé vany

20 / 2012

16

Ambicí tohoto příspěvku je předložit nejen odborné veřejnosti výsledky laboratorních zkoušek, které dokládají použitelnost hydroizolačních materiálů na bázi sekundární krystalizace i v náročných podmínkách železobetonových konstrukcí spodní stavby chemicky zatížených provozů a v oblastech s výskytem radonu. Objektivní okolnosti vedly k tomu, že byly na několika pracovištích v České a Slovenské republice realizovány v průběhu posledních 10 let zkoušky, které měly za úkol ověřit funkčnost hydroizolačních materiálů na bázi sekundární krystalizace při expozici v nejrůznějších podmínkách. Současně bylo ověřeno, že je možné vlastností krystalické hydroizolace využít i k ekonomicky výhodnějšímu návrhu výztuže, která má za úkol eliminovat objemové změny v povrchových partiích betonových konstrukcí.

Hydroizolační funkce Hydroizolační funkce betonových konstrukcí s použitím prostředků sekundární krystalizace byla prokázána doma i v zahraničí na nejrůznějších realizacích. V minulosti byla funkčnost v této oblasti prokazována „klasickou“ zkouškou vodotěsnosti. Postupně však bylo prokázáno, že vhodnější metodou pro ověření funkčnosti je stanovení koeficientu filtrace. Provedení porozimetrické analýzy zkoušených vzorků přineslo poznatky o změně mikrostruktury betonu vlivem sekundární krystalizace. Sekundární krystalizace má vliv především na změnu rozdělení pórů v cementovém tmelu. Jednak dochází ke snížení celkového objemu pórů, ale co je významnější, mění se jejich průměr.



Obr. 1 distribuce pórů dle poloměru

Významně se snižuje objem pórů s průměrem nad 100 nm (obr.1). Obecně jsou póry s průměrem menším než 100 nm považovány za neprostupné pro vodu.

BE TO N

Použití sekundární krystalizace ke zvýšení odolnosti konstrukcí

20 / 2012

17

Odolnost vůči prostupu nevodných kapalin Výše popsané skutečnosti se projevují při potřebě zvýšení odolnosti betonu, nebo správkových malt proti průniku široké škály agresivních látek. To bylo ověřeno při provádění zkoušky propustnosti zkušebních těles vůči nevodným kapalinám (obr. 2). Obr. 2 Schématické uspořádání vzorku pro testování propustnosti vůči nevodným kapalinám; 1, 2 – přívod vzduchu pro vyvození tlaku + uzávěr; 3 – měřící cela (laboratorní sklo); 4 – uchycovací prstenec; 5 – testovací kapalina; 6 – případná povrchová úprava; 7 – testovaný vzorek (podkladní těleso)

B E TO N

Při testování bylo zjištěno, že krystalizační přísada XYPEX ADMIX, na které byly testy prováděny, pozitivně ovlivňuje odolnost betonu obzvláště vůči benzínu typu NATURAL.

Obr. 3 Hloubka penetrace chemických médií

Odolnost neošetřeného betonu trvající 290 až 320 minut vlivem krystalizační přísady narostla až na 21 000 minut (14 dní). Přehled odolností proti penetraci vybraných médiím je patrný z obr.3.

Návrh vodotěsných konstrukcí Schopnost sekundární krystalizace utěsňovat pórový systém se současně projevuje i schopností zarůstat (kolmatovat) trhliny a to do šířky min. 0,4 mm. Této schopnosti je možné využít při návrhu vodotěsných konstrukcí resp. při návrhu vyztužení povrchových partií betonu na mezní šířku trhlin[1]. Vzorovými výpočty bylo ověřeno, že při výpočtu na mezní šířku trhlin 0,4 mm (místo běžných 0,1 mm případně 0,2 mm) je možné ušetřit až 50 % výztuže. Výhoda je v praxi většinou vítána, ale nutnost izolovat konstrukce proti prostupu radonu vede k tomu, že není této schopnosti krystalizace použito. A nejen to. Nutnost izolovat konstrukci proti radonu omezuje rovněž i realizace konstrukcí spodní stavby systémem bílých van. Tato skutečnost vedla k provedení zkoušek na Vědecko výzkumné základně Slovenské zdravotnické univerzity.

