Betónové rúry hrajú dôležitú úlohu v modernom stavebníctve, pričom ich využitie sa neobmedzuje len na kanalizačné systémy. Súčasné technológie umožňujú ich efektívne použitie aj pri stavbe mostov a iných náročných konštrukcií.
Možnosti využitia betónových rúr pri mostných konštrukciách
Časti, ktoré ovplyvňujú stavby, ako kryty vo vnútri dávajú vyhĺbeným priestorom, priechodom a kanálom betónových častí ich vlastný charakter. Použitím týchto výrobkov zvýšite zaťažiteľnosť stavieb a znížite ich hmotnosť, predovšetkým pri mostoch. Pilótové základy realizujte hospodárne použitím prázdnych rúr do montáže. Vyhĺbené rúry HYDRA ponúkajú výhodné a technicky optimálne riešenie všade tam, kde sú plánované betónové vyhĺbenia: pri priechodoch pre rozvodné potrubie alebo pri transportéroch, na zakotvenie strojovo, na transport alebo kotevné skrutky v prefabrikátoch alebo pri základových debneniach.
Vyhĺbené rúry HYDRA sa vyrábajú podľa potreby z materiálov, ako je čistá oceľ, pozinkované v ohni, lakované alebo ušľachtilá oceľ. Puzdrové rúry sú určené pre komplikované fasády a oporné piliere. Puzdrové rúry sú výhodné v úspore a logistike, pretože šetria čas a náklady. Puzdrové rúry vďaka zjednotenému tvarovaniu zjednodušia dokonalé zlisovanie dutých prvkov medzi predpínacou oceľou a puzdrovou stenou rúry so zalisovanou maltou. Oceľové stratené debnenie ponúka množstvo variantov a vyhotovení. Pri klasických vlnkovaných profiloch z plného plechu, ktorý sa využíva ako základné puzdro sa často zjednocuje táto profilová forma vo vyhotovení dierovaného plechu pri zakotvení strojov. Keď je požadovaná pevnosť a hĺbka profilu, používajú sa vyhotovenia s lichobežníkovým profilom. Pre väčší priestor vyhĺbenia ponúkame možnosť dodania skladacieho puzdra alebo lichobežníkového puzdra na stavbu.
Vláknobetón ako vylepšený materiál pre rúrkové a mostné prvky
Termínom vláknobetón sa označuje taký betónový materiál, pri výrobe ktorého sa okrem tradičných komponentov používajú aj vlákna z rôznych materiálov. Najčastejšie sa používajú oceľové, sklenené, syntetické (napr. polypropylénové, polyetylénové, polyvinylalkoholové) a uhlíkové, ale tiež vlákna z prírodných materiálov.
Vlákna pridané do betónu zlepšujú vlastnosti stvrdnutého kompozitu. Zvyšujú životnosť a bezpečnosť konštrukcie. Prinášajú ekonomické úspory vďaka zjednodušeniu technológie realizovanej konštrukcie. Bežný betón je krehký materiál a má malé pretvárajúce schopnosti. Úlohou náhodne orientovaných, jednotlivých nesúvislých vlákien je obmedziť trhliny vyvíjajúce sa v betóne, ak je vystavený zaťaženiu alebo zmenám okolitého prostredia.
Ak sú vlákna dostatočne pevné, správne spolupôsobia s betónom a vyskytujú sa v dostatočnom množstve, pomôžu udržať malú šírku trhlín a umožnia, aby vláknobetón po vzniku trhlín preniesol podstatne vyššie napätie pri relatívne nižšom pretvorení. Preto sa pri kompozitných materiáloch stretávame s pojmom duktilita po vzniku trhlín, úzko súvisiacim s pojmom húževnatosť. Pri bežne používanom množstve vlákien (väčšinou menej ako 1 %) sa pevnosť betónu významne nezvýši. Vlákna takisto nemôžu kompenzovať prípadné nedostatky v zložení betónovej zmesi alebo problémy vzniknuté pri ošetrovaní betónu. Vzhľadom na to, že vlákna sú pomerne drahé, treba najprv zvážiť, či by nebolo lepšie tieto náklady investovať do prídavnej výstuže, kvalitnejšieho betónu, alebo kvalitnejšieho spôsobu ošetrovania.
