6/2013 TRVANLIVOST A ŽIVOTNOST BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ

Transkript

1 6/2013 TRVANLIVOST A ŽIVOTNOST BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ

2 SPOLEČNOSTI A SVAZY PODPORUJÍCÍ ČASOPIS CO NAJDETE V TOMTO ČÍSLE SVAZ VÝROBCŮ CEMENTU ČR K Cementárně 1261, Praha 5 tel.: , fax: svcement@svcement.cz 12 / RODINNÝ DŮM POSTAVENÝ Z LEHKÉHO MONOLITICKÉHO TEPELNĚ-IZOLAČNÍHO BETONU 26 / PŘEPRAVA BETONU PŘI STAVBĚ LANOVKY NA SNĚŽKU NAVRHOVÁNÍ ZAMĚŘENÉ NA ŽIVOTNOST: IMPLEMENTACE ZÁSAD ZAHRNUTÝCH V MODEL CODE 2010 DO PROVOZNÍ NORMY ISO /3 SVAZ VÝROBCŮ BETONU ČR Na Zámecké 9, Praha 4 tel.: svb@svb.cz SDRUŽENÍ PRO SANACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ Sirotkova 54a, Brno tel.: , fax: mobil: ssbk@ssbk.cz / MOŽNOSTI A OMEZENÍ RECYKLACE BETONU 36 / OŠETROVANIE ČERSTVÉHO BETÓNU 10. VNÚTORNÉ OŠETROVANIE A ELEKTRICKÉ CHARAKTERISTIKY BETÓNU TENKOSTĚNNÝ SENDVIČOVÝ SYSTÉM Z VYSOKOHODNOTNÉHO BETONU VYZTUŽENÉHO ČEDIČOVÝMI VLÁKNY /30 ČESKÁ BETONÁŘSKÁ SPOLEČNOST ČSSI Samcova 1, Praha 1 tel.: fax: cbsbeton@cbsbeton.eu

3 OBSAH CONTENT ROČNÍK: třináctý ČÍSLO: 6/2013 (vyšlo dne ) VYCHÁZÍ DVOUMĚSÍČNĚ VYDÁVÁ BETON TKS, S. R. O., PRO: Svaz výrobců cementu ČR Svaz výrobců betonu ČR Českou betonářskou společnost ČSSI Sdružení pro sanace betonových konstrukcí ÚVODNÍK Jana Margoldová / 2 TÉMA NAVRHOVÁNÍ ZAMĚŘENÉ NA ŽIVOTNOST: IMPLEMENTACE ZÁSAD ZAHRNUTÝCH V MODEL CODE 2010 DO PROVOZNÍ NORMY ISO Steinar Helland / 3 STAVEBNÍ KONSTRUKCE RODINNÝ DŮM POSTAVENÝ Z LEHKÉHO MONOLITICKÉHO TEPELNĚ-IZOLAČNÍHO BETONU Luděk Rýzner, Jiří Vincenc, Pavel Hladík, Michala Hubertová / 12 MATERIÁLY A TECHNOLOGIE TRVANLIVOST LEHKÉHO KONSTRUKČNÍHO BETONU Michala Hubertová / 18 POŽADAVKY NA SLOŽENÍ BETONU VYPLÝVAJÍCÍ ZE SPECIFIKACE BETONU PROBLÉMY A ALTERNATIVY Robert Coufal / 22 PŘEPRAVA BETONU PŘI STAVBĚ LANOVKY NA SNĚŽKU Jan Veselý / 26 TENKOSTĚNNÝ SENDVIČOVÝ SYSTÉM Z VYSOKOHODNOTNÉHO BETONU VYZTUŽENÉHO ČEDIČOVÝMI VLÁKNY Kamil Hodický, Thomas Hulin / 30 OŠETROVANIE ČERSTVÉHO BETÓNU 10. VNÚTORNÉ OŠETROVANIE A ELEKTRICKÉ CHARAKTERISTIKY BETÓNU Peter Briatka, Peter Makýš / 36 VĚDA A VÝZKUM MOŽNOSTI POUŽITÍ POČÍTAČOVÉ TOMOGRAFIE (CT) KE STUDIU BETONU Éva Lublóy, György L. Balázs / 43 MOŽNOSTI A OMEZENÍ RECYKLACE BETONU Anette Müller / 46 NORMY JAKOST CERTIFIKACE POROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ STATICKÉHO MODULU PRUŽNOSTI V TLAKU RŮZNÝCH RECEPTUR S HODNOTAMI UVEDENÝMI V ČSN Petr Huňka, Karel Kolář, Jiří Kolísko / 53 ČTVRTÁ ZMĚNA ČSN EN Michal Števula / 55 TRVANLIVOST: EN 206 KONCEPT K-HODNOTY MODELOVÁNÍ Markéta Chromá, Pavla Rovnaníková, Břetislav Teplý / 56 AKTUALITY PROF. ING. BŘETISLAV TEPLÝ, CSC. OSMDESÁTILETÝ / 45 VLADIMÍR KŘÍSTEK 75 LET / 60 PROF. ING. TOMÁŠ VANĚK, DRSC., ZEMŘEL / 61 ŽIVOTNÍ JUBILEUM PROF. ING. ALENY KOHOUTKOVÉ, CSC., FENG. / 62 NĚMECKÝ TRANSPORTBETON PRODUKUJE 46 MIL M 3 / 63 SEMINÁŘE, KONFERENCE A SYMPOZIA / 64 FIREMNÍ PREZENTACE CEMEX A VUT V BRNĚ SPOLUPRACUJÍ / 11 Dlubal Software / 35 Betosan / 39 XYPEX / 55 TAZUS / 57 Červenka Consulting / 59 Construsoft / 61 FINE / 63 Krampe Harex / 3. strana obálky Beton University / 3. strana obálky SVC ČR / 4. strana obálky VYDAVATELSTVÍ ŘÍDÍ: Ing. Michal Števula, Ph.D. ŠÉFREDAKTORKA: Ing. Jana Margoldová, CSc. PRODUKCE: Ing. Lucie Šimečková REDAKČNÍ RADA: Prof. Ing. Vladimír Benko, PhD., Doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc., Ing. Jan Gemrich, Prof. Ing. Petr Hájek, CSc. (před seda), Prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. (místo předseda), Ing. Jan Hrozek, Ing. Jan Hutečka, Ing. arch. Jitka Jadrníčková, Ing. Zdeněk Jeřábek, CSc., Ing. Milan Kalný, Doc. Ing. Jiří Kolísko, Ph.D., Doc. Ing. arch. Patrik Kotas, Ing. Pavel Lebr, Ing. Milada Mazurová, Doc. Ing. Martin Moravčík, Ph.D., Ing. Hana Némethová, Ing. Milena Paříková, Petr Škoda, Ing. arch. Jiří Šrámek, Ing. Vlastimil Šrůma, CSc., MBA, Prof. Ing. RNDr. Petr Štěpánek, CSc., Ing. Michal Števula, Ph.D., Ing. Vladimír Veselý, Prof. Ing. Jan L. Vítek, CSc. GRAFICKÝ NÁVRH: 3P, spol. s r. o. Staropramenná 21, Praha 5 SAZBA: 3P, spol. s r. o. Staropramenná 21, Praha 5 ILUSTRACE NA TÉTO STRANĚ: Mgr. A. Marcel Turic TISK: Libertas, a. s. Drtinova 10, Praha 5 ADRESA VYDAVATELSTVÍ A REDAKCE: Beton TKS, s. r. o. Na Zámecké 9, Praha 4 VYDAVATELSTVÍ A REDAKCE: Beton TKS, s. r. o. Na Zámecké 9, Praha 4 Redakce a inzerce: redakce@betontks.cz Předplatné (i starší výtisky): predplatne@betontks.cz ROČNÍ PŘEDPLATNÉ: základní: 720 Kč bez DPH, 828 Kč s DPH snížené pro studenty a nově i seniory nad 70 let: 270,- Kč bez DPH, 311 Kč s DPH pro slovenské předplatitele: 28 EUR bez DPH, 32,20 EUR s DPH (všechny ceny jsou včetně balného a distribuce) Vydávání povoleno Ministerstvem kultury ČR pod číslem MK ČR E ISSN Podávání novinových zásilek povoleno Českou poštou, s. p., OZ Střední Čechy, Praha 1, čj. 704/2000 ze dne Za původnost příspěvků odpovídají autoři. Označené příspěvky byly lektorovány. FOTO NA TITULNÍ STRANĚ: Vrtná plošina Troll A v Severním moři, Photo: ABB (Dag Myrestrand). BETON TKS je přímým nástupcem časopisů Beton a zdivo a Sanace. 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 1