20 / 2012

18

Cílem testů na Slovenské zdravotnické universitě bylo prokázat schopnost krystalizační přísady XYPEX ADMIX fungovat jako bariéra proti prostupu radonu a současně porovnání této schopnosti u betonu resp. prefabrikované reprofilační malty bez krystalizační přísady. Radon je produktem rozpadu izotopu uranu a je prokázáno, že působí negativně na zdraví osob. Stávající platná norma pro Ochranu staveb proti radonu z podloží ČSN 73 0601 [2] prakticky nedovoluje použít samotnou betonovou resp. železobetonovou desku (konstrukci) jako jedinou bariéru proti průniku radonu. Norma stanovuje, že vrstva, která má fungovat jako bariéra vůči radonu, musí mít změřený koeficient difúzního odporu vůči radonu a to včetně spojů. Reálně je vždy argumentováno nehomogenitou betonu, jeho imperfekcemi a nepřenositelností případně změřených hodnot difúze radonu. Z tohoto důvodu je nutné, i při provedení vodotěsných konstrukcí spodní stavby, které jsou ve styku s podložím, provádět na konstrukci další membránovou vrstvu bránící průniku radonu. Tyto materiály standardně mají koeficient difúze proti radonu na úrovni 10-11 – 10-13 m2/s. Testována byla jak prefabrikovaná malta, tak konstrukční beton obsahující krystalizační přísadu XYPEX ADMIX C – 1000. V obou případech bylo prokázáno, že krystalizační přísada propůjčuje betonu schopnost výrazně bránit prostupu radonu. Na vzorcích byly změřeny difúzní koeficienty 1,90.10-13 m2/s resp. 1,46.10-13 m2/s [3] a [4]. To odpovídá schopnostem tradičních membránových izolací proti prostupu radonu. V případě, že je krystalizační přísada aplikována na stávající konstrukci, dochází při jejím nanášení k realikalizaci povrchu konstrukce a tím i k částečnému napravení degradace způsobované karbonatací vlivem CO2.

Závěr Použití krystalizačních přísad se v  našich zemích stále více přesouvá od záchranných akcí s aplikací na stávajících konstrukcích k použití ve formě přísady. Tento článek by měl informovat odbornou veřejnost o dalším výzkumu v oblasti sekundární krystalizace, který je zaměřen nejen na ověření hydroizolační funkce, ale i vlastností s tím souvisejících. U nás aktuální ochrana proti průniku radonu je jedním z protiargumentů při snaze realizovat konstrukce spodní stavby formou bílých van. V příspěvku bylo stručně informováno o zkouškách provedených v tomto směru a jejich pozitivních výsledcích. Tento výzkum a jeho výsledky by měly přispět k větší funkčnosti a nižší ceně železobetonových konstrukcí a to především v oblastech, kde dochází k působení agresivních médií. Další výzkum a praktické použití těchto materiálů bude i nadále pokračovat. Výsledky některých zkoušek vzešly z řešení projektu FT-TA4/013 spolufinancovaného Ministerstvem Průmyslu a Obchodu ČR Literatura [1]

ČSN EN 206 – 1

[2]

ČSN 73 0601 Ochrana staveb proti radonu z podloží

[3]

Protokol o skúške z 06/2008, Slovenská zdravotnícka univerzita

[4]

Protokol o skúške z 02/2009, Slovenská zdravotnícka univerzita



BE TO N

Odolnost vůči prostupu plynů

Použití betonů pro výstavbu vojenských opevnění Prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. Ústav stavebního zkušebnictví Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně Veveří 95 602 00 Brno e-mail: [email protected]