Aplikácie vláknobetónu pri mostoch
Vláknobetón sa s výhodou používa aj pri konštrukciách mostných ríms (celomonolitické rímsy a rímsy kombinované s lícnym dielcom, prípadne aj s obrubníkom a vnútornou monolitickou časťou). Betónový diel záchytného systému pre vozidlá (betónové zvodidlo) s dĺžkou 4 m sa v hlave spája oceľovou tyčou, ktorá sa sponkuje nad stykmi jednotlivých dielov. Návrh betónového zvodidla z vláknobetónu sa v prvej etape sústredil na navrhnutie betónovej zmesi na výrobu týchto dielov podľa požiadavky Technických kvalitatívnych podmienok pre betónové konštrukcie na stavbách pozemných komunikácií.
Predpokladalo sa, že betónové diely zvodidla z vláknobetónu sa v hlave vystužia spojovacou oceľovou tyčou, ktorá splní záchytnú funkciu zvodidla. Aby sa spojovacia tyč ochránila pred vytrhnutím pri náraze, treba zachytiť spojovaciu tyč sponkami aj vo vláknobetóne. Výhody použitia vláknobetónu v mostných rímsach: eliminácia vzniku a rozvoja trhlín spôsobených objemovými zmenami, zachovanie estetických požiadaviek pri pohľade na mostnú rímsu, zvýšenie súdržnosti kotiev rímsových prvkov, zabránenie korózii príchytných prvkov a predchádzanie vytrhnutiu kotiev.
Ďalším problémom tohto konštrukčného prvku je vznik trhlín a porušenie prvku pri transporte a následné nebezpečenstvo pádu časti prvku po osadení. Po zvážení všetkých požiadaviek sa ako najvhodnejší materiál určil vláknobetón so syntetickými vláknami. Pripravila sa receptúra na prevádzkové skúšky, ktorá počíta s jedným percentom polypropylénových vlákien, a v rámci prevádzky sa vyskúšala výroba mostného rímsového prefabrikátu. Vyskúšaný vláknobetónový materiál s jednopercentným obsahom polypropylénových vlákien umožní vyrábať subtílnejšie konštrukcie bez poškodzovania rímsového prefabrikátu pri doprave a osadzovaní prvku.
Vláknobetón pre kanalizačné a iné rúrkové prvky
Vláknobetón možno použiť aj pri výrobe kanalizačných rúr. Pri vhodnej voľbe vlákien a úprave technológie môžu byť kanalizačné rúry s vláknobetónom príkladom zlepšenia úžitkových vlastností. Skúsenosti získané pri výrobe ostatných prvkov umožnili jasne formulovať zámer využitia vláknobetónu pri výrobe rúr, zjednodušili a skrátili prípravu skúšok a okrem toho optimalizovali výber vhodných vlákien a ich hmotnostnú koncentráciu pri výrobe vláknobetónu na betónové rúry.
Najčastejšie sa vyskytujú rúry s priemerom 600 mm a dĺžkou 2,5 m. Aplikácia vláknobetónu sa priamo ponúka, ak treba zjednodušiť výrobu a odstrániť armokoše pri tzv. vystužených rúrach alebo ak treba vylúčiť, aby sa rúry vyrábané bez armokošov náhle rozlomili v dôsledku ich okamžitého krátkodobého preťaženia alebo nárazu. Technologický proces zahŕňal prípravu technológie výroby rúr (výber vhodných vlákien, vykonávanie preukazných skúšok, preukaz vhodnosti existujúceho strojného zariadenia) a ich skúšky vykonané v skúšobni. Niektoré typy deštruktívnych preukazných skúšok sa vykonali v Experimentálnom centre Stavebnej fakulty ČVUT v Prahe.
