Technologie povrchové úpravy vláken do betonu

Vlákna se stávají stále populárnější volbou pro výztuž betonu, a to díky svým jedinečným vlastnostem a výhodám. Používají se pro zlepšení mechanických vlastností betonu, zvýšení jeho odolnosti a prodloužení životnosti konstrukcí.

Typy vláken a jejich vlastnosti

Skelná vlákna

Výztužná skleněná vlákna mají přibližně stejnou objemovou hmotnost jako beton, a proto neklesají ve směsi ke dnu, ani nevyplavávají k povrchu. Umožňují velmi homogenní rozptýlení pramenů v objemu betonu.

Alkalivzdornost skelných vláken

Hmoty na cementové bázi kladou požadavek na skleněné vlákno, a tím je odolnost proti silně alkalickému prostředí (pH 12 až 14). Koncem 60. let bylo ve Velké Británii vyvinuto alkalivzdorné skleněné vlákno Cem-FIL tzv. zirkoničitého typu. Běžné skleněné vlákno typu E (eutalové), se kterým se můžete setkat i na našem trhu, je v prostředí cementové matrice rychle napadáno a velmi rychle zcela ztrácí výztužnou schopnost. Kromě složení skloviny má pro alkalivzdornost velký význam i lubrikace vláken. Speciální lubrikace Cem-FIL druhé generace problém alkalivzdornosti prakticky vyřešily.

Mechanické vlastnosti skelných vláken

Díky svým výjimečným mechanickým vlastnostem, nízké měrné hmotnosti (2,6 g/cm³) a odolnosti vůči chemikáliím a teplotám (až 400 °C) jsou skelná vlákna ideální náhradou kovů, jako jsou hliníkové slitiny. Skleněná vlákna E-Glass s povrchovými úpravami FK144 a FE800 představují špičkové řešení pro epoxidové kompozity, zejména v leteckém průmyslu. Skelná vlákna se ve světě vyrábějí především ze skloviny označované jako sklo typu E. Základem E skla je soustava oxidů SiO2.Al2O3.CaO. MgO.B2O3.

Technologie výroby skelných vláken

Dříve se vlákna vyráběla dvoustupňově, nejprve se ze sklářského kmenu vytvořily tavením při teplotě 1550 °C kuličky o průměru 10-20 mm, které se dále tavily v platinových kelímcích, ze kterých se vytahovalo vlákno. Nověji jsou v provozu kontinuální technologie.

Čtěte také: Tipy pro povrchovou úpravu OSB podlah

• Tažení kontinuálního skleněného vlákna: Roztavená sklovina o teplotě až 1560 °C protéká přes platinoiridiové perforované destičky. Vzniklá monovlákna rychle chladnou a je na ně ihned nanášena povrchová lubrikace, která je spojuje do pramenů a je rozhodující pro další použití vláken. Technologie výroby kontinuálních vláken umožňuje zajistit i zdravotní bezpečnost výrobku. Kritérium karcinogenity pro vlákna stanovuje jako kritický průměr vláken do 3 µm.

Polypropylenová vlákna

Polypropylenové vlákno je syntetické vlákno vyrobené z polypropylenu, což je typ termoplastického polymeru. Vyznačuje se velkou chemickou odolností vůči mnoha běžným rozpouštědlům. PP vlákno má nízkou schopnost zpětného získávání vlhkosti, což z něj činí dobrou volbu pro vodotěsné projekty.

FIBREXCRETE je lubrifikované polypropylénové vlákno o délkách 4, 8 a 12 mm. V maltách a betonech tvoří mikroarmaturu zabraňující tvorbě smršťovacích trhlin. Polypropylénová vlákna s povrchovou úpravou (lubrifikací) se přidávají do čerstvé betonové směsi. Díky speciální úpravě povrchu se snadno a rovnoměrně rozmísí i v běžných mísících zařízeních (spádové míchačky na stavbách, cyklónové míchačky v betonárnách, autodomíchávače). V běžné dávce 0,75 až 0,9 kg/m3 je obsaženo více než 200 milionů vláken. Receptury směsí není nutno upravovat, protože vlákna prakticky neovlivňují pevnosti malt a betonů v tlaku a tahu, a nehodí se tedy pro zvyšování výsledných pevností. Nemění se ani požadavky na velikosti dilatačních celků.