1. Úvod Rozvoj průmyslu na konci 19. století ovlivnil všechny oblasti lidské činnosti. A průmyslové vynálezy jako v celé historii lidstva byly využity a ovlivnily vývoj především v oblasti vojenství. Zvlášť významně tento rozvoj přičinil ke zdokonalení dělostřeleckých zbraní. Bylo zavedeno zadní nabíjení, které umožňovalo zvýšení rychlosti střelby. Vnitřní povrch hlavní děl byl upraven drážkováním, aby se umožnilo používat podlouhlých střel stabilizovaných rotací (zvýšila se hmotnost střel, dostřel a přesnost střelby). Dále byl objeven účinnější bezdýmný prach, který střelám uděloval vyšší úsťovou rychlost a tím zvětšení dostřelu. Konstrukce děl byla doplněna brzdovratným zařízením (zákluzem), jímž se zvýšila stabilita děl při výstřelu a v důsledku toho rychlost a přesnost střelby. Pro konstrukci hlavní začala být používána vysoce legovaná ocel, namísto do té doby používaného dělového bronzu. Využitím nových brisantních výbušnin (pyroxilin, melinit), které tvořily náplň dělové střely, bylo dosaženo 10 až 12 krát většího bořivého účinku ve srovnání s náplní černého střelného prachu. Popsaný vývoj dělostřelectva na konci 19. století zaskočil tvůrce opevnění, u kterých až do roku 1885 byl jako hlavní stavivo používán kámen a cihla a na doplnění také zemní násypy. Najednou se poznalo, že dosud běžná konstrukce cihelných stropů pevností o tloušťce 1,5 m , překrytá vrstvou zeminy o tloušťce 2,5 m, byla lehce proražena nově vyvinutým granátem ráže 210 mm, naplněným 19 kg pyroxilinu.

2. Význam betonu pro stálá opevnění Budovatelům pevností proto vyvstal úkol získat, popř. vyvinout nový houževnatý a dostatečně pevný stavební materiál, který by odolával zničujícím účinkům modernizovaného dělostřelectva. K tomuto účelu byl jako nejvhodnější odzkoušen nově ve stavebnictví zaváděný „umělý kámen“ - beton, resp. železobeton, doplněný pancířem, vyráběným z legovaných ocelí. Tyto nové materiály se postupně uplatnily ve fortifikačním stavitelství v různých kombinacích. S rekonstrukcí starých pevnostních staveb a se stavbu nových pevností začíná koncem 19. století především Francie, která se nemohla zbavit hořkosti porážky ve střetu s Německem z roku 1870. Staré pevnosti (v okolí Verdunu) byly zesilovány vrstvami betonu o tloušťce 1,5 až 2 m a nově budované objekty měly tloušťku stropu 2,5 m betonu. Vojenští teoretici při stavbě nových objektů a při rekonstrukci starých objektů předpokládali, že ráže dělostřelectva dosáhne v budoucí možné válce max. 270-280 mm.

19

B E TO NY P RO O P E V N Ě N Í

20 / 2012

Velká válka (1.světová válka) následně však zkouškami „in natura“ vojenské teoretiky nepříjemně překvapila. V Rakousku – Uhersku vyvinuly Škodovy závody velmi účinný moždíř vz. 11, ráže 305 mm (obr. 1), který byl schopen střelami o hmotnosti 380 kg, zasahovat cíle do vzdálenosti 10 km. Mohutnější na počátku války byl pouze německý moždíř, známý jako „Tlustá Berta“ o ráži 42 cm (hmotnost střely byla 810 kg), který však byl vyroben jen v počtu dvou kusů. Prvé nasazení moždířů ze Škodovky se uskutečnilo ihned na začátku války na západní frontě, kam si jejich pomoc vyžádalo německé velení. Čtyři baterie po dvou dělech byly nasazeny nejdříve proti belgickým (bojový křest prodělaly při dobývání pevností v okolí Lutychu), později proti francouzským pevnostem, které neodolaly jejich účinku. Děla těchto ráží, použitá k obléhání, byla tehdy příčinou kapitulace nejmocnějších fortifikačních komplexů světa.

3. Využití betonu na frontách 1. sv. války Za 1. sv. války, kdy se začal uplatňovat do té doby neznámý způsob pozičního, zákopového boje, se první opevňovací zařízení zákopů, budovaná ze dřeva a zemin začala nahrazovat spolehlivějšími  polními opevněními z betonu. Počet betonových krytů rychle vzrůstal, zejména na západní frontě, kde např. německá armáda spotřebovala v roce 1917 asi 180 000 t cementu. Na pověstné Hindenburgově linii spotřebovali Němci 17 500 t cementu a 2 000 t armatury [1].