Výpočtová simulácia potvrdila potrebné pevnostné charakteristiky vláknobetónu a mnohé preukazné skúšky zasa možnosť použitia vytypovaných vlákien i strojného zariadenia výrobne pri produkcii čerstvého homogénneho vláknobetónu. Vďaka prechodu od bežného betónu k vláknobetónu možno optimalizovať výrobu niektorých prefabrikovaných prvkov, čo sa týka aj výberu vhodného typu vláknobetónu, úpravy tvaru a hrúbky prvku aj experimentálneho overenia. Súčasťou procesu je optimalizácia množstva vlákien v prvkoch, aby sa zabezpečilo, že prvok sa neporuší pri preprave a používaní za podmienok kladených na prefabrikát bežného typu a bežnej výstuže.
Proces výberu a implementácie vláknobetónu
V prvých fázach výskumného projektu sa vytipovali prvky vhodné na aplikáciu vláknobetónu a pripravuje sa a skúša poloprevádzková výroba vybraných prvkov. Výber prvkov vyžaduje analýzu, ktorá má zistiť, či je prvok vhodný na aplikáciu vláknobetónu, a analýzu vedúcu k správnemu výberu a návrhu vhodného vláknobetónu pre daný prvok. Preto treba urobiť statický výpočet na bežné zaťaženia aj na medznú únosnosť daného konštrukčného prvku a zistiť, kde sú kritické miesta a ktoré vlastnosti a nedostatky prefabrikovaného prvku možno použitím vláknobetónu zlepšiť. Zároveň treba navrhnúť vhodný vláknobetón s vyhovujúcimi vláknami, ktoré zlepšia vlastnosti vláknobetónu.
Pred zavedením vláknobetónu do výrobného procesu sa naplánuje ekonomická súvaha posudzujúca prínosy vláknobetónu. Úspora v znížení prácnosti nastane pri výrobe prvkov, pri ktorých sa znižuje množstvo klasickej výstuže. Prvky z vláknobetónu môžu byť subtílnejšie, čím sa znížia prepravné náklady a náklady na energeticky náročné materiály, ako sú klasická betonárska výstuž a cement. Pri vytipovaní prvkov na aplikáciu vláknobetónu sa v tejto časti projektu zvolili predovšetkým drobnejšie prefabrikáty, ktoré nie sú vystavené veľkým zaťaženiam, a preto sa navrhujú na minimum plochy výstuže, aby sa zamedzil krehký lom.
Ochrana betónových konštrukcií a mostov
Betónové konštrukcie sú neustále vystavené agresívnym environmentálnym vplyvom, ktoré môžu viesť k ich degradácii. Preto je nevyhnutné zabezpečiť ich účinnú ochranu. Voda môže prirodzene prenikať cez kapilárne pórové štruktúry železobetónu. Oxid uhličitý (CO2) reaguje s hydroxidom vápenatým (Ca(OH)2) v pórovej kvapaline cementovej matrice betónových konštrukcií a usadzuje sa ako uhličitan vápenatý (CaCO3). Chloridy pochádzajú z rozmarovacích solí používaných v zime alebo zo slanej vody v morskom prostredí. Proces zmrazovania a rozmrazovania vytvára v betónovej matrici napätia v dôsledku rozpínania voľnej vody v kapilárnych póroch počas mrazu; to môže mať za následok tvorbu vodného kameňa na povrchu nekvalitného betónu. Betónové prvky ponorené vo vode, ako sú mostné piliere alebo stĺpy, sú neustále vystavené erózii a abrázii svojho povrchu.
Mapelastic Guard Zero je špičková dvojzložková flexibilná cementová malta od renomovanej spoločnosti Mapei, špeciálne navrhnutá na ochranu betónových konštrukcií pred agresívnymi environmentálnymi vplyvmi. Tento produkt je súčasťou línie CO2 Fully Offset, čo znamená, že jeho emisie CO2 sú kompenzované prostredníctvom certifikovaných uhlíkových kreditov, podporujúcich projekty ochrany lesov. Mapelastic Guard Zero sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou voči vode, UV žiareniu, rozmrazovacím soliam, síranom, chloridom a oxidu uhličitému. Vďaka vysokému obsahu kvalitných syntetických živíc si vytvrdnutá vrstva zachováva svoju flexibilitu za všetkých klimatických podmienok. Aplikácia je jednoduchá, či už ručne alebo pomocou omietacieho stroja.