Předmětem projektu je implementace technologie povrchové úpravy PP vláken nízkoteplotním plazmatem do provozu firmy KrampeHarex spol. s r. o. Očekávaný přínos spočívá v náhradě či optimalizaci stávající technologie založené na povrchové úpravě PP vláken chemickou cestou, tj. lubrikací. Při úspěšném řešení problému s úpravou povrchu PP vláken technologií plazmatu by tak technologie výroby vláken ve firmě KrampeHarex spol. s r.o. byla ekologičtější a také ekonomičtější, kdy by byl odstraněn nebo omezen výrobní krok lubrikace vláken.

Ocelová vlákna

Ocelová vlákna jsou vyrobena z ocelové slitiny a jsou často používána pro zpevnění betonu. Mají vysokou pevnost a schopnost odolávat tahovým silám.

Basaltová vlákna

Basaltová vlákna jsou vyrobena z bazaltové horniny a jsou známá svou vysokou odolností proti teplotním vlivům a chemické korozi.

Čtěte také: DTD desky s CPL

Použití vláken v betonu

Hlavní aplikace skelných vláken

• Tenkostěnné prefabrikáty ze sklocementu (deskové i prostorové)
• Samonivelační stěrky
• Betonové podlahy
• Výztuž potěrů

Výhody použití skelných vláken

Použití skelných vláken v betonu přináší řadu výhod:

• Zamezení vzniku smršťovacích trhlin v první fázi tuhnutí betonu
• Zvýšení pevnosti betonu po vytvoření trhliny
• Zvýšení houževnatosti betonu
• Zvýšení odolnosti proti nárazu a únavě

Alternativa ke kovovým výztužím: Vertex Grid od Saint-Gobain ADFORS

Společnost Saint-Gobain ADFORS CZ uvedla na evropský trh výztužnou mříž s obchodním označením Vertex Grid. Její aplikace v potěru zamezuje tvorbě prasklin během jeho vysychání, čímž zvyšuje jeho životnost. Oproti tradičním výztužným stavebním prvkům je mříž lehká, snadno se s ní manipuluje a má lepší výsledky. Saint-Gobain ADFORS je jediným výrobcem skelných vláken v České republice. Pod názvem Vertex Grid představil sklovláknitou mříž, která se klade jako výztužný materiál do potěru při jeho aplikaci.

Výhody Vertex Grid

• Minerální mřížová tkanina se řeže jednoduše nožem nebo stříhá pomocí nůžek. Není potřeba rozbrušovačky, jako je tomu v případě kovové svařované výztuže.
• Manipulace je snazší. Skelná vlákna jsou lehká a mříž tak váží téměř desetkrát méně než železná výztuž. Není tak rozměrná, takže při pokládání nedochází k nechtěnému poškození rámů oken a dveří.

Výrobce má nezávislou certifikaci, že řešení ve formě mříže ze skelných vláken je plně srovnatelné s železem. Mechanické vlastnosti sklovláknité výztuže zajistí stabilitu potěru i po jeho počátečním prasknutí.

Výběr vhodných vláken do betonu

Při stavbě betonových konstrukcí je důležité zvolit správný typ vláken, která pomáhají posílit beton a zlepšit jeho vlastnosti. Při výběru vhodného typu vláken do betonu je důležité zvážit požadované vlastnosti betonové konstrukce a její prostředí.

Vliv rozptýlených vláken na způsob porušení textilního betonu

Recenzovaný článek pojednává o možnostech kombinace vláknobetonu s textilním betonem, kde je sledován a porovnáván zejména rozdíl ve způsobu porušení vzorků textilního betonu vlivem přidané rozptýlené vlákenné výztuže. Jako vlákna zde byly použity čtyři běžně dostupné materiálové varianty s očekávaným různě výrazným vlivem na porušení, a to vlákna polypropylenová, ocelová mikrovlákna, polyvinylalkoholová a strukturální polypropylenové vlákno. Množství vláken bylo nejprve optimalizováno pro největší mechanický účinek a zároveň dobrou zpracovatelnost směsi.

Čtěte také: Informace o úpravě povrchu dřevovláknité izolace

Textilní beton (TRC z anglického textile-reinforced concrete) je materiál vytvořený kombinací nejčastěji jemnozrnného vysokohodnotného betonu (HPC z anglického high-performance concrete) vyztuženého několika vrstvami technických textilií. Jako textilní výztuže se využívá materiálů s lepší mechanickými vlastnostmi v tahu, například uhlík, čedič, sklo, aramid, kevlar apod. Využívají se často pleteniny impregnované a stabilizované epoxidovou či polyesterovou pryskyřicí či jinými podobnými materiály, a to kvůli lepším užitným vlastnostem homogenizovaného materiálu a kvůli technologii betonáže - umístění výztuže v průřezu betonu. Nevýhodou impregnace je následné křehké porušení vzorku, kde právě rozptýlená vlákna by mohla mít vliv na duktilní chování vzorku.

