PergolyJak plavou betonové lodě: Fascinující historie a současnost
Každému je jasné, že beton neplave. Jenže to železo taky ne a přesto se z něj stavějí lodě. Tak proč by nemohlo z betonu?
Počátky a vývoj betonových lodí
Beton znají už staří Římané. S železnými pruty ho však poprvé spojí až francouzský zahradník Joseph Monier (1823-1906), který potřeboval odolné květináče. Postavit z něj loď poprvé zkusí Joseph-Louis Lambot (1814-1887).
- Rok 1848: Joseph-Louis Lambot, rodák z francouzského Montfort sur Argens, spustil na vodu první betonový člun. Vytvaroval dráty do podoby člunu a pak na ně nanášel vrstvy betonové malty.
- Rok 1855: Použitý materiál byl tak revoluční, že se plavidlo dostalo až na celosvětovou výstavu Expo v Paříži. Loď se oproti všem předpokladům nepotopila, dokonce udala nový směr uvažování ve využití tohoto pro lodě netradičního materiálu.
- 1908-1914: Už brázdily větší betonové bárky vody Německa, Velké Británie, Nizozemí, Norska nebo Kalifornie.
- Rok 1911: Objevily se dokonce na v té době ještě nedokončeném Panamském průplavu.
Betonové lodě se objevily kolem poloviny 19. století a kromě betonu se k jejich výrobě používaly i ocelové tyče.
Betonové lodě ve válce
Nově na sebe projekty betonových lodí strhly pozornost vojenských stratégů během obou světových válek. Není divu, žádná z bojujících stran neměla dostatek kvalitní oceli na výstavbu válečných plavidel a beton mohl pomoci tento problém řešit.
Fred Hopkins v materiálu věnovaném stavbě lodí za 1. světové války v oblasti severozápadního Pacifiku píše o Emergency Fleet Corporation. Podle něj bylo ocelových plavidel postaveno 1307, nových lodí s dřevěným trupem se spustilo na vodu 521 a betonových pouze 12 (z 38 plánovaných). Ale i tohle malé číslo ukazuje, že se s betonem vážně experimentovalo a nejednalo se o ojedinělý výstřelek.
Čtěte také: Krok za krokem: Betonové sloupky
Betonová flotila a S. S. Atlantus
Nejznámějších z Emergency Fleet se stala S. S. Atlantus, spuštěná na vodu 5. prosince 1918. Ne proto, že by se zásadním způsobem proslavila či zasáhla do válečných událostí, ale díky faktu, že uvízla nedaleko pobřeží Sunset Beach v New Jersey. Každý se tak na vlastní oči mohl přesvědčit, že vlny brázdilo betonové plavidlo s 5 centimetrů silnými stěnami trupu. Pokud jej chcete vidět, je potřeba si pospíšit.
Také během druhé světové války armáda koketuje s myšlenkou betonových válečných lodí. Díky pokročilejším technologiím sice mají tenčí stěny, testy však ukazují, že manévrovací schopnosti stále nejsou takové, aby v boji obstály. Ač se tedy betonové lodě příliš nepředvedly a všechny postavené dnes slouží jen jako odolné vlnolamy, konstruktérům nedají spát.
Betonová pevnost Fort Drum
Konstrukce unikátní betonové pevnosti připomínající bitevní loď začala v roce 1909 a trvala pět let. Pevnost postavená na malém ostrůvku byla 110 metrů dlouhá a 44 metrů široká. Posádku tvořilo původně přes 200 námořníků, kteří žili v ,,nedobytných" zdech Fort Drum. Pevnost byla vybavena 356 mm dělem M1909 a dvěma věžemi M1909.
Úspěšná invaze Japonců na filipínský ostrov Luzon v prosinci 1941 znamenala bezprostřední nebezpečí pro pevnosti okolo manilské zátoky a sekundárně i ohrožení pro Fort Drum. Ta se stala 2. května 1942, kdy zaútočila na japonské jednotky ostrov Corregidor v Manilské zátoce, kde se jí podařilo potopit několik nákladních člunů. Přesto se během května nedokázali Američané ubránit druhé vlně japonského útoku, což vedlo k dočasné kapitulaci amerických jednotek na Filipínách. Američané později hlavní město Filipín Manilu dobyli zpět a ovládli i strategicky důležitý ostrov Corregidor. Byla to zároveň labutí píseň této unikátní pevnosti.