Vlastnosti a výhody Mapelastic Guard Zero: dvojzložková, cementová pružná hydroizolačná membrána; bez obsahu prchavých organických látok (VOC); vysoká pružnosť a trvanlivosť; vynikajúca priľnavosť na betón a iné podklady; odolná proti vode, mrazu a UV žiareniu; chráni betón pred karbonatáciou a chemickými látkami; jednoduchá a rýchla aplikácia; vhodná na aplikáciu na vodorovné aj zvislé povrchy; dlhodobá ochrana betónových konštrukcií; vhodné pre nové aj staré betónové povrchy; zvyšuje odolnosť proti prasklinám a mikrotrhlinám; ekologické riešenie s nízkym vplyvom na životné prostredie; šetrí čas a náklady vďaka rýchlemu schnutiu; zlepšuje vzhľad povrchov vďaka hladkej úprave.
Rekonštrukcia a sanácia mostov: materiály a systémy
Oprava poškodeného betónu je jednou zo základných požiadaviek pri údržbe betónových mostov. Lokálne výtlky alebo celoplošné odlupovanie betónových povrchov sa musí opraviť pomocou odolných materiálov na opravu betónu. Spoločnosť Sika ponúka rozsiahly sortiment dôkladne testovaných a osvedčených opravných materiálov a systémov založených na rôznych technológiách pre každú špecifickú požiadavku a situáciu. Spoločnosť Sika poskytuje plnú podporu majiteľom mostov, architektom, inžinierom a dodávateľom s potrebným technickým poradenstvom a pomocou na zabezpečenie úspešného projektu.
Na zlepšenie vlastností a trvanlivosti železobetónových konštrukcií mostov sú často potrebné dodatočné ochranné systémy, najmä pri rekonštrukciách. Typické systémy ochrany betónu na mostoch možno klasifikovať ako hydrofóbne impregnácie, tesniace impregnácie, povrchové nátery alebo inhibítory korózie. Spoločnosť Sika poskytuje širokú škálu testovaných a osvedčených systémov ochrany betónu založených na rôznych technológiách vrátane hydrofóbnych alebo tesniacich impregnácií, rigidných a elastických povrchových náterov, galvanických anód a povrchovo aplikovaných inhibítorov korózie. Pri neviditeľnej ochrane pohľadového betónu sa spoľahnite na riešenia spoločnosti Sika s nákladovo efektívnymi produktmi, ktoré nespôsobujú žiadne zmeny vzhľadu konštrukcie.
Hydroizolace v koupelně
Mostovky sú neustále vystavené drsným podmienkam prostredia a mechanickému namáhaniu, vďaka čomu sú v priebehu času veľmi náchylné na opotrebovanie. Účinná hydroizolácia je nevyhnutná na ochranu ich štrukturálnej integrity, zabezpečenie trvanlivosti, bezpečnosti a nákladovej efektívnosti údržby. SikaBit® bitúmenové membrány majú vysokú odolnosť proti prerazeniu, trvanlivosť a tepelnú kompatibilitu, vďaka čomu sú vhodné pre systémy vystavené dopravnej prevádzke.
Prefabrykácia a moderné technológie vo výrobe nosných prvkov
Na slovenský trh prichádza nová alternatíva výstavby nosných konštrukcií mostných objektov - technológia výstavby z prefabrikovaných nosníkov vyrábaných priamo na stavbe. Francúzska stavebná skupina COLAS túto technológiu vo svete úspešne využíva už dlhšie obdobie. Výrobná linka umožňuje betonáž nosníkov tvaru I v dĺžke až 50 m s konštantnou výškou 2,75 m. Šírka hornej príruby je variabilná, maximálne do 2,5 m, dolná príruba má konštantnú šírku 0,72 m. Hrúbka steny nosníka je nastaviteľná od 0,22 do 0,55 m. Hmotnosť nosníka s dĺžkou 50 m je 155 t a na jeho výrobu treba 60 m3 betónovej zmesi C45/55.