Textilní výztuž použitá při těchto experimentech byla tedy právě impregnována a stabilizována epoxidovou pryskyřicí. Pro experimenty byla vybrána uhlíková tkanina bez impregnace, která je běžně dostupná na trhu a následně byla v laboratoři síť impregnována a opatřena povrchovou úpravou z jemnozrnného křemičitého písku. Pro výrobu vzorků byla použita vlastní dříve vyvinutá referenční receptura HPC. Všechny tyto použité materiály jsou mechanicky odolné, chemicky odolné a nepodléhají korozi, což přináší další výhody. Prvky z takového materiálu mohou být výrazně subtilnější v porovnání s tradičním železobetonem.

Cílem tohoto článku je ověření potenciálu kombinace rozptýlené vlákenné výztuže s uhlíkovou textilní výztuží impregnovanou epoxidovou pryskyřicí. Vlákenná výztuž ve čtyřech dostupných variantách byla nejprve optimalizována, a to co se týče množství vláken v referenční směsi HPC s cílem maximálního mechanického účinku vláken v návaznosti na zachování dobré zpracovatelnost primárně samozhutnitelné směsi. Po provedení této optimalizace porovnáním různých množství vláken stanovených pomocí technických listů výrobců byl HPC s rozptýlenými vlákny aplikován do vzorků společně s předem připravenou uhlíkovou textilní výztuží. Následně po vyzrání vzorků byla provedena zatěžovací mechanická zkouška čtyřbodovým ohybem, přičemž byl sledován právě vliv vlákenné rozptýlené výztuže na způsob porušení vzorků textilního betonu. Výsledky byly vyhodnoceny ve smyslu porovnání vzorků vyztužených pouze uhlíkovou textilií, vůči vzorkům s rozptýlenou vlákennou výztuží, ale také ve smyslu vzájemného porovnání vlivu jednotlivých typů použitých vláken.

Směs HPC použitá pro betonáž je podobná se směsí použitou v předchozích experimentech pro lepší možnost vzájemného porovnání výsledků s drobnými modifikacemi v množstvích komponent. Tato byla autory vyvinuta a dále optimalizována na ČVUT v Praze. Je autory používána pravidelně s drobnými změnami pro vývoj alternativních výztuží. Receptura směsi HPC je prezentována níže v Tab. 1. Jedná se o směs jemnozrnného samozhutnitelného HPC. Pevnost v tahu za ohybu prostého betonu byla stanovena na 14,9 MPa na hranolech s rozměry 40 × 40 × 160 mm se vzdáleností podpor 100 mm dle ČSN EN 12390-5.

Jako textilní výztuž byla použita karbonová rohož od české firmy Frisiverto s roztečí rovingů 10 × 15 mm. Síť má rozdílné parametry v obou směrech. Podélný nosný směr (rozteč 10 mm) je opletený, z uhlíkového rovingu síly 8K s běžnou hustotou 1,78 g/cm3. Příčný směr je z uhlíkového rovingu síly 12K. Odlišnou orientací ve vzorcích je tak dosaženo rozdílné plochy výztuže ve vzorcích, průřez slabě a silně vyztužen.

Optimalizace vzorků byla provedena na vzorcích hranolů velikosti 40 × 40 × 160 mm stanovením pevnosti v tahu za ohybu betonu byla se vzdáleností dolních podpor 100 mm dle ČSN EN 12390-5 se sledováním pracovního diagramu. Navržené koncentrace vláken byly přibližně v rozptylu hodnot doporučených výrobcem v technickém listu.

Rozměry všech vzorků byly stanoveny na 360 × 150 × 40 mm. Tloušťka reprezentuje možnosti textilního betonu a zároveň umožňuje aplikaci rozptýlené výztuže mezi dvě vrstvy textilní výztuže. Zkušební vzorky byly v každé sadě v minimálním množství po třech kusech. Uhlíková textilie byla do vzorků použita vždy ve 2 variantách závisle na aplikované orientaci sítě. Bylo využito menší množství výztuže v příčném směru, kde je simulováno slabé vyztužení s předpokladem porušení ohybem - přetržením výztuže. Dále byla aplikována větší průřezová plocha výztuže v podélném směru s předpokladem porušení kombinovaného, ohybem a zejména smykem.