20

B E TO NY P RO O P E V N Ě N Í

20 / 2012

Stavba betonových opevnění za války měla ovšem ráz improvizace, protože v předválečné době nebylo předpokládáno, že by někdy mělo dojít ke stavbám polních opevnění z betonu, a proto žádná armáda neměla předpisy na zřízení těchto polních staveb. Jejich stavbu proto řídili nejčastěji záložní důstojníci – stavební inženýři [2], kteří s výstavbou betonových staveb získali zkušenosti v civilním životě. Podle konstrukce byly polní opevňovací stavby dvojího druhu: monolitické a zděné (z tvárnic). Monolitické stavby jsou beze spár a je v nich využito všech předností betonu, zvláště pevnosti v tlaku a tuhosti. Betonové stavby z prefabrikátů nemají výhody staveb monolitických, i když se pro jejich spojení používá cementová malta a jsou konstruovány tak, aby měly co největší tuhost. Stavěly se jen výjimečně, když nebylo možno stavět stavby monolitické, buď pro přílišnou blízkost nepřítele nebo pro nedostatek odborníků (betonářů) nebo materiálu na místě stavby, nebo když stavba měla býti provedena ve velmi krátké době, v zimě apod.

4. Zhodnocení zkušeností a meziválečná výstavba opevnění v Evropě Po 1. sv. válce byla na základě získaných zkušeností zdokonalena konstrukce a technologie objektů stálého opevnění a obnovena důvěra k němu. Přitom došlo k nebývalému využití betonu. Francie byla prvním státem, který si zajistil hranice betonovými pevnostmi, a po ní stavějí i jiné státy podobná opevnění. Všechna jsou z betonu železového nebo prostého a jen tam, kde vadí velké tloušťky, se používá ocelový pancíř. Francie též podrobně analyzovala účinky dělostřelby na betony opevnění:

21

B E TO NY P RO O P E V N Ě N Í

20 / 2012

a) Účinek zásahu granátem na povrch betonové konstrukce se projevuje vytvořením nálevky, způsobené kinetickou energii dopadající střely a následnou explozí. Bylo zjištěno, že zbytky rozrušeného betonu, které vyplňují nálevku (u stropních konstrukcí), podstatně snižují účinek následného zásahu do téhož místa. Současně však bylo konstatováno, že armatura železobetonu, vytržená při výbuchu, porušuje okolní beton, což mnohé odborníky vedlo k názoru, že pro opevnění by měl být používán pouze prostý beton. b) Účinek výbuchu granátu způsobuje trhliny a pnutí v betonu a tím vznik „odprysků“ na protilehlé straně bodu dopadu. c) Dochází i k výraznému působení ohybového momentu na konstrukci, způsobeném dopadem a výbuchem granátu. d) Ukázal se negativní vliv násypu na betonovou konstrukci opevnění. Střela zemním násypem proniká a vybuchuje až na povrchu konstrukce opevnění. Násyp přitom vytváří „ucpávku“, která zvyšuje ničivý účinek exploze. Na základě těchto zjištění, byly ve Francii v roce 1929 stanoveny čtyři stupně odolnosti objektů opevnění, které byly na objektech stanovovány podle předpokládaného možného postřelování objektu děly různé ráže: 1. odolnost – odolává ráži děl 160 mm, tloušťka stěny 1,75 m, tloušťka stropů 1,5 m. 2. odolnost - odolává ráži děl 240 mm, tloušťka stěny 2,25 m, tloušťka stropů 2,0 m. 3. odolnost – odolává ráži děl 300 mm, tloušťka stěny 2,75 m, tloušťka stropů 2,5 m. 4. odolnost – odolává ráži děl 420 mm, tloušťka stěny 3,50 m, tloušťka stropů 3,5 m. Podle těchto stupňů odolnosti byly staveny pevnosti Maginotovy linie a modifikovaně byly přebrány i při budování opevnění v ČSR.