4 ÚVODNÍK EDITORIAL VÁŽENÉ ČTENÁŘKY, VÁŽENÍ ČTENÁŘI, právě otevírané číslo časopisu je zaměřené na trvanlivost betonu a životnost betonových konstrukcí, které se v posledních letech dostávají do popředí zájmu. Jsou i důvodem k novému přístupu k navrhování nových betonových konstrukcí nejde již pouze o návrh konstrukce odolávající s jistou bezpečností předpokládanému zatížení, ale je zde nový požadavek, aby to bylo zajištěno po stanovenou dobu. Tato doba se v souladu s přístupem k ochraně životního prostředí a omezování čerpání přírodních zdrojů postupně prodlužuje, u významných konstrukcí, např. velkých mostů, se uvažuje o 200 letech. Historie betonu a jeho role v architektuře a stavitelství je dlouhá, táhne se od starověkých Římanů a některé památky té doby stojí dodnes. Jedním z výrazných bodů této historie byla ztráta reputace betonu, ke které došlo ve světě v druhé polovině 70. let (u nás se to mohlo veřejně přiznat až na začátku 90. let). My se z toho vzpamatováváme dodnes, zatím co ve světě obliba betonu od 90. let rychle narůstala. Jedním z důvodů deziluze z betonu v 70. letech bylo právě nenaplněné očekávaní o jeho trvanlivosti. Na počátku 30. let, kdy řada architektů začala experimentovat s betonem monolitickým či prefabrikovaným, se vytvořila představa, že beton, podobně jako kámen, má téměř neomezenou životnost. V tomto pro beton příznivém období vznikla řada pozoruhodných staveb: z jeho konce uveďme Le Corbusierovy Unite d habitation v Marseilles a vládní budovy v Chandigharu či Utzonovu Operu v Sydney. Na druhou stranu byla v předválečném období obdivu k možnostem betonu a v rámci poválečné obnovy a usilovného budování světlých zítřků navržena a postavena řada staveb, které měly mnohem nižší architektonickou úroveň. Hrubý a drsný betonový povrch jejich fasád, ne vždy dobře provedených a rychle tmavnoucích ve špatném prostředí velkých měst a průmyslových aglomerací, přispěl k růstu negativních konotací betonu v architektuře, které postupně vedly až k výrazné antipatii k betonu mezi veřejností. Původní nenaplněná očekávání totiž vzešla ze světlých vzdušných funkcionalistických staveb a představy, že beton nestárne, zůstává stejný jako bezprostředně po dokončení. Proces stárnutí nebýval v návrhu a projektu vůbec zohledněn. Po útlumu betonového stavitelství v 70. a 80. letech nastalo v 90. letech 20. století jeho nové celosvětové oživení. Stojí za ním zejména vývoj nových technologií opírajících se o rozsáhlý výzkum chování materiálu a jeho jednotlivých složek od počátků přípravy betonové směsi až po stárnutí konstrukce vystavené různým typům zatížení mechanických, tepelných nebo chemických. Podařilo se objasnit a vysvětlit různé projevy a příčiny degradace materiálu a na jejich základě přistoupit k vývoji technologií výroby betonu a procesu návrhu betonových konstrukcí tak, aby je bylo možno jednou stavět na klientem stanovenou dobu životnosti. K výzkumu a vývoji inovativních průmyslových technologií, které umožňují zvyšovat konkurenceschopnost produkce na mezinárodních trzích, se přistupuje v různých zemích různě. Vyspělé lidnaté země, Francie, Německo, Velká Británie ad., mají každá řadu výzkumných center, která spolu vzájemně soupeří o nalezení nejvhodnějšího řešení daného problému. Je otázkou, zda je takové soupeření přínosné i v zemích s menším počtem obyvatelstva a není naopak vhodnější prostředky na výzkum soustředit. Lepší finanční zajištění potom dovolí pořídit si lepší přístrojové vybavení do laboratoří, připravovat více zkoušek a ve větším rozsahu, a získávat tak více informací o materiálu a jeho chování. Velmi mne překvapilo, když jsem postupně zjistila, že jen na pražské stavební fakultě se vyvíjí vysokopevnostní a ultra vysokopevnostní beton v několika více méně nezávislých skupinách spojených s různými stavebními firmami, další nepochybně jsou na stavebních fakultách v Brně a Ostravě. Neznám důvody tohoto stavu, ale pro člověka z venku je to těžko pochopitelné. Přináší toto soupeření opravdu rychlejší a kvalitnější výsledky nebo je to luxus, na který doplácíme? Pro zamyšlení uvádím popis norského výzkumu v oblasti betonového stavitelství publikovaný Norskou betonářskou společností v roce 2013:...Ačkoliv je norský průmysl i státní podniky až na několik výjimek hodně segmentovaný a individualizovaný, typickým rysem norského výzkumu a vývoje v oblasti betonového stavitelství jsou společné projekty a programy, např. vývoj vysokopevnostního betonu (HSC) a lehkého vysokopevnostního betonu (HSLWC) v 80. a 90. letech. I v současnosti jsou inovace hlavním tahounem R & D projektů. Začátkem roku 2005 Norská rada pro výzkum (Research Council of Norway) vydala výzvu pro přihlášení projektů Výzkumných center pro inovace (Centers for Research-based Innovation CRI), jako nástroje povzbuzení zájmu průmyslu o inovace. Účelem CRI je vybudovat výzkumná centra v těsné spolupráci s partnery z průmyslu i veřejného sektoru zaměřeného na inovace. Předmětem je podpora dlouhodobého výzkumu směřujícího k zvýšení inovativnosti norské průmyslové produkce, zvýšení její konkurenceschopnosti a rovněž podpora norské účasti ve významných mezinárodních výzkumných strukturách. V roce 2006 bylo radou vybráno čtrnáct center zaměřených na výzkum nových technologií a produktů vysokého mezinárodního kalibru. Pouze jedno z nich bylo zaměřeno na technologii materiálu a stavebnictví. Bylo jím COIN COncrete INovation centre ( které dostalo vysoké hodnocení za vědeckou kvalitu a kreativní potenciál. To je zřejmé přiznání důležitosti betonu v moderní společnosti a uznání kvalit a významnosti norského betonářského výzkumu. CRI betonu bylo výsledkem dlouhodobé strategické spolupráce Norské betonářské společnosti, SINTEF (The Foundation for Scientific and Industrial Research) a významných stavebních společností. Aktivity COIN jsou organizovány ve třech hlavních oblastech dle současných potřeb společnosti, průmyslu a ochrany prostředí: 1 betonové konstrukce přátelské k prostředí (pojiva s nízkými emisemi a redukovanou spotřebou přírodních zdrojů, užití betonu v konceptu nízkoenergetických staveb), 2 konstrukce ekonomicky konkurenceschopné (robustní a vysoce tekutý beton s řízenou kvalitou povrchu, duktilní beton s vysokou pevností v tahu, vysoká kvalita písků a kameniva pro betony) a 3 chování betonu (konstrukce s omezenými trhlinami, životnost, konstrukční chování). Na webových stránkách jsou přístupné všechny podstatné informace k projektům. Pro umožnění mezinárodní spolupráce a zajištění kontroly je většina vydávaných dokumentů v angličtině. Rozvahu, zda je v českém prostředí lepší koncentrace či soupeření, nechť si čtenář udělá sám. Jana Margoldová 2 BETON technologie konstrukce sanace 6/2013

5 TÉMA TOPIC NAVRHOVÁNÍ ZAMĚŘENÉ NA ŽIVOTNOST: IMPLEMENTACE ZÁSAD ZAHRNUTÝCH V MODEL CODE 2010 DO PROVOZNÍ NORMY ISO DESIGN FOR SERVICE LIFE: IMPLEMENTATION OF MODEL CODE 2010 RULES IN THE OPERATIONAL CODE ISO Steinar Helland CEB/FIP Model Code 1990 (MC-1990) [1] reprezentoval technologie a zaměření tak, jak byly aktuální před dvaceti lety. Brzy se ukázalo, že dokument má v některých oblastech významné mezery. V roce 1995 valné shromáždění obou organizací schválilo dokument publikovaný v CEB/FIP bulletinu č. 228 [2], rozšíření MC 1990 o vysokopevnostní beton a v roce 2000 bylo publikováno podobné rozšíření MC 1990 pro beton z lehkého kameniva jako bulletin č. 4 [3]. V roce 2006 fib schválil k používání Model Code pro navrhování dle životnosti (MC SLD) publikovaný v bulletinu č. 34 [4]. Všechna uvedená (tři) rozšíření postupně vyzrála a jsou v současnosti zahrnuta v novém fib Model Code 2010 (MC-2010) [5, 6 a 7]. Hlavním cílem přípravy fib Model Code je vytvořit modelovou normu, která slouží v dalším období jako podklad pro zpracování konečných návrhových a prováděcích norem. Odpovídajícím protějškem k organizaci, jako je fib, je celosvětově rozšířené ISO. Iniciativa shrnutá v MC SLD byla proto dále rozpracována v ISO TC-71/SC-3/WG-4 a během léta roku 2012 byla přijata jako norma ISO Trvanlivost Návrh životnosti betonových konstrukcí [8]. Podle závazků stanovených smlouvou WTO (Světová obchodní organizace) o technických bariérách v obchodu [9] se očekává, že uvedené principy budou implementovány do národních a regionálních standardů. Článek popisuje potřebu standardní metodologie pro navrhování na životnost a proces, který vyvolala skupina nadšenců prostřednictvím organizace fib před deseti lety a který nyní konečně dospěl k mezinárodnímu konsenzu v ISO. CEB/FIP Model Code 1990 (MC-1990) [1] did represent the technology and focus some 20 years ago. It soon became evident that the document had some important lacunas. In 1995 the General Assemblies in the two organisations endorsed CEB/FIP bulletin no. 228 [2], extensions to MC 1990 for high strength concrete and in 2000 a similar extension to MC 1990 for lightweight aggregate concrete as bulletin no. 4 [3]. In 2006, fib approved bulletin no. 34 Model Code for Service Life Design (MC SLD) [4]. All these three extensions have since matured and are today incorporated in the new fib Model Code 2010 (MC-2010) [5, 6, 7]. The main purpose for a fib Model Code is to act as a model for operational standards. The obvious counterpart for a body like fib operating world-wide is ISO. The initiative taken by MC SLD has therefore further matured in ISO TC-71/ SC-3/WG-4 and was accepted as ISO Durability Service Life Design of Concrete Structures [8] during summer According to the obligations given in WTO Agreement on technical barriers to trade [9], it is hoped that these principles will be further implemented in national and regional standards. This article describes the need for a transparent methodology when dealing with service life design and the process, originating from a group of enthusiasts one decade ago, through fib and finally reaching international consensus in ISO. VÝCHOZÍ SITUACE Trvanlivost betonových konstrukcí, a zvláště nedostatečná trvanlivost, byla v posledních dekádách v centru pozornosti společnosti obecně. Rostoucí potřeby oprav se staly výzvou pro stavební průmysl. Tradiční přístup většiny národních či regionálních betonářských norem se zaměřuje na zajištění určité návrhové životnosti pomocí mezních hodnot kompozice materiálu a geometrie konstrukce, které vychází z názorů odborníků zastoupených v normotvorné skupině. Tento přístup však má určité slabiny, např.: Často je nejasné, které podmínky vyjadřují konec životnosti. Požadovaná úroveň spolehlivosti je v návrhu často nejasná. Kritéria by měla být založena na dlouhodobých praktických zkušenostech. Pro nové materiály a konceptuální návrh však jsou takové zkušenosti nedostupné a koncept se sledováním životnosti delším než 50 let je užíván zřídka. V roce 1998 skupina evropských nadšenců, všichni dlouhodobě činní v CEB a FIP, podepsala s Evropskou komisí kontrakt na vývoj společné platformy pro návrh betonových konstrukcí se zaměřením na trvanlivost, který bude zahrnovat stejné prvky a filozofii jako moderní návrh konstrukcí. Tato evropská síť byla nazvána DuraNet a kontrakt běžel do roku Účastníci (z Evropy a Severní Ameriky) závěrečného workshopu DuraNet, který se konal v roce 2001 v norském Tromsø, vypracovali plán postupu pro standardizaci nové metodologie a její celosvětové přijetí v betonovém stavebnictví (obr. 1). Zdálo se tedy, že ISO je pro tuto činnost nejvhodnější prostředí. Někteří členové naší skupiny se proto zúčastnili zasedání ISO TC-71 na podzim roku 2001 v Norsku a představili tam naše vize. Členové TC-71, která je zodpovědná za normalizaci v oblasti betonu na půdě ISO, podpořili naši iniciativu, 1 Obr. 1 Duranet workshop v Tromsø, 2001, který přišel s cestovním plánem, jak implementovat mezní stavy a na spolehlivosti založený návrh životnosti do norem Fig. 1 The Duranet workshop in Tromsø, 2001, coming up with a road-map for how to implement limit state and reliability based service life design in standards 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 3