Betonové ponorky: Tajné projekty a výhody
Světová válečná vřava skončila, studená válka planoucí mezi kapitalistickým západem a komunistických východem se proměnila v kapitolu v učebnicích dějepisu, ale projekty originálních betonových plavidel nezmizely. Novodobé Rusko, jež by rádo navázalo na velmocenské historické tradice, neustále hledá možnosti, jak vychýlit „strategickou rovnováhu“ na svou stranu. Betonové ponorky jsou jednou z netradičních možností. Ačkoli se jedná o tajný projekt k němuž se Rusko raději nehlásí, informace pronikly do médií už v roce 1998.
Čtěte také: Postupy rekonstrukce trámových stropů
Dne 12. dubna britský Sunday Times vydal článek s názvem Russia makes waves with concrete sub, jehož poselství lze shrnout do trefného přirovnání: plave jako cihla, ale bodne jako vosa. Beton totiž lépe než ocel současných ponorek odolává tlaku, takže malá betonová ponorka může čekat v mnohem větších hloubkách. S jejich ovladatelností je to horší a nedají se srovnávat s „klasickými“ sestřenicemi. Ovšem nepopiratelnou výhodou betonu je, že se na radaru beton promítne coby skála, tedy přírodní útvar.
Malá ponorka vybavená smrtícími torpédy a minimální posádkou prostě klesne ke dnu a čeká, až její radary detekují pohyb nepřátelských lodí na hladině. V ruských projektech měly být betonové ponorky vyzbrojeny moderními, extrémně rychlými torpédy typu Škval (Bouře) vypálenými z kolmých torpédových komor. Cena takového podvodního člunu je ve srovnání s běžnou moderní ponorkou mnohem nižší, což je jistě nezanedbatelný argument.
Moderní betonové kánoe: Věda a závodění
Máte pocit, že betonové lodi jsou jen námětem k historickému zamyšlení? Nikoliv. Každoročně se pořádají závody betonových kánoí a Češi v nich nezůstali pozadu.
Betonová kánoe z ČVUT
České vysoké učení technické v Praze oslovilo studenty s projektem betonové kánoe. Nejenže taková betonová loď váží "pouze" 80 kg, ale uveze dva chlapy a při cvaknutí díky polystyrenovým dílcům plave na hladině. Studenti Pavlína Paulová a Vít Balcar se na projektu podíleli. Absolvovali přednášky o betonu, ukázky dílen ČVUT, ukázky výroby betonové kánoe a projížďky v betonových kánoích po Vltavě.
Inženýři z Nevady
„Děláte si legraci? Betonová kánoe?" Takovýmto otázkám teď čelí studenti z americké Nevady, kteří opravdu postavili kánoi z betonu. A co víc, ona opravdu plave a dokonce se v ní dá závodit! Proto také, jak píše server LiveScience, studenti strávili více času počítáním, než samotnou prací. Vyšlo jim, že objemová hmotnost betonové kánoe musí být 27,6 kilogramu na třetinu krychlového metru, protože u vody je to 28 kilogramů. Rám kánoe je z plexiskla a odlehčený beton ho pokrývá z obou stran, asi jako poleva na dortu. Loď je dlouhá šest a půl metru a váží zhruba metrák. Vejde se do ní osm lidí, kteří se chystají na pravidelné školní závody.
Čtěte také: Význam betonových zátarasů pro Prahu
Česká betonová kánoe a její úspěch
"Běžné betony mají objemovou hmotnost zhruba 2300 kg/m³, my jsme se chtěli dostat co nejblíže k 1000 kg/m³," říká pro server novinky.cz Jan Kratochvíl, který betonovou kánoi navrhoval jako součást své diplomové práce. Jaký trik použili, aby snížili objemovou hmotnost betonu? Zalili do něj malé duté skleněné kuličky, které materiál vylehčily a pomohly loď udržet na hladině.