Betonárska výstuž sa do formovacieho zariadenia vkladá pomocou štyroch armokošov, ktoré sa navzájom spájajú. Nosník má spolu deväť predpínacích káblov s celkovou dĺžkou 400 bm, z toho päť káblov sa predpína v prvej fáze výroby na výrobnej linke a ďalšie štyri sa predpínajú až po uložení nosníka a betonáži mostovky. Pri výrobe nosníkov sa využívajú vopred vyrobené betónové čelá, ktoré umožňujú presné osadenie kotiev predpínacích káblov a súčasne skoré predpínanie. Na kvalitnú betonáž má výrobná linka nainštalovaný systém príložného vibrovania, ktorý zjednodušuje pracovný proces a umožňuje efektívnu a rovnomernú vibráciu. Odformovanie nosníkov je možné už po niekoľkých hodinách po dosiahnutí požadovanej pevnosti a je uľahčené hydraulickými svorkami. Formovacie zariadenie možno po následnom presune v rámci výrobnej linky okamžite použiť na výrobu ďalšieho nosníka. V rámci výrobného cyklu môže vzniknúť jeden hotový nosník každý druhý deň.
Inovatívne montážne postupy a výsuvné technológie
Princíp spočíva v umiestnení hydraulických ťažných lisov v horizontálnej polohe na oporu (rovnaké ťažné lisy sa používajú aj na zdvíhanie ťažkých bremien). Po každom výsune sa oceľové nosníky preložia a zakotvia do novej polohy. Vertikálny lis, ktorý je prepojený s horizontálnym lisom, najskôr konštrukciu mierne nadvihne (cca 5 mm) z brzdného bloku. Následne horizontálny lis posunie vertikálny lis spolu s mostom, pričom vertikálny lis sa posúva na klznej doske. Horná plocha lisu, ktorá sa opiera o most, je opatrená protišmykovou úpravou tak, aby dokázala danú horizontálnu silu preniesť trením. Po tomto kroku vertikálny lis spustí most späť na brzdný blok a horizontálny lis stiahne vertikálny lis do novej východiskovej pozície.
Postup vysúvania mosta dvojicou hydraulických lisov: 1. nadvihnutie mosta z brzdného bloku, 2. posun, 3. spustenie mosta na brzdný blok, 4. Pri prvom výsune, kedy sa vysúva oceľový výsuvný nos a prvý segment, je potrebné horizontálny lis prepojiť s konštrukciou výsuvného nosa oceľovými lanami, resp. tyčami. Dôvodom je najmä malá prítlačná sila a teda nedostatočné trenie medzi hornou platňou vertikálneho lisu a vysúvanou konštrukciou na prenesenie potrebnej horizontálnej sily (výsuvné zariadenie “prešmykuje“). Podobná situácia nastáva aj pri poslednom výsune, kedy sa za oporu nenachádza už ďalší segment a teda zvislá sila na vertikálnom lise klesá. Tento spôsob vysúvania je vhodný pre kratšie mosty (do dl. 600 m), najmä kvôli maximálnej možnej sile, ktorú je možné preniesť trením na vertikálnom lise.
Príklady a praktické skúsenosti
V rámci výstavby bratislavského obchvatu sme dodávali betón na niekoľko konštrukčných druhov mostov. Vyrábali sme prevzdušnené betóny pevnostných tried C 30/37 a C 35/45 na zhotovenie jednoduchých betónových dosiek, aj neprevzdušnené betóny pevnostných tried C 35/45 a C 40/50 na zmonolitnenie betónových nosníkov pre mosty rôznych rozpätí. Nový most cez Dunaj - Lužný most (názov dostal po internetovom hlasovaní), na ktorý sme dodávali betón C 50/60 s pevnosťou 33 MPa po 16-tich hodinách, bol zhotovovaný betonážou komorového jadra, najprv pomocou výsuvnej skruže (najväčšej v Európe), potom technológiou letmej betonáže z hlavných pilierov, k jadru sa neskôr dobetónovali konzoly podopierané šikmými vzperami. V praxi to znamenalo, že vedľa železničnej trate sa postupne zhotoví betónová doska, steny a strop z betónu danej špecifikácie, takto vznikne rám, ktorý sa pomocou vodorovných piestov zasunie pod odkopané koľajnice a dostane na určené miesto.