6 TÉMA TOPIC ale dali nám na vědomí, že ISO obvykle vychází ve své činnosti z již existujících dokumentů. Proto jsme se společně rozhodli požádat mezinárodní betonářskou federaci fib (která v té době vznikla sloučením aktivit CEB a FIP) o vypracování vhodné předlohy pro normu. Na půdě fib byla z předních odborníků z Evropy, Severní a Jižní Ameriky a Japonska ustanovena Pracovní skupina 5.6 (Task Group TG 5.6). V roce 2006 byl valným shromážděním fib schválen v Neapoli fib Model Code pro návrh podle životnosti (bulletin č. 34). fib TG 5.6 předsedal prof. Peter Schiessl z Německa. Dalšími členy komise byli Gehlen (Německo), Baroghel-Bouny (Francie), Bamforth (Velká Británie), Corley (USA, současný předseda ISO TC-71), Faber (Dánsko), Helene (Brazílie), Ishida (Japonsko), Markeset (Norsko), Nilsson (Švédsko), Rostam (Dánsko) a Helland (Norsko). Komise se brzy rozhodla vytvořit paralelní dokument k ISO 2394 General principles on reliability for structures [10] (ČSN ISO 2394 Obecné zásady spolehlivosti konstrukcí). Tato norma tvoří dnes referenci pro fib MC-2010 a nejmodernější normy pro navrhování konstrukcí. ISO 2394 je také zdrojovým dokumentem pro evropský Eurocode-0 Basis of structural design (EN 1990) [11] (ČSN EN 1990 (730002) Zásady navrhování konstrukcí). fib potom založil svůj přístup na mezních stavech (MS) a konceptu spolehlivosti. Tento přístup uznává, že povaha časově závislé degradace betonových konstrukcí musí být vyjadřována statistickým způsobem ze dvou důvodů: přirozeného rozptylu materiálových vlastností, rozptylu v meso- i mikroklimatických podmínkách, kterým je betonová konstrukce vystavena. Od roku 2006 fib skupina připravující MC-2010, Special Activity Group no. 5, úzce spolupracuje s ISO TC-71/SC-3/ WG-4. Na jaře roku 2013 (v době, kdy vyšla angl. verze tohoto článku v Structural Concrete Vol. 14, March 2013, pozn. red.) byl fib MC-2010 dokončován včetně částí zahrnujících návrh dle životnosti. V létě roku 2012 získala norma ISO Durability Service life design of concrete structures pozitivní mezinárodní podporu. Tyto dva dokumenty jsou dnes, s výjimkou obalu a odkazů, téměř identické pohledem na návrh konstrukcí podle životnosti. Tab. 1 Srovnání některých evropských požadavků na zajištění návrhu padesátileté životnosti [12] Tab. 1 Comparison of some European durability requirements to ensure 50 years design service life [12] Rozsah XC3 opatření pro CEM I v rámci Evropy Rozsah XC4 opatření pro CEM I v rámci Evropy Rozsah XS2 opatření CEM I v rámci Evropy UK w/c < 0,55 a minimální krycí vrstva 25 mm Nizozemsko w/c < 0,5 a minimální krycí vrstva 25 mm UK w/c < 0,5 a minimální krycí vrstva 35 mm Německo w/c < 0,65 a minimální krycí vrstva 20 mm Německo w/c < 0,6 a minimální krycí vrstva 25 mm Norsko w/c < 0,4 a minimální krycí vrstva 40 mm PŘÍSTUP VĚTŠINY NOREM K NÁVRHU ŽIVOTNOSTI Ustanovení k zajištění dostatečné trvanlivosti jsou dnes běžně zahrnuta v betonářských normách. V Evropě je trvanlivost stále vnímána jako národní specifikum a předpokládá se, že ustanovení, která se k ní vážou, budou součástí národní přílohy k evropské normě. V CEN TR [12] zpracoval Tom Harrison srovnání, jak 31 evropských zemí spolupracujících v CEN řešilo požadavek uvedený v EN 1992/EN 13670/ EN [13, 14, 15] stanovující 50letou životnost založenou na požadavcích vážících se zejména k maximálnímu poměru w/c, minimální krycí vrstvě výztuže a typu cementu. Rozptyl požadavků na konstrukce vystavené obdobným podmínkám je pozoruhodný. Některé příklady pro třídy prostředí XC3 (vystaveny působení karbonatace a chráněny před deštěm), XC4 (vystaveny působení karbonatace a vystaveny dešti) a XS2 (ponořeny v mořské vodě) pro padesátiletou životnost jsou uvedeny v tab. 1. Rozdíly ve skutečných provedeních pro tyto extrémy jsou opravdu velké. Porovnání požadavků na trvanlivost z ostatních částí světa vychází podobně široké. Předpokládáme-li, že odborné znalosti o uvažovaných otázkách jsou v těchto zemích více méně na stejné úrovni, vysvětlení lze nalézt v tom, že různé národní normové skupiny chápou odlišně, co skutečně představuje konec životnosti stejně jako jaká je zamýšlená (plánovaná) úroveň spolehlivosti. KONCEPT MEZNÍHO STAVU PRO NÁVRH ŽIVOTNOSTI Koncept mezního stavu uznává potřebu specifikovat podmínku, která svým splněním představuje konec životnosti. Zavedení navrhování dle životnosti založené na spolehlivosti a mezním stavu v obou dokumentech, ISO 2394 a EN 1990, vyplývá z jejich zaměření. Pro fib TG 5.6 to potom byl jasný úkol otevřít diskuzi o nutnosti jejich doplnění, příp. novelizaci, o odpovídající dokumenty. Na první pohled se tyto myšlenky mohou zdát revoluční, ale ve skutečnosti tomu tak není. Všichni zpracovatelé norem v minulosti museli mít nějakou představu o tom, co považují za konec životnosti, když přicházeli se svými opatřeními. Museli mít představu, zda se jedná pouze o rezavé skvrny, nebo o úplné zhroucení konstrukce. Pak uplatnili koncept mezních stavů. Museli si také uvědomovat, zda v návrhu na životnost počítají s jakousi průměrnou konstrukcí daného typu, či jejich většinou. Nakonec byl použit pravděpodobnostní přístup. Avšak je čestné přiznat, že tyto postupy byly jen zřídka transparentní. ISO 2394 definuje mezní stav použitelnosti jako stav, který odpovídá podmínkám, za kterých již není možné splnit požadavky na použitelnost konstrukce nebo konstrukčních prvků. fib MC SLD, MC-2010 a ISO užívají stejnou definici, ale MC-2010 prosazoval skupinu Mezních stavů spojených s trvanlivostí jako samostatnou kategorii. V principu to může být jakýkoliv stav, který způsobí, že vlastník objektu se cítí nepohodlně. Pro betonové konstrukce je koroze výztuže často kritickým procesem zhoršení kvality konstrukce. Mezním stavem může být depasivace výztuže, vznik trhlin, odprýskávání či kolaps konstrukce (mezní stav únosnosti). Vzhledem k problémům při vývoji spolehlivých časově závislých modelů pro postup koroze (po depasivaci) je mezní stav depasivace možností, která je přijatelná pro většinu inženýrů. 4 BETON technologie konstrukce sanace 6/2013

7 TÉMA TOPIC ÚROVEŇ SPOLEHLIVOSTI NÁSLEDKY SELHÁNÍ fib MC SLD, MC-2010, EN 1990 a ISO 2394, všechny navrhují tříúrovňové rozdělení následků dosažení mezního stavu: a) nízké riziko pro život ekonomické, sociální a environmentální následky jsou malé nebo žádné, b) střední riziko pro život ekonomické, sociální a environmentální následky jsou značné, c) vysoké riziko pro život ekonomické, sociální a environmentální následky jsou velmi vysoké. Vycházejíce z odpovídající třídy následků a v kombinaci s uvážením nákladů na bezpečnostní opatření by měla být při návrhu životnosti stanovena odpovídající úroveň spolehlivosti tak, aby nedošlo k dosažení mezního stavu. V rámci pravidel, která lze obvykle najít v národní stavební legislativě, by úroveň spolehlivosti použitá v návrhu měla být odsouhlasena majitelem stavby. fib a ISO navrhují limitní pravděpodobnost porušení p f = 10-1 pro depasivaci výztuže (karbonatací nebo napadením chloridy) v případech, kdy přístup oxidu a vlhkosti umožňují vnik koroze. Když je jako MS chápán kolaps konstrukce, je možné uvažovat p f = 10-4 až 10-6 podobně, jako v tradičním návrhu konstrukce, pokud možné následky jsou v třídách b) a c). KONEC ŽIVOTNOSTI Jak bylo uvedeno, hlavním prvkem dokumentů fib a ISO je doplněná kvantitativní definice k původní kvalitativní, kterou lze najít v tradičních normách, např. v ISO 2394 nebo EN 1990: Tradiční kvalitativní definice: Návrh životnosti je předpokládané období, po které konstrukce nebo její část má být užívána pro svůj zamýšlený účel při odpovídající údržbě, ale bez nutnosti významných oprav. Kvantitativní doplnění dle fib a ISO: Návrh životnosti je definován pomocí: - definice odpovídajícího MS, - počtem let, - úrovně spolehlivosti, se kterou nebude dosaženo MS během tohoto období. Obr. 2 ukazuje, jak mohou být různé mezní stavy spojovány s odpovídajícími úrovněmi spolehlivosti, že nebude dosažen mezní stav v rámci návrhu dle životnosti v případě, kdy koroze výztuže je kritickou situací. V principu musí ověření návrhu prokázat, že konstrukce vydrží všechny kombinace MS s pravděpodobností poruchy p f. Pro praktický návrh dosud nemáme vhodný časově závislý model pro predikaci vzniku koroze po dosažení depasivace výztuže, pro který bylo dosaženo mezinárodního konsenzu. Odpovídající p f potom musí být dostatečně nízké, aby bylo zajištěno, že tento MS dá stejné nebo přísnější požadavky na materiál a tloušťku krycí vrstvy než ostatní kombinace. Uvažujeme-li účinek koroze výztuže po její depasivaci, měl by zde být vedle účinků jiných mechanických namáhání na krycí vrstvu zahrnut i účinek rozpínavých tlaků korozních produktů výztuže. Kdekoliv, kde působí napětí v soudržnosti na výztuž, působí také rozpínavé napětí (bursting stresses) v betonu, které je stejné povahy jako expanzní tlaky korozních produktů, vedoucí až k mezním situacím, tj. ke vzniku trhlin a odprýskávání krycí vrstvy. Deterioration (corrosion) Depassivation p f 10-1 Formation of cracks Spalling Collapse of structure p f cumulative failure (%) A 2% 10% B 30% C 50% Time Obr. 2 Různé mezní stavy a odpovídající úrovně spolehlivosti na příkladu postupující koroze výztuže Fig. 2 Various Limit States and related reliability levels exemplified for corrosion of reinforcement Obr. 3 Čas do depasivace povrchu výztuže (příklad převzat z [16]), norská standartizace stanovila 10% přijatelnost pro depasivace jako kritérium stanovující opatření trvanlivosti, zatímco země A, B a C stanovují 2%, 30% a 50% přijatelnost Fig. 3 Time till depassivation of reinforcement surface (example derived from [16]). The Norwegian Standardisation body applied a 10% acceptance for depassivation as criteria when determining its durability provisions, while country A, B and C applied 2%, 30% and 50%, resp. Obr. 4 Stejný příklad jako na obr. 3, ale přidáno 10 let probíhající koroze k dosažení vzniku trhlin a odprýskávání krycí vrstvy, MS na 50% pravděpodobnosti depasivace potom dává cca 35% pravděpodobnost porušení pro MS vzniku trhlin a odprýskávání Fig. 4 The same example as in Fig. 3, with added 10 years active corrosion to reach cracking and spalling of the rebar cover. The Limit State at 50% probability for depassivation then gives a 35% probability of failure for Limit State cracking and spalling cumulative failure (%) years years years 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 5