„Rozměry kanoe byly navrženy tak, aby byla co nejlehčí, tuhá a stabilní s ohledem na odpor vody a zároveň splňovala pravidla soutěže." Při návrhu směsi se její autoři řídili váhou, tedy objemovou hmotností výsledné směsi, zpracovatelností a únosností navrženého betonu. K vylehčení betonu bylo použito lehké kamenivo. K lepší zpracovatelnosti pomohl plastifikátor a latex přidaný do směsi. "Únosnost v tahu za ohybu byla zlepšena přidáním vláken a použitým cementem,“ osvětluje taje stavby Dagmar Malá a Jan Kratochvíl v časopise Materiály a technologie.
Přes všechny vychytávky vážila kánoe mající pouze 17 mm silné betonové stěny rovných 120 kg. Není divu, že k její přepravě si studenti pronajali kamion. Jejich loď se totiž zúčastnila pravidelných závodů betonových kánoí v nizozemském Utrechtu a tady se ukázaly všechny kvality v tom nejlepším světle. Studenti si z Nizozemí přivezli rovných pět medailí!
Lehký beton: Současný stav a využití
Lehké betony mají své kořeny již v antickém období cca v období 3 000 let př. n. l., kdy byla v éře Harappské civilizace (doba bronzová) vybudována slavná města Mohenjo-Daro a Harappa. V Evropě došlo k prvnímu použití lehkého betonu před dvěma tisíci lety, kdy Římané vybudovali slavný Pantheon, akvadukty a Koloseum v Římě. Variabilita vlastností přírodního kameniva byla při výstavbě Pantheonu řešena jeho ručním tříděním dle objemové hmotnosti s ohledem na konečnou objemovou hmotnost betonu. Kromě stavebních konstrukcí Římané používali přírodní kameniva a čistý jíl pro výstavbu tzv.
Lehký beton je dnes používán v širokém rozmezí objemových hmotností od 50 kg/m3 u expandovaného perlitu po 1 000 kg/m3 u např. popílkového kameniva, ale také v širokém rozmezí pevností a velikostí zrn. Díky tomu je možné navrhnout beton ve velmi širokém spektru pevností a objemových hmotností, což ho předurčuje jak pro aplikace tepelně izolačního výplňového mezerovitého betonu, tak pro aplikace lehkého hutného konstrukčního betonu. Základní výhodou použití lehkého betonu je snížení zatížení konstrukcí, které mohou výrazně snížit náklady celé stavby, dalšími výhodami jsou nižší přepravní náklady hotových dílců, používání lehčí výrobní a manipulační techniky a v neposlední řadě také vyvstává v dnešní době otázka šetrnosti k životnímu prostředí.
Historie lehkého kameniva
S rostoucí poptávkou a nedostupností přírodních kameniv po celém světě byly vyvinuty technologie pro jejich výrobu průmyslovými postupy. V roce 1918 Stephen J. Hayde patentoval kamenivo „Haydite“. Byl první, kdo zavedl technologii expandace břidlic. Toto kamenivo se dodnes v USA vyrábí. Umělá kameniva tohoto typu byla všeobecně přijata do prostého, železového i předpjatého betonu. Jedny z časných aplikací byly válečné lodě postavené na konci první světové války.
Nedlouho po patentu S. J. V Německu byla zavedena první výroba kameniva na bázi expandovaného jílu v letech 1935 až 1939 v Sommerfeldu a v Rudesdorfu poblíž Berlína. Výrobu i aplikace však zde provázela řada potíží. Obecně lze považovat za zakladatele výroby tohoto typu kameniva Dánsko, kde byla v roce 1939 založena továrna poblíž Kalundborgu. V Evropě bylo kolem roku 1960 postaveno mnoho továren na výrobu kameniva na bázi expandovaných jílů. Např. v roce 1955 a 1964 byly vybudovány dva závody v tehdejším Československu, a to v Bratislavě a ve Vintířově. Byly zde dokonce v letech 1967 a 1968 pořádány mezinárodní konference na toto téma.
Na rozdíl od USA, Evropané používají jako surovinu pro výrobu kameniva elektrárenský popílek. Tato technologie se začala užívat v roce 1960 ve Velké Británii, v roce 1973 v Německu a v roce 1985 v Nizozemí. V Rusku historie umělého kameniva začala v roce 1930, kdy profesor Kostyrko zavedl výzkum výroby těchto typů kameniv. Zde bylo kamenivo nazváno Keramzit. Jeho práce byla během druhé světové války pozastavena, takže první rotační pec byla postavena až v roce 1955 ve Volgogradu. V roce 1980 bylo aktivních více jak tři sta výroben. Výzkum a vývoj pokrýval speciální institut v Kujbyševu, v celé zemi bylo postaveno mnoho budov včetně panelových z tzv. keramzitbetonu, ale reálná efektivita výroby byla nízká. Objemové hmotnosti kameniv byly vysoké, pouze 10 % produkce bylo pod 400 kg/m3.