Je důležité uvést, že krycí vrstva u spodního povrchu byla vždy provedena z prostého betonu jednak kvůli pohledovosti, ale zejména kvůli problémům s řádným probetonováním vlivem omezených otvorů ve výztuži cca 7 × 12 mm a minimální tlouště krytí výztuže, která činí přibližně 5 mm. Vzhledem k rozměrům vláken by nemohlo dojít k řádnému probetonování a k požadované poloze textilní výztuže ve vzorku. Všechny vzorky byly zatěžovány čtyřbodovým ohybem se vzdáleností podpor 300 mm a se vzdáleností zatěžovacích podpor 100 mm. Zatěžovací destruktivní zkouška byla provedena po 28 dnech zrání vzorků ve vodní lázni. Rychlost zatěžování byla řízena konstantním posunem 2,0 mm/min příčníku zkušebního zařízení pro všechny vzorky.

Výsledky experimentů

U prvků slabě vyztužených uhlíkovou textilní výztuží s očekávaným porušením přetržením textilní výztuže v namáhání ohybem v kombinaci s vlákennou výztuží bylo dosaženo drobné zlepšených mechanických vlastností, ovšem výrazněji pozorovatelný zde byl pozitivní vliv rozptýlených vláken na omezení otevírání trhlin. Náhlý pokles síly u vzorků značí vždy iniciaci a otevření trhliny. Čím výraznější pokles je, tím větší je šířka trhliny nutná pro aktivaci výztuže. Referenční vzorek má průběh křivky při rozvoji a otevírání trhlin pod úrovní ostatních vzorků s vlákennou výztuží. I z vizuálního pozorování vzorků z průběhu zatížení lze konstatovat, že rozptýlená vlákna mají pozitivní vliv na rozvoj a otevírání trhlin. Na vzorcích se tvoří větší množství méně otevřených trhlin v porovnání s referenčním vzorkem bez vláken.

U vzorků silně vyztužených textilní výztuží s rozptýlenými vlákny v cementové matrici s předpokládaným porušením smykem došlo k výraznějšímu efektu spolupůsobení uhlíkové textilie a vláken. Ani jeden z prvků s vlákennou výztuží nezačal ztrácet únosnost dříve než referenční vzorek vyztužený pouze uhlíkovou textilií. Co se týká maximální velikosti síly, vlákna MF 230 ji mají prakticky totožnou s referenčním vzorkem bez vláken, na druhou stranu ale zřejmě i díky délce vláken vzorky prokázaly největší míru duktility. Nejdůležitějším poznatkem u všech vzorků s vlákny ale je, že maximální hodnota zatížení v porovnání s referencí většinou narůstá a výrazně také narůstá posun, tedy průhyb vzorku, kdy se podařilo úplný kolaps vzorku výrazně oddálit. Změnil se také způsob porušení vzorků, kde při velkých hodnotách zatížení a deformací se trhlina výrazně otevírala nejprve podél uhlíkové výztuže, k otevření klasické šikmé smykové trhliny došlo až po kolapsu vzorku vlivem ztráty soudržnosti výztuže, tedy kotvení. Vlákna zde zcela naplnila funkci smykové výztuže. Opět největší vliv měla očekávaně vzhledem k jejich mechanickým parametrům ocelová mikrovlákna MasterFiber 482 a polyvinylalkoholová vlákna MasterFiber 401.

Sanace povrchu železobetonových konstrukcí

Předúprava povrchů

Smyslem předúpravy povrchů je odstranění narušených, zkarbonatovaných nebo agresivními médii kontaminovaných povrchových vrstev betonu a současně s tím i vytvoření hutného, únosného betonového podkladu pro nanášení správkových reprofilačních hmot. Veškeré poškozené betony musí být obnaženy až na tzv. "zdravé jádro", tj. povrch, vykazujícím pevnost 1,5 MPa v prostém tahu. Zároveň musí být odbourán i trhlinami rozrušený, jinak zdánlivě pevný beton (za trhlinu se považuje porucha širší nežli 0,1 mm v agresivním prostředí dle ČSN 73 1215, 0,2 mm v prostředí vlhkém a neagresivním a 0,3 mm v prostředí suchém), stejně jako úlomky či odfouknuté nebo trhlinkami rozrušené části nad zkorodovanou výztuží. Ta musí být šramováním obnažena a očištěna od koroze. Veškerý opravovaný povrch musí být před aplikací sanačních materiálů důkladně tryskán vysokotlakým vodním paprskem o tlaku 1000 - 2800 Bar (dle potřeby) a to tak, aby se dosáhlo odstranění všech povrchových nečistot a volných částí. Při přípravě podkladu pro sanační zásah jsou důležité styčníky jednotlivých konstrukčních prvků skeletu, kterým je nutné věnovat zvýšenou pozornost při obnažování a současně při volbě sanační technologie jejich ošetření.