8 TÉMA TOPIC Establishing the serviceability criteria Tab. 2 ISO 2394, Table 1 [10], dává příklady návrhové životnosti, stejná tabulka je v EN 1990 [11], ISO [8] udává, že by měly být použity tři třídy s ohledem na konstrukční části budovy, kde je oprava obtížná nebo drahá Tab. 2 ISO 2394, Table 1 [10], gives examples of design service lives. The same table is given as guidance in EN 1990 [11]. ISO [8] states that class 3 should be used with care for structural parts of buildings where repair is complicated or expensive Třída Národní návrhová životnost [roky] Příklady 1 1 až 5 dočasné konstrukce 2 25 vyměnitelné konstrukční části, např. jeřábové nosníky, ložiska 3 50 budovy a další konstrukce, které nejsou uvedeny níže a více monumentální budovy a jiné speciální nebo důležité konstrukce, velké mosty To je další z argumentů pro vyloučení minového pole vzniku trhlin a odprýskávání jako kritéria MS pro návrh životnosti. Budeme-li se věnovat příkladu depasivace výztuže způsobené karbonatací, všechny sledované charakteristiky budou mít určitý statistický rozptyl. Bude to např. skutečná tloušťka krycí vrstvy, mikroklimatické podmínky, vlhkost betonu, jeho ošetřování ad. Výsledek, určený interval iniciace koroze, bude mít také jistý statistický rozptyl. Obr. 3 odvozený Bamforthem [16] ukazuje kumulativní čas depasivace povrchu výztužných prutů v konstrukci s probíhající karbonatací. Pro stanovení skutečné životnosti této konstrukce musí MS depasivace odpovídat úrovni spolehlivosti. Ve fib komisi 5, TG 5.11 v současné době připravujeme podpůrný dokument k MC-2010 / ISO Práce odhaluje, že norské požadavky, současně považované za dostatečné, používají p f = V tomto případě je dosažena životnost 70 let. Avšak představitelé tří jiných evropských zemí uvedli, že odborníci z jejich normotvorných organizací udávají jako vhodné hodnoty p f , a (2, 30 a 50 %). To dává rozptyl nominální životnosti 50 až 109 let pro stejnou konstrukci vystavenou stejnému prostředí. Tento nedostatek shody v užití spolehlivosti vycházející z konceptu mezních stavů je pravděpodobně hlavním důvodem pro výše uvedené velké rozdíly v požadavcích trvanlivosti mezi evropskými normami. Současný nedostatek transparentnosti je také velmi matoucí pro odbornou veřejnost, mezi níž se o návrhu životnosti diskutuje. V obr. 4 jsem zahrnul často používaný předpoklad, že uplyne deset let mezi napadením výztuže korozí a vznikem trhlin, případně počátkem odprýskávaní krycí vrstvy. V takovém případě národně akceptovaná 50% pravděpodobnost depasivace výztuže implikuje také přijatelnou 35% pravděpodobnost vzniku trhlin a počátku odprýskávání krycí vrstvy. Zatímco je pro klienta snadné přijmout vysokou pravděpodobnost dosažení nedramatických projevů, jako depasivace výztuže, během životnosti konstrukce, je pro něj mnohem obtížnější přijmout vznik a rozvoj trhlin a odprýskávání krycí vrstvy. Následky související s příliš vysokou pravděpodobností poruchy související s depasivací výztuže by proto měly být řádně objasňovány. JAKÁ JE PŘIJATELNÁ DÉLKA NÁVRHOVÉ ŽIVOTNOSTI? ISO 2394 dává návod pro přijatelnou volbu délky návrhové životnosti (tab. 2). Stejný návod je uveden v evropské normě EN 1990 a je v praxi nejčastěji užívaným postupem v nejvýznamnějších částech světa. Tabulka je však obecně platná pro všechny typy stavebních materiálů a měla by být užívána pro betonové konstrukce s nejvyšší opatrností. A to zvláště pro třídu 3 zahrnující budovy, která je nejrozmanitější skupinou. Některé budovy, např. továrny, mají životnost stanovenou ekonomicky v závislosti na instalovaném strojním vybavení. Na druhé straně konstrukční části rezidenčních budov budou mít obecně ve společnosti očekávanou životnost mnohem delší než 50 let (tab. 2). ISO proto důrazně doporučuje uživatelům používat vyšší hodnoty přinejmenším pro ty konstrukční části betonových budov, kde by oprava nebo výměna prvků byla obtížná nebo finančně nákladná. 5 Establishing the general layout, the dimensions and selection of materials Verification by the Full probabilistic method Involving: * Probabilistic models - resistance - loads/exposure - geometry * Limit states Verification by the Partial factor method. Involving: * Design values - characteristic values - partial factors * Design equations * Limit states Maintenance Verification by the Deemed-to-satisfy method. Involving: Exposure classes, limit states and other design provisions Execution specification Maintenance plan Condition assessment plan Execution of the structure Inspection of execution Condition assessments during operational service life Verification by the Avoidance of deterioration method. Involving: Exposure classes, limit states and other design provisions In the case of non-conformity to the performance criteria, the structure becomes obsolete or subject to full or part ial redesign Obr. 5 Vývojový diagram pro návrh životnosti [8] Fig. 5 Flowchart for service life design [8] 6 BETON technologie konstrukce sanace 6/2013

9 TÉMA TOPIC NÁVRH ŽIVOTNOSTI A JEJÍ VERIFIKACE Návrh konstrukce zahrnuje všechny činnosti potřebné k nalezení vhodného řešení z hlediska funkčních, environmentálních a ekonomických požadavků (definice v MC-2010). To znamená, že činnosti směřující k návrhu životnosti by měly probíhat dle vývojového diagramu na obr. 5. Podobný graf je obsažen v MC SLD a slovně popsán v fib MC Kritéria použitelnosti musí být odsouhlasena majitelem objektu v rámci platné legislativy. Dokumenty nespecifikují, jak projektant vyřeší základní dispozici, rozměry a výběr materiálů. Ověření/posouzení návrhu v projektu je však důrazně požadováno. fib i ISO dokumenty umožňují čtyři formy posouzení návrhu životnosti: Plně pravděpodobnostní metoda: Čas k dosažení MS s požadovanou úrovní spolehlivosti je počítán na základě statistických dat o zatížení vlivem prostředí a odolnosti konstrukce. Metoda dílčích součinitelů bezpečnosti: Postup je podobný jako v případě plně pravděpodobnostní metody, ale statistická data o zatížení a odolnosti konstrukce jsou nahrazena charakteristickými hodnotami a dílčími součiniteli bezpečnosti. Metoda dodržení zásad životnosti (The deemed-to-satisfy method): Soubor podmínek (obvykle w/c, tloušťka krycí vrstvy výztuže, šířka trhliny, pórovitost ad.), pro něž jsou normotvornou komisí stanovena návrhová kritéria splnění. Metoda vyloučení vlivů způsobujících degradaci (The avoidance-of-deterioration method): tato metoda předpokládá, že k degradačnímu procesu nedojde, protože např. zatížení a konstrukce jsou odděleny obkladem nebo membránou, jsou použity nereaktivní materiály, reakce jsou potlačeny pomocí elektrochemických metod ad. Pátý způsob nabízený MC-2010 pro ověření celkové únosnosti konstrukce, tzv. celková odolnost, není pro návrh životnosti používán. Obě metody, metoda dílčích součinitelů bezpečnosti i metoda dodržení zásad životnosti, by měly být kalibrovány, a to buď plně pravděpodobnostní metodou, nebo na základě dlouhodobých zkušeností s použitím tradičních postupů. Z uvedených čtyř možností je plně pravděpodobnostní metoda nejsložitější a nejpropracovanější. Proto je pro většinu akademiků tou nejprestižnější a nejpřesnější. To je však zásadně špatně. Vzhledem k běžnému nedostatku dobrých a reprezentativních dat, a nejistotám v modelování, je plně pravděpodobnostní metoda jen zřídka vhodná pro návrh nové konstrukce. Na druhou stranu je to však metoda velmi vhodná pro posouzení zbytkové životnosti existujících konstrukcí, kde data mohou být získána ze skutečné konstrukce. Posuzováním zbytkové životnosti stávajících konstrukcí pomocí plně pravděpodobnostní metody získáváme velmi silný nástroj pro ověřování metody dodržení zásad životnosti (deemed-to-satisfy) a jejích ustanovení pro návrh nových konstrukcí v podobné expozici i dalších návrhových podmínkách. Metoda dílčích součinitelů je semi-pravděpodobnostní přístup, kde jsou výpočty prováděny deterministicky a statistický rozptyl vstupních parametrů je do procesu vnášen prostřednictvím dílčích součinitelů. Kalibrace těchto dílčích součinitelů pro návrhovou životnost v obecném použití je velmi náročná a její praktické využití je proto v blízké budoucnosti obtížně představitelné. Oba dokumenty, MC-2010 i ISO 16204, předpokládají, že metoda dodržení zásad životnosti i metoda vyloučení vlivů způsobujících degradaci budou dominantní při praktickém návrhu životnosti nových konstrukcí v budoucnosti, ale ustanovení první z nich se budou vztahovat ke specifickým MS a spolehlivosti. Toto bude dále ověřováno normalizační komisí a komunikováno s odbornou veřejností. MODELOVÁNÍ Obecně Abychom mohli používat plně pravděpodobnostní metodu a metodu dílčích součinitelů bezpečnosti, potřebujeme modely, které dokážou popsat degradační proces v čase. Takových a ještě se širokým mezinárodním konsenzem však v naší oblasti (betonové stavebnictví, pozn. red.) zatím mnoho není. fib MC SLD, MC-2010 a ISO doporučují 2. Fickův zákon modifikovaný časově závislým difúzním koeficientem pro průnik chloridů a tradiční model druhé odmocniny času pro karbonataci. Oba modely, popsané a vysvětlené v uvedených třech dokumentech, jsou vysvětleny i v dalším textu. Dokumenty nevylučují pro užívání také další modely s podmínkou, že jsou dostatečně ověřeny zkušenostmi v reálných případech. Karbonatace Postup karbonatace lze popsat následujícím vztahem x t W k t, (1) c kde k je součinitel vyjadřující základní odolnost vybrané betonové směsi (poměr w/c, typ cementu, přísady) v referenčních podmínkách a za vlivu základních podmínek prostředí (tj. relativní vlhkosti a koncentrace CO 2 ) proti postupu karbonatace. Odráží také vliv provádění betonové konstrukce. W vnáší do vztahu vliv proměnných meso-klimatických podmínek pro specifický betonový prvek během jeho životnosti, jako jsou vlhkost a teplota. Při návrhu nové konstrukce mohou být faktory k a W odvozeny ze záznamů o stávajících konstrukcích, kde je návrh směsi betonu, provádění i vystavení podmínkám prostředí podobné jako u nově navrhované konstrukce. Pro posouzení zbytkové životnosti stávající konstrukce mohou být hodnoty k a W stanoveny přímo dle stavu vyšetřované konstrukce. Průsak chloridů Průsak chloridů z mořské vody (nebo rozmrazovacích solí, pozn. red.) by měl být posuzován pomocí následujícího vztahu x C(x,t) C ( C C ) erf( s s i 2 D ( t ) ) app t. (2) V tomto modifikovaném 2. Fickově zákonu difúze C (x, t) vyjadřuje obsah chloridů v betonu v hloubce x (povrch konstrukce: x = 0 mm) a v čase t [wt. %/obsah pojiva], C s obsah chloridů v povrchové vrstvě betonu [wt. %/obsah pojiva], C j počáteční obsah chloridů v betonu [wt. %/obsah pojiva], x je hloubka odpovídající obsahu chloridů C (x, t) [mm], D app (t) je koeficient difúze chloridů betonem [mm 2 /rok] v čase t (viz vztah (3)), t čas vystavení působení chloridů [roky] a erf je chybová funkce. t0 D () t D ( t ) app app 0 t, (3) kde D app (t 0 ) je koeficient difúze měřený v referenčním čase t 0 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 7