První objekty z lehkého vyztuženého betonu byly postaveny ve Velké Británii v roce 1958. Dalším mezníkem v historii je vývoj lehkého vysokopevnostního betonu, který probíhal zejména v Norsku. Impulsem pro tento vývoj byla rozsáhlá výstavba mostních konstrukcí, přímořských konstrukcí a plovoucích plošin.
Suroviny pro výrobu lehkého kameniva
Suroviny pro výrobu lehkého kameniva jsou přírodního původu (jíly, břidlice, lupky) i na bázi vedlejších průmyslových produktů (polétavý a ložový popílek, vysokopecní struska). Používá se i syntetické organické kamenivo. Dříve se používalo přírodní kamenivo většinou sopečného původu (pemza, škvára, tuf atd.). Tato kameniva byla používána jako jemné i hrubé kamenivo do betonu a malt. Přírodní kameniva jsou známa jako aktivní pucolánový materiál v případě použití jako jemné kamenivo (filer). V Malajsii, Indonésii a Nigérii používají jako přírodní kamenivo zemědělské odpady. Umělá kameniva lze vyrábět i bez tepelného zpracování, např. za studena sbalkovaná popílková kameniva (Aardelit v Holandsku).
Struktura a vlastnosti lehkých betonů
Hutné lehké betony se používají obdobně jako obyčejné betony. Pouze se svým zatříděním liší svou objemovou hmotností, která je definována do 2 000 kg/m3. Lehké betony se navrhují podle stejných pravidel, zohledňují se ale samozřejmě rozdílné vlastnosti (např. Pro navrhování konstrukcí z mezerovitých lehkých betonů platí odlišná pravidla hlavně v použití pro vyztužené betony. Již zaniklá norma ČSN 73 2402 (Provádění a kontrola konstrukcí z lehkého betonu z umělého pórovitého kameniva) klasifikovala lehké mezerovité betony (označení MLB). Tato norma od roku 2004 neplatí a v současné době neexistuje norma, která by zahrnovala lehké mezerovité betony. Pro tento účel lze použít normu ČSN EN 1520 (Prefabrikované vyztužené dílce z mezerovitého betonu z pórovitého kameniva), která velmi dobře klasifikuje lehký mezerovitý beton a jeho základní vlastnosti.
Lehké betony jsou využitelné v oblasti monolitických konstrukcí pozemních, občanských a dopravních staveb, stejně tak i pro výrobu prefabrikovaných dílců pro stejné určení. Lehké betony lze použít jako prosté, vyztužené i předpjaté.
Vlastnosti kameniva
Vlastnost povrchu lehkého kameniva ovlivňuje volbu výběru ostatních vstupních surovin a technologického postupu výroby. Některé typy lehkých kameniv (expandované jíly, břidlice) mají zřetelné rozdíly mezi hutností vnější slupky a pórovitým vnitřkem zrna. Např. u popílkového kameniva nebo kameniva na bázi expandovaného skla není žádný odlišný rozdíl v celé struktuře zrna kameniva.
Důležité jsou fyzikálně-mechanické vlastnosti lehkého kameniva, zejména objemová hmotnost, pevnost a nasákavost, které se u jednotlivých druhů lehkých pórovitých kameniv mohou lišit. Distribuce zrn a maximální zrno lehkého kameniva jsou při výrobě lehkého betonu rozhodující. Doporučená maximální velikost zrna je limitována požadavky na pevnost betonu, větší zrna lehkého kameniva mají sklon snižovat pevnost a inklinují k segregaci způsobené rozdílnou objemovou hmotností jednotlivých složek. Stejně jako u přírodního kameniva měrný povrch lehkého kameniva ovlivní zpracovatelnost v čase, a to zejména v případě, kdy tvar povrchu představuje otevřenou pórovou strukturu. Pevnost lehkého kameniva je spíše nízká a je potvrzeno, že jako primární faktor omezuje možnosti dosažení horní meze pevnosti LC.