5. Budování československého opevnění V druhé polovině třicátých let byla Československá republika ohrožena expanzní politikou fašistického Německa. Vzhledem ke tvaru svého území a k malému počtu obyvatelstva, jež byla schopna zmobilizovat na svoji obranu, došlo vedení čsl. armády k  názoru vytvořit na svých hranicích stálé opevnění. Čs. vojenská doktrína, velice ovlivněná francouzskou defenzivní koncepcí obrany, přistoupila v roce 1933 k zahájení průzkumných a přípravných prací na výstavbu opevnění. Základní podklady k výstavbě opevnění získali čs. vojenští odborníci ve Francii. Postupem času byl však pevnostní systém českých objektů řešen samostatně se zaváděním moderních obranných a zařizovacích prvků (např. splachovacích záchodů a sprch) a stal se tak jedním z nejlépe vybavených v Evropě. Pro stavby mohutných pohraničních opevnění, jejichž výstavba byla rozvržena na léta 1936–1952 byl vybrán jako hlavní konstrukční materiál (stejně jako ve Francii) železobeton ve spojení s pancéřovou ocelí střílen, kopulí a zvonů a dělostřeleckých výsuvných věží určených pro vedení střelby a pro pozorování. Pro výrobu betonu byly nejdříve odzkoušeny betony, navrhované podle francouzské receptury. Francouzské předpisy pro výstavbu opevnění předepisovaly použití „suché“ (tuhé) betonové směsi. Tato technologie však vyžadovala nákladné a obzvláště pečlivé zpracování betonové směsi. Těmto nákladům a vynaložené práci neodpovídala docílená pevnost betonu a betonové objekty vykazovaly nestejnoměrnou pevnost. Experimentálně dosahovala pevnost betonu v tlaku ve směru pěchování 410 kg/cm2 a v kolmém směru na pěchování jen pouhých 260 kg/cm2 (v článku je používána s ohledem na citaci norem v tehdejší době používaná terminologie a jednotka pevnosti v tlaku kg/cm2 - pro převod na současně platné jednotky platí 10 kg/cm2 = 1 MPa ). Tyto neuspokojivé zkoušky „francouzské“ technologie výroby betonu podnítily vynikající čs. stavební odborníky (prof. dr. Bechyně, dr. Hacar, prof. dr. Klokner a prof. ing. dr. Kallauner)

22

B E TO NY P RO O P E V N Ě N Í

20 / 2012

k práci na vývoji vlastní technologie výroby a zpracování pevnostního betonu a k  pečlivým zkouškám základních materiálů pro stavbu. Na tomto základě přijalo Ředitelství opevňovacích prací (ŘOP), pověřené výstavbou opevnění, rozhodnutí o použití vlastní technologie výroby betonu pro výstavbu čs. opevnění. Zkušební výsledky – sady zkušebních kostek - vykazovaly pevnost v tlaku v rozmezí od 650 do 680 kg/cm2. Požadovaná pevnost betonu byla zpočátku výstavby opevnění stanovena podle ČSN 10931935 na  hodnotu 400 kg/cm2. Postupně však byla předepsaná hodnota pevnosti betonu v tlaku zvýšena na 450 kg/cm2 (Výnosem č.j. 4245/taj. hl. št. ŘOP-36)

6. Receptura pevnostního betonu Dle vojenského předpisu mělo být v betonové směsi minimální množství písku . V zásadě byly doporučeny dvě receptury a to pro kamenivo oblázkové (říční) a kamenivo oblázkové a drcené. a) kamenivo oblázkové písek 0-10 mm………………... 390 l štěrk oblázkový 20-40 mm……300 l štěrk oblázkový 40-60 mm……600 l cement……………………...…400 kg voda…………………………....100 l

b) kamenivo oblázkové a drcené písek 0-10 mm……………….... 440 l štěrk oblázkový 20-40 mm….…300 l štěrk drcený 40-60 mm……...…600 l cement…………………………400 kg voda….………………………....100 l

V obou recepturách se uvažovalo s tím, že kamenivo je nasyceno vodou, poměr stěrku o zrnech 20-40 mm ke štěrku o zrnech 40-60 mm byl volen 1:2.

23

B E TO NY P RO O P E V N Ě N Í

20 / 2012

Každá stavební firma měla podle lokalit zdrojů štěrkopísků a drcených štěrků svoji specifickou recepturu odsouhlasenou průkazní zkouškou. Výsledné receptury se mezi sebou liší v max. míře 10 % a to jen v množství štěrkovin. Obsah vody v cementu byl pak u všech firem stejný. V tab. I je pro názornost ukázána receptura šesti firem, podílejících se na výstavbě opevnění. Tab. I. Vybrané receptury betonů čs. opevnění Stavební firmy

firma

Složky betonu

firma Filip

firma Lanna

firma Frič

Skorkovský

Litická a.s.