10 TÉMA TOPIC a α je faktor věku ovlivňující snižování difúzního koeficientu v čase. V závislosti na typu pojiva a podmínkách mikroprostředí se pohybuje mezi 0,2 až 0,8. Zdánlivý koeficient difúze po časovém úseku t vystavení působení chloridů D app (t) představuje konstantní ekvivalentní koeficient difúze dávájící podobný chloridový profil jako měřený profil pro konstrukci vystavenou chloridovému prostředí po dobu t. K poklesu zdánlivého koeficientu difúze dochází z několika důvodů: pokračující reakce pojiva, vliv snižování obsahu vody v kapilárách v povrchové zóně v čase, stupeň nasycení betonu, působení chloridů vniklých do betonu z mořské vody nebo rozmrazovacích solí (výměna iontů s následným zanášením (uzavíráním) pórů v povrchové vrstvě). Pro návrh nové konstrukce lze parametry C s, C i, D app (t 0 ) a α odvodit z nějaké stávající konstrukce, kde jsou betonová směs, provádění a podmínky expozice stejné jako ty předpokládané pro novou konstrukci. 6 7 Při posuzování zbytkové životnosti stávající konstrukce, faktory, s možnou výjimkou α, mohou být určeny přímo z odpovídajících měření na konstrukci. Pro oba případy, návrh nové konstrukce i posouzení zbytkové životnosti stávající konstrukce, lze faktor stáří α získat z místního šetření konstrukce s podobnou betonovou směsí, realizací a podmínkami prostředí, jako u řešené konstrukce. Pro výpočet faktoru stárnutí jsou třeba výsledky alespoň ze dvou intervalů (s dostatečným odstupem mezi nimi) expozice konstrukce v chloridovém prostředí. Další degradační mechanismy O účinku kyselin, síranů a alkalické reakci MC-2010 a ISO uvádí, že zatím nejsou dostupné žádné časově závislé modely s širokým mezinárodním konsenzem a že plně pravděpodobnostní přístup a přístup na základě metody dílčích součinitelů bezpečnosti nejsou v těchto případech v současnosti vhodné. Pro tyto mechanismy by měly být použity postupy zahrnuté v metodě dodržení zásad životnosti a metodě vyloučení vlivů způsobujících degradaci (deemed-to-satisfy and avoidance-of-deterioration approaches). Pro rozmrazovaní a zmrazování byl formulován obecný časově závislý model, který je však vzhledem ke složitosti vstupních parametrů zatím obtížně použitelný. Proto by i v tomto případě měly být v praxi používány přístupy metod dodržení zásad životnosti a vyloučení vlivů způsobujících degradaci. Jak bylo zmíněno, komise fib a ISO měly problém s doporučením časově závislých modelů pro výpočet rychlosti postupu koroze výztuže po její depasivaci, přestože modely schopné určit celkový objem korozivních produktů již existují. Je však u nich problematické rozlišit koncentrovanou (důlkovou) korozi a korozi rozprostřenou na větší plochu s méně vážnými následky. Vliv trhlin Intuitivně předpokládáme, že konstrukce poškozené trhlinami budou degradovat rychleji než konstrukce bez trhlin. Avšak ani fib ani ISO komise nerozhodly o doporučení nějakého obecného modelu, který by zahrnoval tento jev. Komise zatím doporučují setrvat u zjednodušeného přístupu užívaného ve většině současných operativních norem. To znamená, že koroze výztuže není ovlivněna šířkou trhliny pod určitou hodnotou. V závislosti na náročnosti prostředí a citlivosti konstrukce je tato mezní šířka trhliny udávána jako charakteristická hodnota (horní 5% kvantil) v intervalu 0,2 až 0,4 mm. V nejtvrdších podmínkách expozice (např. expoziční třídy XD3/XS3, jak je definuje ISO [17] a EN 206-1), jsou- -li použitelnost nebo konstrukční celistvost narušeny a jestliže sledování, kontroly a případné zásahy nelze provádět, je doporučeno vyloučit vlivy způsobující degradaci. Nejistoty v modelech a datech Jako inženýři skromně přiznáváme a připouštíme, že mode- Obr. 6 Platforma Oseberg A v bouřlivém počasí [19] Fig. 6 Oseberg A platform in stormy weather [19] Obr. 7 Inspektor posuzující stav betonového pláště těžní platformy v Norském moři [19] Fig. 7 An inspector assessing the condition of a concrete shaft on a North Sea petroleum installation [19] 8 BETON technologie konstrukce sanace 6/2013

11 TÉMA TOPIC ly, které používáme, jsou pouze přiblížením skutečného chování konstrukcí. Podobně jako v tradičních postupech návrhu, musí být nejistoty modelů do výpočtů zahrnuty tak, aby jejich následky byly, pokud možno, potlačeny. Stejně tak máme základní problém, když se pokoušíme popsat dlouhodobou odolnost konstrukce pomocí zrychlených zkoušek mladých betonových prvků v laboratoři. MC-2010 a ISO varují uživatele před nekritickým spoléháním se na předpovědi založené na laboratorních testech vzorků starých pouze několik měsíců a extrapolovaných do konce návrhové životnosti bez zohlednění nejistot modelu i vstupních dat. Jedna z cest, jak redukovat tyto vlivy, je užívat k extrapolaci dat modely vycházející ze sledování konstrukcí vystavených po určenou dobu ve skutečném prostředí. Norská normalizační komise užívala tento přístup, když jsme prověřovali současné požadavky na dodržení zásad životnosti zahrnuté v norských normách. Maage a Smeplass [18] analyzovali a extrapolovali místní šetření o karbonataci konstrukcí starých přibližně jednu dekádu. Helland, Aarstein a Maage [19] analyzovali zbytkovou životnost deseti betonových konstrukcí v Norském moři na základě 180 chloridových profilů sestavených po 2 až 26leté expozici (obr. 6 a 7). Obě studie byly zpracovány podle modelů a principů založených na MS (depasivaci) a stupni spolehlivosti, jak jsou popsány pro plně pravděpodobnostní metodu v MC-2010 a ISO PŘEDPOKLADY NÁVRHU Z HLEDISKA PROVÁDĚNÍ, ÚDRŽBY A OPRAV Navrhujeme-li novou konstrukci (nebo rekonstrukci stávající konstrukce), je třeba pracovat s některými základními předpoklady. Proces výstavby konstrukce musí zajistit, že výsledná konstrukce bude mít vlastnosti, které předpokládal její návrh. Kvalita odváděné práce a kvalita řízení procesů na staveništi musí proto dosahovat určité úrovně. MC-2010 a ISO proto považují za minimální požadovanou úroveň splnění požadavků uvedených v ISO Provádění betonových konstrukcí. Tato norma je více méně identická s evropskou normou EN Je zdůrazněno, že některé zvláštní požadavky na materiály nebo provádění vztažené k trvanlivosti nejsou vždy prováděcí normou pokryty a měly by být vyjasněny mezi autorem návrhu a realizátorem stavby jako část specifikace provádění. Očekává se, že dokončená konstrukce bude řádně prohlédnuta a zkontrolována. Je doporučováno, aby návrh a projekt konstrukce byl zakončen prováděcí dokumentací. Část této dokumentace, která obsahuje vstupní parametry k návrhu životnosti, a slouží proto jako podklad pro posouzení stavu během používání konstrukce, je často označována jako rodný list konstrukce. Pokud kontrola odhalí odchylky od specifikace, které překračují dané tolerance, musí být zahájen proces činností směřující k dosažení shody. Předpoklady týkající se sledování konstrukce během jejího užívání jsou v MC-2010 zahrnuty v kapitole 9 Údržba a pro normu ISO jako navazující norma ISO [21]. ISO pro údržbu a opravy betonových konstrukcí připravuje ISO TC-71/SC-7 pod vedením profesora Tamona Uedy, jednoho z hlavních autorů Kapitoly 9 MC Je to další z příkladů implementace ustanovení fib MC-2010 do operačních norem ISO. Dále je požadováno, aby projektant zpracoval v součinnosti s organizací, která se bude starat o provoz a údržbu konstrukce, Plán údržby. Tento plán by měl obsahovat instrukce k činnostem, o kterých se předpokládalo, že je bude třeba vykonávat, např. generální úklid, kontrola systému odvodnění, pravidelné prohlídky a opravy těsnění ad. V projektu by měl být také zahrnut plán prohlídek a kontrol. Tento plán by měl stanovit: jaké typy kontrol jsou požadovány, které prvky konstrukce by měly být kontrolovány, frekvenci prohlídek, kritéria, která by měla být splněna, zápis výsledků kontrol, návrh postupu v případě, že nebudou splněna požadovaná kritéria. Protože úroveň spolehlivosti, na které je založeno posouzení návrhu, je zvolena na základě možných následků stavu, kdy by konstrukce nevyhověla odpovídajícímu MS, je důležitost prohlídek a kontrol během životnosti konstrukce velmi vysoká. Bude-li konstrukce často podrobena důkladným kontrolám kvalifikovanými pracovníky, poškození a poruchy budou rozeznány v raném stadiu, které umožňuje místní vyspravení či opravu konstrukce, což zabrání vážnějším následkům. Není-li konstrukce (ani její části) vůbec podrobena kontrolám (často např. základy), mohou být případné následky jejích poruch či poškození mnohem vážnější. Je třeba, aby to bylo vzato v úvahu už při návrhu a v projektu konstrukce. ROZDÍLY MEZI fib MC SLD, fib MC-2010 A ISO MC SLD byl prvním z tohoto typu dokumentů. Jeho posláním bylo představit nový koncept, a proto zahrnuje rozsáhlé komentáře, vysvětlení a řadu informativních příloh s příklady použití. Příklady byly pro čtenáře velmi užitečné, ale někteří si je špatně interpretovali a považovali je za obecně platné. Takové chyby v užívání způsobily různá nepochopení a rozčarování, protože získané výsledky byly v těchto případech nerealistické a matoucí. Část odborné veřejnosti spojovala MC SLD pouze s modelováním na základě plně pravděpodobnostní metody. V praxi a v oblasti standardizace byla k novému přístupu z těchto důvodů značná skepse. V kontrastu k MC SLD je MC-2010 obecný dokument pokrývající všechny oblasti návrhu, výstavby, údržby a případného odstranění konstrukce. Různé prvky důležitosti pro návrh životnosti jsou zde předkládány a rozebírány paralelně jak v návrhu konstrukce, tak i v návrhu z pohledu udržitelnosti. Hlavní prvek návrhu životnosti konstrukce je zahrnut v kapitole 7.8 Posouzení mezních stavů z pohledu trvanlivosti. MC-2010 nepřejal informativní přílohy z MC SLD, ale odkazuje na tento dokument, pokud čtenáři mají zájem. Text MC-2010 je v zásadě stejný jako v normativní části MC SLD, je však vyzrálejší díky předchozím zkušenostem s MC SLD a faktu, že staré jádro fib TG 5.6 bylo rozšířeno o dvacet pět odborníků pracujících v komisích ISO, aby současně s fib SAG-5 pracovali na MC ISO je téměř ekvivalentní v otázkách návrhu životnosti s MC-2010, ale obsahuje méně komentářů. Protože ISO je především operativní norma, její rozsah se od MC-2010 liší. 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 9