Vliv vody a vlhkosti
U lehkých kameniv obecně je vliv vody na hmotnostní vlhkost podstatně větší než u hutných kameniv. Rovněž rozptyl výrobních tolerancí některých vlastností lehkého kameniva, i když jsou menší než normami povolené, způsobuje nerovnoměrnost sypné a objemové hmotnosti zrna. Z toho vyplývá, že při dávkování lehkého kameniva je nutná častější kontrola vlhkosti, sypné a objemové hmotnosti kameniva. Lehká kameniva mohou mít na rozdíl od hutných kameniv podstatnou vnitřní vlhkost. Má však vliv na celkovou vlhkost betonu, dobu vysychání, další nasákavost kameniva při míchání a dopravě betonu, čerpatelnost lehkého betonu atd.
Vyšší nasákavost lehkých kameniv ve srovnání s obyčejným hutným kamenivem je nutno zohlednit při návrhu dávek vody. Záměsová voda při míchání lehkého betonu z pórovitého nasákavého kameniva sestává z vody přídavné a vody účinné. Přídavná voda je voda, která se sice přidává do čerstvého betonu, ale která se vsákne do lehkého kameniva během míchání a neúčastní se bezprostředně na tvorbě cementového tmele. Přídavná voda se tedy nezapočítává do vodního součinitele.
Je nutné si uvědomit, že díky nasákavosti lehkého kameniva lehký beton vyžaduje větší množství vody. Při použití suchého lehkého kameniva se musí dodat přídavná voda potřebná pro jeho nasáknutí. Přídavná voda by se měla stanovit na základě skutečné vlhkosti a nasákavosti použitého lehkého kameniva a času nezbytného pro míchání, dopravu a uložení betonu.
Předvlhčení kameniva
Nasákavost lehkého kameniva a hlavně nasákavost lehkého kameniva pod tlakem je možno omezit nebo eliminovat předvlhčením kameniva. Předvlhčení je možné provést postřikem na skládce, zkrápěním na páse během dopravy do zásobníků nebo přímo v míchačce na začátku procesu míchání, kdy se změní postup dávkování složek a prodlouží doba míchání pouze směsi lehkého kameniva a části dávkované vody. Vodu, která se použije na předvlhčení kameniva a ještě před vstupem do míchačky se do kameniva vsákne tak, že neulpívá na povrchu jako povrchová voda, můžeme nazývat předmáčecí vodou. Tato voda se rovněž nezahrnuje do výpočtu vodního součinitele ani se s ní nepracuje při návrhu betonu.
Dávkování kameniva
Různá objemová hmotnost zrn různých frakcí se projeví při podrobném sledování křivek zrnitosti kameniva. Tento vliv je ještě výraznější při kombinaci lehkého a hutného kameniva. Křivka zrnitosti kameniva v betonu je totiž obvykle sestavována podle hmotnostního podílu zrn dílčích frakcí kameniva. Zrna lehkého kameniva větších frakcí (i v rozmezí jedné frakce) mají však menší objemovou hmotnost než zrna drobných frakcí a celkově mají zrna lehkého kameniva výrazně nižší objemovou hmotnost než zrna hutného kameniva.
Tím vzniká určitý rozdíl mezi objemovým podílem, který různá zrna v betonu skutečně zaujímají, a jejich hmotnostním podílem. Při ověřování vhodnosti objemového či hmotnostního dávkování bylo zjištěno, že při hmotnostním dávkování lehkého kameniva nejsou jednotlivé receptury reprodukovatelné při požadavku, aby se dosáhlo požadovaných již jednou ověřených vlastností včetně zpracovatelnosti konkrétní receptury.
Pokud se pro míchání čerstvého betonu použije předvlhčené kamenivo, postup dávkování surovin do míchačky je shodný s normálními betony. Použije-li se suché lehké kamenivo, nejdříve se nechají delší dobu (min. 5 min) promísit jednotlivé frakce kameniva s přídavnou vodou. Doprava na stavbu pomocí domíchávačů a jejich ukládání pomocí košů a žlabů probíhá za stejných podmínek jako u normálních betonů.
tags: #jak #plavou #betonové #lodě