Inžesta a.s.

písek 0-10 mm

460 l

430 l

440 l

440 l

447 l

338 l

štěrk I 20-40 mm

280 l

300 l

300 l

300 l

272 l

328 l

štěrk II 40-60 mm

560 l

600 l

590 l

600 l

544 l

656 l

-

-

-

-

-

128 l

100

100

110

100

100

100

400 kg

400 kg

400 kg

400 kg

400 kg

400 kg

drť 2-10 mm voda [ l ] cement – druh „A“

Stěžejní složkou betonové směsi byl speciální cement, označený „A“, který byl vyvinutý opět ve spolupráci s předními čs. stavebními odborníky na ČVUT Praha. Vyznačoval se prodlouženou počáteční dobu tuhnutí tak, aby se získala dostatečně dlouhá doba na uložení a zpracování betonové směsi (1 ½ až 2 hodiny).

ŘOP pro snížení nákladů na výstavbu opevnění uzavřelo s koncernem „Čs. průmyslu stavebních hmot“ dohodu o odběru speciálního druhu cementu „A“ – určeného jen pro vojenskou správu, jehož cena byla stanovena na 12,- Kč za 1q, což podstatně snížilo ceny za výstavbu objektů opevnění. Stavební firmy mohly odebírat základní suroviny na území ČSR z různých lokalit. Písek o zrnitosti 0 – 10 mm dodávaly např. pískovny v Rašovicích u Týniště nad Orlicí, říční písky z Labe byly těženy u Kolína a Záboří, u Týnce nad Vltavou, další u Opavice pod Opavou, písníku Smolkov a dalších míst. Drcené štěrky (kamenivo o velikosti I (20-40 mm) a velikosti II (40 – 60 mm) byly pak dodávány z lomů v podhůří Orlických hor. Především to byl Lom Libice – žula, Lom Pastviny – diorit (též Lom Babí u Trutnova – melafyr), nebo pokud byl vhodný kámen v místě prací, byl tento drcen a používán přímo na staveništi.

7. Průběh výstavby opevnění Výstavba čs. opevnění probíhala organizovaně a na tehdejší dobu velmi rychle. Prvním předpokladem pro stavbu opevnění bylo vybudování dokonalé sítě komunikací mezi jednotlivými staveništi objektů. Konstrukce vozovek byla sice jen štětová, ale umožňovala dopravovat na staveniště nejen stavební materiál, ale i těžké ocelolitinové zvony a měla sloužit i pro budoucí zásobování objektů střelivem. Tyto komunikace slouží mnohde provozu dodnes. Například staveniště pro výstavbu objektu těžkého opevnění muselo být plánováno tak, aby výroba betonové směsi mohla probíhat nepřetržitě po celou dobu betonáže. Zejména musela být zřízena skládka pro cca 1700 m3 kameniva a 500 – 600 t cementu. Na staveništi muselo být 5 míchaček po 500 l a dva dieselelektrické agregáty pro výrobu elektrické energie (bylo uvažováno se záložním zdrojem). Cement byl na stavbu dodáván výhradně v papírových pytlích po 50 kg a voda byla u každé míchačky odměřována kalibrovanou skleněnou odměrkou. Pro hutnění betonu byly používány pneumatické pěchy a elektrické příložné vibrátory. Betonáž probíhala nepřetržitě po předepsaných vrstvách. Pro objekty těžkého opevnění o objemu 1700 m3 betonu byla dosahována rychlost betonáže až 300 m3 za den (ve třech směnách) a tak betonáž těchto objektů se mohla uskutečnit během jednoho týdne – od pondělka do soboty. I přes používání speciálního cementu, docházelo u masivních konstrukcí po 2. dni betonáže ke zvyšování teploty vlivem hydratačního tepla. Ochlazování se provádělo neustálým kropením bednění jak po dobu betonáže, tak min. 1 týden po skončení betonáže (v uzavřených prostorách se vlivem uvolňovaného tepla vytvářela hustá pára, která snižovala viditelnost i při elektrickém osvětlení).