C 50/60 - XF4. Betón s charakteristickou kockovou pevnosťou v tlaku 60 MPa. Betón odolný voči 150 cyklom striedavého zmrazovania a rozmrazovania. Betón odolný voči 100 cyklom pôsobenia vody a chemických rozmrazovacích látok na jeho povrch. Obyčajný cement CEM I 42,5 R. Bez mikrosiliky. Bez prevzdušňujúcej prísady.
Moderné trendy v mostnom staviteľstve súvislé s betónovými prvkami
S cieľom čo najviac zefektívniť výstavbu mostov v rôznych geografických, geologických a spoločenských podmienkach sa za posledných niekoľko rokov vo svete vyvinuli mnohé inovatívne stavebné postupy a konštrukčné riešenia. Článok prináša prehľad štyroch najrýchlejšie sa rozvíjajúcich progresívnych technológií výstavby mostov, ktoré sa začali výraznejšie formovať až začiatkom 21. storočia. Oblúkové mosty patria medzi najefektívnejšie mostné konštrukcie s dlhou životnosťou a pôsobivým estetickým vzhľadom. Ich výstavba sa však v posledných desaťročiach v Európe výrazne zredukovala. Dôvodom je najmä prácnosť ich zhotovenia, a tak ich postupne nahradili iné typy konštrukcií aj v miestach, kde je geológia pre ich stavbu priaznivá.
Technológia 3D tlače sa pri stavbe betónových mostov dá očakávať najmä pre lávky pre peších menších rozpätí v ťažko prístupnom teréne a pre rôzne tvarované piliere, ktoré vďaka 3D tlači môžu ľahko nadobudnúť takmer akýkoľvek tvar. Materiál, ktorý sa na tlač stavebných konštrukcií používa pri 3D tlači, je zväčša vysokohodnotný vláknobetón s rýchlym nábehom pevnosti. Výstuž je pri tejto technológii riešená prostredníctvom spojkovaných krátkych oceľových kusov alebo je nahradená vláknami v betóne. Okrem 3D tlače sa v posledných rokoch objavujú aj čoraz častejšie aplikácie využitia dronov, ktorých plný potenciál ešte nebol ani zďaleka objavený. V roku 2015 bol dronmi postavený prvý experimentálny lanový most. Drony sa potom dajú využiť aj v niektorých prípadoch v rámci sanácie, ako napr. v prípade obnaženej výstuže, keď je možné v niektorých prípadoch aplikovať reprofilačnú hmotu priamo dronmi.
Tabuľka: Porovnanie aplikácií vláknobetónu v mostnom staviteľstve
| Aplikácia | Hlavná výhoda | Použité vlákna / poznámka |
|---|---|---|
| Mostné rímsy a zvodidlá | Eliminácia trhlín, vyššia súdržnosť, menšia korózia | Polypropylénové vlákna 1 % pri hĺbke prefabr. dielov |
| Kanalizačné rúry | Zvýšená odolnosť proti nárazom, zamedzenie náhleho rozlomenia | Výber vlákien optimalizovaný na rúrky Ø600 mm |
| Prefabrikované nosníky | Možnosť subtílnejších prvkov, zníženie hmotnosti | Vlákna kombinované s klasickou výstužou podľa návrhu |
Správne zvolený materiál konštrukcie hrá dôležitú úlohu pri posudzovaní hospodárnosti konštrukcie. Vláknobetón spĺňa požiadavky na dostatočnú spoľahlivosť, t. j. únosnosť a použiteľnosť opísaných prvkov, vyhovuje aj zvýšeným nárokom na trvanlivosť a dlhšiu životnosť.