Ověřování kvality podkladu

Kvalita podkladu se prověřuje zkouškou povrchových vrstev v tahu. Průměrná hodnota pevnosti v tahu povrchových vrstev se podle typu použitého sanačního systému musí pohybovat v intervalu od 1,0 do 1,5 MPa. Jednotlivé hodnoty přitom musí být větší než 0,6 MPa. Obnažené plochy budou při menších rozsazích zkoušeny i povrchovým tvrdoměrem pevnosti v tlaku, přičemž se pevnosti v tahu odvodí z pevnosti v tlaku jako 1/30 pevnosti v tlaku, určené na základě měření Schmidtovým tvrdoměrem dle ČSN 73 1373. S nanášením následných reprofilačních vrstev lze započít teprve s výslovným souhlasem objednatele.

Obnova, úprava a ošetření ocelových výztuží

Odhalená ocelová výztuž, nesplňující pevnostní požadavky, bude odřezána a nahrazena novou, při zachování původních vlastností a průměrů. Napojení bude provedeno navařením nebo drátovým spojením, dle daného účelu. Veškerá obnažená výztuž, ošetřená přetvařečem rzi, musí být navíc ještě opatřena vhodným ochranným nátěrem na bázi speciálních cementů s aditivy (bez chloridů, azbestu či jiných minerálních vláken). Doporučená báze materiálů musí být kompaktibilní s následnými materiály, použitými pro reprofilace.

Reprofilace

Vybouraný či scházející beton bude po provedení předchozího postupu nahrazen vysoce kvalitní betonovou směsí, u lokálních a hrubších reprofilací nanášenou ručně nebo u větších ploch nanášených technologií stříkáním, které se po mírném zavadnutí ručně začistí na požadovanou kvalitu povrchu. Minimální krycí vrstva nad obnaženou rozdělovací a jakoukoliv jinou výztuží musí bezpodmínečně splňovat požadavky příslušných norem.

Povrchová úprava (sekundární ochrana povrchu betonu)

Na připravené, začištěné plochy budou v rámci kompletnosti celého systému aplikovány závěrečné stěrky a nátěry, přičemž jednotlivé druhy sekundární ochrany budou nanášeny v závislosti na co nejefektivnějším účinku při minimalizaci cenových nákladů. Každá betonová konstrukce vyžaduje, vzhledem ke svému účelu, jiný typ sekundární ochrany.

Zpracovatelnost hmot

Pro provedení sanací bude systematicky vybrán pouze kompletní systém ochrany ŽB konstrukcí inženýrských staveb, splňující nejvyšší požadavky, kladené na certifikovaný, mnohokrát realizovaný a vyzkoušený komplexní systém sanace. V době zpracování těchto směsí se nesmí teplotní minima a maxima pohybovat v jiném rozsahu, než +5 až +30 stupňů C. Z tohoto důvodu musí být v průběhu prací pečlivě sledována teplota přímo na místě aplikace a její hodnoty být ve dvouhodinových intervalech zaznamenány ve stavebním deníku. V případě poklesu teplot vzduchu nebo podkladního betonu pod +5 stupňů C je nutné provádět na sanovaných plochách po dobu alespoň tří dnů zateplovací opatření, zajišťující optimální vyzrávání směsí. V době, kdy teplota konstrukce převyšuje doporučenou aplikační teplotu, budou naopak konstrukce předem ochlazeny a budou provedena dostatečná opatření proti nadměrnému vysychání a prohřátí nanesených vrstev dostatečným stíněním a eventuálně i chlazení - kropením.

Kontrola prací

Rozsah kontroly určuje objednatel a je součástí TP a je součástí smlouvy o dílo. Kromě kontrolních zkoušek objednatele je povinen provádět kontrolní zkoušky i zhotovitel dle vlastního systému kontroly jakosti, která je předmětem nabídky zhotovitele.

Zhotovitel musí zaznamenávat do stavebního deníku minimálně tyto skutečnosti:

• počátek a konec jednotlivých technologických operací
• klimatické poměry, teplotu a vlhkost vzduchu, teplotu zpracovávaných látek, povrchovou teplotu opravované konstrukce, přijatá opatření v případě nepříznivých klimatických podmínek
• přesnou specifikaci používaných správkových hmot
• seznam vyráběných zkušebních těles

tags: #povrchova #uprava #vlaken #do #betonu #technologie

Oblíbené příspěvky:

• Zdění na dřevěné podlaze: Průvodce krok za krokem
• Tipy pro výběr zátkovníků a sukovníků
• Energeticky úsporná výstavba s JRD
• Jak správně izolovat anhydrit
• Vytvořte si wellness s kolekcí SIKO Bamboo