12 TÉMA TOPIC Tato mezinárodní norma specifikuje principy a doporučuje postupy pro posouzení trvanlivosti betonových konstrukcí vystavených: známým nebo předvídatelným vlivům prostředí způsobujícím degradaci materiálu vedoucí až k nemožnosti sloužit účelu, ke kterému byla konstrukce navržena, zhoršování materiálových vlastností bez agresivity ze strany vnějšího prostředí konstrukce, označované jako stárnutí materiálu. Poznámka: Např. chloridy přítomné v betonové směsi mohou způsobit vnitřní degradaci materiálu i v případě, že další chloridy nebudou z povrchu vnikat. Tato mezinárodní norma je určena pro národní normotvorné orgány pro jejich práci v posuzování a oceňování jejich požadavků na trvanlivost betonových konstrukcí. Norma může být také použita pro: posouzení zbytkové životnosti stávající konstrukce, pro návrh životnosti nových konstrukcí za předpokladu kvantifikovaných parametrů na úrovni spolehlivosti a návrhových parametrů daných národními přílohami tohoto mezinárodního standardu. V příloze E k ISO jsme uvedli návod na obsah takové národní přílohy. DALŠÍ AKTIVITY fib NA POLI NÁVRHU ŽIVOTNOSTI Komise 5 Aspekty životnosti konstrukce je základní fib komisí na toto téma. Pracovní skupiny v současnosti zpracovávající dokumenty v přímé podpoře MC-2010 a ISO jsou: TG 5.08 Podmínky kontroly a posuzování železobetonových konstrukcí vystavených korozivnímu prostředí, TG 5.09 Předlohy technických specifikací pro účely oprav a zásahů, TG 5.10 Rodný list a další doklady pro management životnosti, TG 5.11 Kalibrace předpisů dodržení zásad životnosti vzhledem k trvanlivosti, TG 5.13 Operativní dokumenty pro podporu návrhu životnosti. ZÁVĚRY MC-2010 zahrnuje návrh betonové konstrukce souběžně z hlediska únosnosti, její životnosti a udržitelnosti. Hlavní autor části MC-2010 zaměřené na udržitelnost je prof. Koji Sakai. Je také předsedou paralelní subkomise ISO TC-71, která se zabývá implementací těchto ustanovení do ISO [22], soustavy norem zajišťující kompatibilitu mezi oběma soubory dokumentů. Návrh životnosti konstrukce je hlavní jmenovatel všech výpočtů zaměřených na náklady a udržitelnost pro vlastníka i společnost. Jako předseda pracovní skupiny ISO TC-71/SC-3/WG-4 doufám, že koncept založený na MS a spolehlivosti vyvinutý fib a implementovaný ISO zlepší současnou situaci a umožní praxi přistupovat k racionálnějším rozhodnutím. V Evropě jsme začali s procesem revize našich hlavních normových předpisů pro výstavbu betonových konstrukcí. Výsledky tohoto procesu by se měly objevit na konci této dekády. Spojením pracovní skupiny CEN TC-104 (materiály a provádění) a TC-250/SC-2 (návrh) s překrývajícími se náplněmi se nová metodologie dostala do jejich diskuzí. Podobná snaha zařadit fib/iso metodologii návrhu životnosti byla vyjádřena TC-250/SC-2, když se začínalo s procesem revize EN 1992 [23]. Literatura: [1] CEB/FIP Model Code 90, fib fédération internationale du béton, International Federation for Structural Concrete. Case Postale 88, CH-1015 Lausanne, Switzerland, 1993 [2] FIP/CEB Bulletin No 228, High Performance Concrete. Extensions to the Model Code 90, fib, Lausanne, Switzerland, 1995 [3] fib Bulletin No. 4, Light Weight Aggregate Concrete part 1: Recommended extensions to Model Code 90, fib, Lausanne, Switzerland, 2000 [4] fib Bulletin No. 34, Model Code for Service Life Design, fib, Lausanne, Switzerland, 2006 [5] fib Bulletin No. 65, Model Code 2010, Final draft, Vol. 1, fib, Lausanne, Switzerland, 2012 [6] fib Bulletin No. 66, Model Code 2010, Final draft, Vol. 2, fib, Lausanne, Switzerland, 2012 [7] Walraven J., Bigaj-van Vliet A.: The 2010 fib Model Code for concrete structures: a new approach to structural engineering, Structural Concrete, Journal of the fib, Vol. 12, No. 3, September 2011 [8] ISO Durability Service Life Design of Concrete Structures, International Organization for Standardization ISO Central Secretariat. 1, ch. de la Voie-Creuse, CP 56, CH-1211 Geneva 20, Switzerland, 2012 [9] WTO Agreement on technical barriers to trade (TBT), Uruguay Round Agreement, World Trade Organization, docs_e/legal_e/17-tbt_e.htm [10] ISO 2394 General Principles on reliability for structures, ISO, Geneva, Switzerland, 1998 [11] EN 1990, Eurocode Basis of structural design, CEN European Committee for standardization, Avenue Marix 17, B-1000 Brussels, Belgium, 2002 [12] Harrison T.: CEN/TR Survey of national requirements used in conjunction with EN 206-1:2000, CEN, Brussels, Belgium, 2009 [13] EN , Eurocode 2: Design of concrete structures Part 1-1: General Common rules and rules for buildings, CEN, Brussels, Belgium, 2004 [14] EN Execution of concrete structures, CEN, Brussels, Belgium, 2009 [15] EN Concrete Part 1: Specification, performance, production and conformity, CEN, Brussels, Belgium, 2000 [16] Bamforth Ph.: Enhancing reinforced concrete durability, Concrete Society Technical Report no 61. The Concrete Society, Riverside House, 4 Meadows Business Park, Station Approach, Blackwater, Camberley, Surrey, GU17 9AB, 2004 [17] ISO Concrete Part 1: Methods of specifying and guidance for the specifier, ISO, Geneva, Switzerland, 2007 [18] Maage M., Smeplass S.: Carbonation A probabilistic approach to derive provisions for EN 206-1, DuraNet, Third workshop, Tromsø, Norway, June 2001, Reported in Betongkonstruksjoners Livsløp report no 19, Norwegian Road Administration, P.O.Box 8142, 0033 Oslo, 2001 [19] Helland S., Aarstein R., Maage M.: In-field performance of North Sea offshore platforms with regard to chloride resistance, Structural Concrete, Journal of the fib, Vol. 11, No. 2, June 2010 [20] ISO Execution of concrete structures, ISO, Geneva, Switzerland, 2009 [21] ISO/DIS Maintenance and repair of concrete structures, ISO, Geneva, Switzerland, 2011 [22] ISO Environmental management for concrete and concrete structures, ISO, Geneva, Switzerland, 2012 [23] CEN TC250/SC2 document N 833 Future development needs in EN 1992 s, Secret. DIN, mailing address: Berlin, Germany Doufám, že tato metodologie bude promítnuta i do lehké revize evropské normy pro výrobu betonu EN 206, jejíž dokončení bylo plánováno na rok 2013 (a bylo odsunuto, pozn. red.). Revize má umožnit 31 národním normotvorným orgánům zajistit pro jejich národní přílohy v rámci CEN vyšší míru harmonizace a transparentnosti, než je tomu v současnosti. DOI: /suco původní anglický text článku v Structural Concrete, Vol. 14, March 2013, pp Steinar Helland Skanska Norge as Post box 1175, Sentrum, 0107 Oslo, Norway steinar.helland@skanska.no Pozn. red.: O dokumentech, které jsou předmětem článku, bylo referováno v Beton TKS 3/2006 a 2/ BETON technologie konstrukce sanace 6/2013