8. Kontrola kvality výstavby Během betonáže opevnění byly odebírány vzorky betonové směsi a byly normovým způsobem zhotovovány sady tří zkušebních kostek 20/20/20 cm (ČSN 1093-1935). Po zatvrdnutí byly sady kostek posílány do Kloknerova zkušebního a výzkumného ústavu do Prahy, kde byla zjištěna jejich krychelná pevnost. Ta mnohdy překračovala předepsanou krychelnou pevnost 450 kg/ cm2 o 50 až 150 kg/cm2 (Obr. 2 a 3). Mnohdy se však stávalo, že zkušební kostky některých firem této pevnosti nedosahovaly (Obr.4 a 5). Za nedodržení předepsané krychelné pevnosti betonu byla firma postihována srážkou z vyplacené ceny za zhotovený beton a to o 0,5% za každý 1 kg/cm2 pod hranici 450 kg/cm2. Pro názornost lze uvést příklad, kdy průměrná pevnost sady zkušebních kostek dosahovala pouze 430 kg/cm2 (tato je doložena písemným dokladem Zkušebního ústavu ČVUT). Požadovaná pevnost 450 kg/cm2



–

Skutečná pevnost 430 kg/cm2

=

Oferovaná cena betonu 180,- Kč/m3 Výpočet: 20 x 0,05 x 180,- Kč/m3 = 18,- Kč/m3

Rozdíl pevností

20 kg/cm2 pod stanovenou normou

24

B E TO NY P RO O P E V N Ě N Í

20 / 2012

20 / 2012 Stavební firma by obdržela za nekvalitní beton částku jen 162,- Kč/m3. Takto byly stavební firmy postihovány za nekvalitně provedenou betonáž, na kterou by pak doplácela méně spolehlivou ochranou posádka pevnostního objektu.

9. Závěr Československé opevnění, i když mu nebylo dopřáno plnit svůj účel, bylo skvělým inženýrským dílem, do kterého byly vloženy nové poznatky našich inženýrů a spolehlivost a odbornost našich dělníků a techniků. I když československé opevnění nebylo dostavěno (bylo proinvestováno pouze 25 % z předpokládané částky 10 mld. Kč), přesto během dvou let bylo postaveno téměř 10 000 objektů lehkého opevnění (řopíků) a 265 samostatných a tvrzových objektů těžkého opevnění. Na výstavbu tohoto opevnění bylo vyrobeno téměř 1 mil. m3 vysoce jakostního pevnostního betonu.

25

Stavby opevnění se dochovaly dodnes, (Obr.6) takže s odstupem více než 65 let se můžeme přesvědčit jak stavební materiál se známými jakostními parametry, zachovávanými během výstavby odolává působení vlivu počasí, změnám teplot a především času. Literatura [1] Význam betonu pro opevňovací stavby, Vojenský svět č.3/1935, VI. ročník, str. 105-107 [2] Hobst, L.: Český důstojník na frontách monarchie – válečný deník, vydavatelství a nakladatelství Spolku přátel čs. opevnění, Brno, 2003

Při psaní článku použity rozsáhlé materiály z archivu Spolku přátel čs. opevnění Brno

26

B E TO NY P RO O P E V N Ě N Í

20 / 2012

20 / 2012

POZVÁNKA NA KONFERENCI OBJEDNÁVKA FIREMNÍ PREZENTACE

Ústav stavebního zkušebnictví, Fakulty stavební VUT v Brně, pod záštitou děkana Fakulty stavební Prof. Ing. Rostislava Drochytky, CSc. pořádá 6. ročník

Termín konání:

2. – 3. ŘÍJNA 2012 Místo konání:

AULA A203, FAKULTA STAVEBNÍ, VUT V BRNĚ, VEVEŘÍ 95, BRNO www.zkouseniajakost.cz Hlavní partner konference:

27

Nyní nabízíme publikaci „Technické podmínky Sdružení pro sanace betonových konstrukcí III“ (TP SSBK III) vydané v letošním roce se slevou 10 %. Prosíme zájemce, aby nás kontaktovali na e-mailové adrese: [email protected]

28

P U BL I K AC E

20 / 2012