13 FIREMNÍ PREZENTACE COMPANY PRESENTATION CEMEX A VUT V BRNĚ SPOLUPRACUJÍ NA VÝZKUMU VYUŽITÍ FLUIDNÍCH POPÍLKŮ VE STAVEBNICTVÍ Společně s růstem pozornosti, která je věnována ochraně životního prostředí, se významným způsobem zvyšují nároky na stavební průmysl a ekologické otázky s ním spojené. Zásoby a zdroje přírodních surovin jsou omezené, proto je nutné i v tomto odvětví hledat prostor pro možnosti využívání alternativních zdrojů. Těmi mohou být např. druhotné resp. odpadní materiály vzniklé při výrobě primárních surovin nebo energie. Z ekonomického hlediska je výhodné nakládat s odpadními materiály, protože není potřeba je těžit ani jinak získávat. Z hlediska ekologického je výroba z druhotných surovin také výhodná jejich vícenásobné použití pomáhá šetřit zdroje přírodních surovin pro další generace a obecně chrání životní prostředí. Z těchto důvodů začaly spolupracovat firmy CEMEX Czech Republic, s. r. o., a ČEZ Energetické produkty, s. r. o., spolu s Fakultou stavební VUT v Brně. Na společný projekt Možnosti průmyslového využívání fluidních popílků z nízkoteplotního spalování pro výrobu stavebních hmot získali účelovou podporu v rámci programu TIP Ministerstva průmyslu a obchodu ČR (projekt ev. č. FR-TI4/582). Projekt si klade za cíl zvýšit efektivitu využitrná rozdílnost obou druhů. Zejména tvar částic a od něj odvíjející se měrný povrch. Složení popílku je ovlivněno druhem použitého sorbčního činidla vápence nebo dolomitu. Z toho také plyne poměr obsahu CaO (oxidu vápenatého) a MgO (oxidu hořečnatého). Hodnota ztráty žíháním je zvýšena v důsledku obsahu zbytků uhlíku a vázané vody a CO 2 (oxidu uhličitého) v CaCO 3 (uhličitanu vápenatém), resp. MgCO 3 (uhličitanu hořečnatém). Fluidní popílek není ve většině zemí brán v úvahu jako příměs do betonu. Vymyká se totiž požadavkům na chemické složení. Zejména se jedná o obsah síranů a CaO. V případě síranů se jedná o nebezpečí pozdějšího vzniku ettringitu, čímž by došlo k narušení vnitřní struktury betonu, a tím ke snížení jeho pevností. Podobně je tomu u oxidu vápenatého, kdy by mohlo docházet k opožděné hydrataci, a tím nabytí objemu výsledného produktu a možnému rozpadu zatvrdlého cementového kamene. V současném stavu výzkumných prací jsou testovány možnosti využití fluidních popílků v betonech jako částečná náhrada portlandského cementu. Ověřovány jsou možnosti úprav fluidního popílku z produkce elektráren ČEZ, a. s., a to lokality Ledvice a Tisová. Jako 2 3 Pevnost v tlaku [N/mm 2 ] Cement Dětmarovice Pevnost v tlaku [N/mm 2 ] Cement Rudersdorf 1a 1b Obr. 1 Porovnání snímku fluidního popílku (vlevo) a popílku z klasického spalování (vpravo) Obr. 2 Pevnosti v tlaku po 28 dnech normálního zrání pro cement Dětmarovice Obr. 3 Pevnosti v tlaku po 28 dnech normálního zrání pro cement Rudersdorf tí fluidního popílku jako složky pro výrobu stavebních hmot na bázi cementu. Sníží se tak spotřeba energie při výrobě cementu, přírodní suroviny se nahradí surovinou odpadní a zároveň se sníží náklady na ukládání fluidních popílků na složiště (úložiště / skládky). Začlenění fluidního popílku do průmyslové výroby dalších stavebních hmot a výrobků by zajistilo efektivní využití fluidního popílku produkovaného uhelnými elektrárnami v České republice a nabídlo velký ekonomický a ekologický potenciál. Konsorcium tří účastníků projektu disponuje potřebným technickým zázemím, týmy vyškolených odborníků a pokrývá rozhodující většinu činností potřebných k realizaci a dosažení výsledků. Prozatím došlo k uzavření 1. etapy výzkumu. Zde by bylo zajímavé představit alespoň dílčí závěry výzkumu. Fluidní spalování se stává stále běžnější technologií pro čistší produkci elektrické energie. Tato technologie je používána v několika evropských státech, v Indii, Japonsku a USA. Hlavním přínosem je možnost snížení obsahu SO 2 (oxid siřičitý) a NO x (oxidy dusíku) ve spalinách. V případě fluidního popílku částice nemají kulový tvar a ani nejsou z větší části skelné. Na obr. 1 jsou snímky fluidního popílku a popílku z klasického spalování. Na obrázcích je pamožnosti úprav popílků pro přímé použití v betonech byly navrženy následující metody. První metodou bylo předvlhčení fluidních popílků, čímž mělo dojít k přeměně oxidu vápenatého na portlandit. V úvodních testech bylo potvrzeno, že k hydrataci CaO je potřeba množství vody odpovídající 5% hmotnosti popílku. Popílek tříděný byl předvlhčen a důkladně homogenizován před přimícháním k cementu. V následujícím textu jsou uvedeny výsledky úvodních experimentálních ověření možné substituce portlandského cementu fluidním popílkem z elektrárny Ledvice. Pro výrobu zkušebních těles byly použity vstupní suroviny: cement Rudersdorf a Dětmarovice CEM I 42,5 R, kamenivo frakce 8 16 mm Olbramovice, písek frakce 0 4 mm Žabčice, plastifikátor Cem Flow, fluidní popílek Ledvice. Byly použity vždy oba výše uvedené cementy pro receptury označené jako referenční (Ref). Dále byly navrženy receptury s částečnou náhradou cementů fluidním popílkem Ledvice (A 30 %, B 36 %, C 42 %). Z každé varianty byla vyrobena zkušební tělesa krychle o hraně 100 mm, z každé receptury 9 těles. Následně byly na zatvrdlých betonech stanovené objemové hmotnosti a pevnosti v tlaku po 7 a 28 dnech zrání. Dosažené výsledky po 28 dnech zrání jsou uvedeny na obr. 2 a 3. SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ ÚVODNÍCH ZKOUŠEK Potvrdil se možný potenciál využívání upravených fluidních popílků jako částečné náhrady cementového pojiva pro dosažení i lepších pevností v tlaku, zejména po 28 dnech zrání. Vývoj pevností je pro jednotlivé receptury mírně odlišný pro stejné receptury, ale jiný typ použitého portlandského cementu. V dalších experimentech bude sledován dopad na dlouhodobý vývoj pevností a hlavně na stav mikrostruktury a případných degradačních změn v závislosti na složení a granulometrii fluidních popílků z lokalit Tisová a Ledvice. VÍCE O SPOLEČNOSTI CEMEX CEMEX je globální firmou vyrábějící stavební materiály, která poskytuje vysoce kvalitní výrobky a spolehlivé služby zákazníkům a společenstvím ve více než 50 zemích po celém světě. Jako výrobce stavebních surovin a souvisejících výrobků si uvědomuje své zásahy do přírody, ale také svou úlohu dodavatele pro stavební průmysl. Proto klade důraz na využívání přírodních zdrojů co nejšetrněji, snaží se co nejvíce chránit přírodu a usiluje o hospodárné využití zásob surovin včetně funkčního zapojení vytěžených ploch do krajiny tak, aby byly využity pro přírodu, rekreaci a jiné. 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 11

14 STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES RODINNÝ DŮM POSTAVENÝ Z LEHKÉHO MONOLITICKÉHO TEPELNĚ-IZOLAČNÍHO BETONU FAMILY HOUSE BUILT FROM LIGHTWEIGHT INSULATING CONCRETE 1a Luděk Rýzner, Jiří Vincenc, Pavel Hladík, Michala Hubertová Článek popisuje návrh a realizaci rodinného domu postaveného s využitím lehkého tepelně izolačního betonu. Jedná se o teprve druhou významnou aplikaci tohoto typu betonu v České republice. Technologie monolitického lehkého betonu je náročná jak na přípravu všech částí projektu a návrh betonové směsi, tak i na vlastní realizaci, která vyžaduje důsledné dodržování pokynů projektu ve všech technologických fázích. This article describes design and realization of a family house built from lightweight insulating concrete. It is only a second significant application of this type of concrete in the Czech Republic. The lightweight concrete technology is demanding not only concerning preparation of all project parts and the concrete mixture recipe, but also concerning the realization of its own keeping the project directions consistently in all technologic phases. KONCEPT DOMU Stavba vychází ze základního obdélníkového půdorysu. Hmotově je pojednána jako těžký, betonový kvádr (2. NP) na odlehčené, prosklené podnoži (1. NP). Systém vnitřních atrií zaručuje maximální intimitu ve všech prostorách a řeší tak těsný kontakt domu s veřejnou plochou. Dům má jedno podzemní podlaží, dvě nadzemní a malou pracovnu na horní střeše. 1. NP má obytný charakter, smě rem do ulice je uzavřeno, do zahrady se masivním prosklením otevírá. 2. NP je klidovou zónou objektu s ložnicemi všech členů rodiny, jeho půdorysná plocha přesahuje přízemí a vytváří tak kryté prostory a stínění. Pracovna na střeše je odsazená od hran objektu, z lehké konstrukce a pohledově maximálně potlačena. Konstrukčně je budova navržena jako čtyřpodlažní, železobetonová stavba v kombinaci s ocelovými sloupy. Na domě bylo použito několik typů betonu dle konkrétního umístění. Hlavní inovace vychází z použití izolačního pohledového Liaporbetonu, takže mohly být vyloučeny složité detaily kolem sendvičových konstrukcí a isonosníků. Použité stěny o tloušťce 700 mm nevyžadují žádnou dodatečnou tepelnou izolaci. Také stropy jsou vybetonovány včetně konzol v jednom monolitickém celku tloušťky 530 mm. Konstrukční výška je proměnlivá, světlá výška místností je ve všech hlavních prostorách 2,8 m. Střechy jsou ploché, pochozí s terasami nebo ozeleněné extenzivní vegetací. KONSTRUKCE DOMU Dům byl navržen nad poměrně strmým erozně denudačním údolním svahem potoka. Řešené území je v 2. ochranném pásmu vodárny. Založení a konstrukce suterénu Založení konstrukce domu je navrženo plošné pomocí základové desky v podsklepené části a na základovém roštu nepodsklepená část. Pod základovou desku byl proveden podkladní beton tloušťky 100 mm z betonu C8/10. Základová deska a suterénní stěny jsou navrženy z vodostavebného betonu v systému bílá vana. Základová deska horní stavby má dvě hlavní výškové úrovně. Po vnějším obvodu základové desky 1. PP 12 BETON technologie konstrukce sanace 6/2013

15 STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES Obr. 1 Pohled na rodinný dům ze zahrady Fig. 1 View from the garden Obr. 2 Půdorysy, a) 1. NP, b) 2. NP Fig. 2 Ground plan, a) ground floor, b) 1 st aboveground floor Obr. 3 Řezy konstrukcí, a) podélný, b) příčný Fig. 3 Construction sections, a) longitudinal, b) cross section a v místech změn výškových úrovní jsou základové prahy (náběhy), které mají zešikmená čela. Výztuž základové desky je vázaná, distanční výztuže z vláknobetonu. Střední distanční výztuž u tloušťky více jak 450 mm byla provedena z vázané výztuže, jinak dle zvyklosti dodavatele. V místech kotvení ocelových sloupů byly osazeny kotevní plechy před betonáží základové desky. V extrémně namáhaných místech byly použity pro přenos smykového napětí v desce smykové lišty (Schöck Bole). Krytí výztuže bylo navrženo 35 mm ZÁDVEŘÍ 1.02 GARÁŽ 1.03 OBÝVACÍ POKOJ 1.04 SPÍŽ 1.05 KUCHYŇSKÝ KOUT 1.06 PŘEDSÍŃ WC 1.07 WC 1.08 TERASA 1.09 VNITŘNÍ SCHODIŠTĚ 1.10 VENKOVNÍ SCHODIŠTĚ 2a 2.01 HALA 2.02 KOUPELNA 2.03 ŠATNA 2.04 POKOJ 2.05 KOPELNA 2.06 POKOJ 2.07 KOUPELNA 2.08 ŠATNA 2.09 LOŽNICE 2.10 ATRIUM 2.11 VNITŘNÍ SCHODIŠTĚ 2.12 VENKOVNÍ SCHODIŠTĚ Svislé konstrukce 1. PP byly navrženy spolu se základovou deskou v systému bílé vany s těsněním pracovních spár a se systémem řízených smršťovacích spár. Tloušťky železobetonových stěn jsou 200 a 300 mm. Vnitřní stěny jsou napojeny pomocí vylamováků (Dumbo- -Stahl) na obvodové stěny. Armokoše byly navrženy z vázané výztuže s krytím 35 mm u vnějších stěn a 20 mm u vnitřních stěn. Distanční prvky z vláknobetonu. U vnitřních stěn, které nejsou v pohledové úpravě betonu, bylo možno použít distanční prvky dle zvyklostí dodavatele. Do obvodové stěny byly osazeny 2b prvky pro přerušení tepelného mostu (Schöck Isokorb) mezi zázemím bazénu a konstrukcí domu. Do stěn střední stěny jsou zakotveny schodišťové stupně pomocí navrtané a nalepené výztuže stupňů (na HILTI HIT-RE500). Stropní konstrukce nad 1. PP byly navrženy v jedné výškové úrovni o tloušťce 200 mm. Do této stropní desky byly před betonáží osazeny kotevní plechy ocelových sloupů 1. NP. Výztuž byla navržena vázaná, v horní vrstvě z KARI sítí s krytím 20 mm, distanční podložky dolní výztuže z vláknobetonu, horní výztuže dle zvyklostí dodavatele. Ve stropní desce je smyková výztuž řešena pomocí vázané výztuže a třmínkovými lištami (Schöck BOLE). Sloupy v 1. PP jsou ocelové o průměru 300 mm přivařené ke kotevním plechům zabetonovaným v základové desce. V hlavě jsou sloupy opatřeny hlavicí, ke které byla přivařena dolní výztuž stropní desky nad 1. PP. Nosné konstrukce horní stavby Horní stavba v 1. až 3. NP kombinuje materiály: ocelové sloupy, výztuhy železobetonových konstrukcí, konstrukce z běžných tříd betonu a konstrukce z Liaporbetonu. Stěny v 1. NP jsou navrženy jak z obyčejného betonu tloušťky 200, 250 a 300 mm, tak z Liaporbetonu v tloušťce 700 mm. Část vnitřních stěn je napojena pomocí vylamováků (Dumbo- -Stahl) na obvodové stěny. Armokoše jsou navrženy z vázané výztuže s krytím v tloušťce 40 mm u stěn z Liaporbetonu, 20 mm u vnitřních stěn z obyčejného betonu a 35 mm u vnějších stěn z obyčejného betonu. Distanční prvky jsou z vláknobetonu, jen u vnitřních stěn, které nejsou v pohledové úpravě betonu, byly použity distanční prvky dle zvyklostí dodavatele. V 1. NP jsou ocelové sloupy o průměru 245 mm přivařené ke kotevním plechům zabetonovaným ve stropní desce nad 1. PP. V hlavě jsou sloupy opatřeny 3a 3b 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 13

16 STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES Obr. 4 a) Kuchyně, b) obytný prostor se schodištěm do 2. NP, c) jídelna Fig. 4 a) Kitchen, b) living room and staircase to the 1 st above-ground floor, c) dining room Obr. 5 a) Schodišťový prostor, b) detail vykonzolovaných schodišťových stupňů Fig. 5 a) Staircase, b) detail of the cantilevers of the stairs 4a 4b 4c hlavicí, ke které byla přivařena dolní výztuž stropní desky nad 2. NP. Stropní konstrukce byla navržena tloušťky 530 mm, v částech 700 mm z Liaporbetonu, část stropní desky nad garáží je z obyčejného betonu tloušťky 200 mm. Do této stropní desky byly před betonáží osazeny kotevní plechy ocelových sloupů 2. NP. Výztuž byly navržena vázaná ve třech úrovních, dolní, střední a horní, distanční podložky dolní výztuže z vláknobetonu, střední a horní výztuže dle zvyklostí dodavatele. Ve stropní desce je smyková výztuž řešena pomocí třmínkových lišt. Ve stropní desce je osazen ocelový průvlak uložený na ocelové sloupy a spřažený se stropní deskou pomocí spřahovacích trnů. 14 BETON technologie konstrukce sanace 6/2013

17 STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES Stěny v 2. NP jsou opět navrženy z obyčejného betonu i z Liaporbetonu, ve stejných tloušťkách jako v 1. NP. Téměř všechny vnitřní stěny jsou v tomto podlaží navrženy jako stěnové nosníky a spřažením se stropními deskami tvoří prostorovou nosnou konstrukci. Armokoše jsou opět navrženy z vázané výztuže s krycími vrstvami a distančními podložkami navrženými dle stejných pravidel jako v 1. NP. Ocelové sloupy mají v 2. NP průměr 160 mm, jsou opět přivařeny ke kotevním plechům zabetonovaným ve stropní desce nad 1. NP a v hlavě jsou opatřeny hlavicí, ke které byla přivařena dolní výztuž stropní desky nad 2. NP. Stropní konstrukce nad 2. NP je navržena tloušťky 530 mm, v částech 700 mm z Liaporbetonu. Do této stropní desky byly před betonáží osazeny kotevní plechy ocelových sloupů 3. NP. Výztuž je navržena stejná jako u stropů v nižších podlažích. Svislé konstrukce jsou železobetonové o tloušťce 250 a 200 mm, které vybíhají nad stropní desku ve formě železobetonových atik. Stropní konstrukce nad 3. NP byla navržena v jedné výškové úrovni o tloušťce 200 mm z běžného betonu. Schodiště v celém objektu byla navržena jako konzoly vetknuté do železobetonových stěn v podlažích. Vetknutí bylo provedeno dodatečně vrtanou a vlepenou výztuží. Výztuž stupňů je z vázané výztuže a distanční podložky z vláknobetonu. 5a 5b Doporučení a požadavky pro realizaci konstrukce Před realizací konstrukce byl vypracován plán betonáže v návaznosti na pohledové plochy a požadavky na spáry mezi bedněním stropních konstrukcí a stěn. U konstrukcí z pohledového betonu byly zešikmeny hrany lištami 10/10 mm a bylo nutno dodržet kladečské plány bednících dílců dle stavební části projektové dokumentace, včetně rozmístění schwubtyčí apod. Vibrování betonové směsi muselo být prováděno zvlášť pečlivě, hlavně v místech, kde jsou stropní desky silně vyztuženy. Úpravě pracovních spár mezi jednotlivými betony byla věnována zvláštní pozornost. Zpracovatel statické části projektové dokumentace upozornil účastníky projektu na možný výskyt trhlinek v místě svodů kanalizace, kde jsou tloušťky železobetonových stěn oslabeny. Před betonáží konstrukcí bylo nutno zkontrolovat, zda jsou všechny prostupy provedeny v souladu se statickou i stavební částí projektové dokumentace. Před betonáží byly do konstrukcí vloženy veškeré rozvody elektro (chráničky, krabice, svítidla, zemnící prvky apod.) dle příslušné části projektové dokumentace. V projektu bylo předepsáno, aby po betonáži obvodových stěn, které jsou součástí bílé vany, byly tyto ponechány min. pět dnů v bednění pro minimalizaci negativních vlivů při rychlém poklesu gradientu teploty na rozvoj smršťovacích trhlinek. Stejné doporučení platilo i pro všechny stěny z pohledového betonu. POHLEDOVÝ MONOLITICKÝ TEPELNĚ IZOLAČNÍ BETON Pohledový monolitický tepelně izolační beton není sice běžným stavebním materiálem, ale je v posledních letech využíván evropskými architekty pro ztvárnění velmi zajímavých staveb [1]. Výhodou tohoto betonu je zejména možnost využití pohledového betonu současně v exteriéru i interiéru bez při- 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 15

18 STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES Obr. 6 Terasa a atrium v 1. NP Fig. 6 Terrace and atrium in the ground floor Obr. 7 Terasa ve 2. NP Fig. 7 Terrace on the 1 st above-ground floor Obr. 8 Betonová fasáda domu z ulice a ze zahrady Fig. 8 Concrete façade a) from the street, b) from the garden Obr. 9 Grafické znázornění pevnostních charakteristik lehkého betonu Fig. 9 Graph of the lightweight concrete strength 6 7 dání tepelných izolací. Na druhou stranu je vhodné si uvědomit, že tento druh betonu patří z hlediska technologie výroby, ukládání a ošetřování mezi náročnější aplikace a je proto nutné na tento fakt brát zřetel již při přípravě stavby. Vylehčení betonu se provádí dvěma způsoby. Přidáním lehkého kameniva Liapor a napěněním cementové matrice. Liaporbeton dosahuje nízké objemové hmotnosti pod kg/m 3. Pórovitost charakteristická i pro kamenivo Liapor zabezpečuje výbornou tepelnou izolaci. Napěnění cementové matrice se docílí použitím napěňujících přísad. Existuje několik variant receptur tohoto typu betonu a místně se jeho vlastnosti mohou lišit, což je dáno právě použitými surovinami v dané lokalitě. Před návrhem konstrukce z tohoto betonu je doporučeno na určené betonárně provést průkazní zkoušku betonu. Objemová hmotnost ztvrdlého betonu ve vysušeném stavu se pohybuje mezi 900 a 950 kg/m 3, s přirozenou vlhkostí do kg/m 3. Pevnostní charakteristiky jsou znázorněny na obr. 9. Napěněním struktury betonu dochází ke zvýšení jeho objemu o 17 až 20 %. Stanovením charakteristik vzduchových pórů (Spacing factor) se tyto hodnoty víceméně potvrzují. Uvedené výsledky ale do určité míry ovlivňuje fakt, že při míchání betonu se vždy částečně podrtí lehké kamenivo a do výsledků tedy mohou vstupovat póry rozdrcených částeček lehkého kameniva. Obsah mikroskopického vzduchu (do 300 μm) se ale pohybuje kolem 6 %. Metodou horkého drátu byl u receptury stanoven koeficient tepelné vodivosti λ = 0,24 W/m.K. Specifika výstavby s použitím lehkého izolačního betonu Monolitický izolační beton s využitím kameniva na bázi expandovaného jílu zajišťuje žádoucí statické a požadované tepelně izolační hodnoty pro monolitické nosné tepelně izolační konstrukce, u kterých se nemusí používat dodatečná izolace ani jakékoliv jiné úpravy povrchů. Od parotěsných zábran, izolace nebo omítky se naprosto upouští. Stavební fáze se tak zkracuje na od- 16 BETON technologie konstrukce sanace 6/2013

19 STAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES 8a 8b 9 pevnost [MPa] Pevnostní charakteristiky stáří [dny] Vývoj pevnosti v tlaku Vývoj pevnosti v tahu za ohybu Literatura: [1] Hubertová M.: Monolitický izolační beton. Beton TKS, 2008/ samostatná příloha časopisu Povrchy betonu, pp , ISSN [2] Hubertová M.: Lehké betony. Beton TKS, 2012/samostatná příloha Betonové konstrukce 21. století betony s přidanou hodnotou, pp , ISSN [3] Liapornews 2/2005; 1/2008 Liapor GmbH Pautzfeld; [4] Liapornews 3/2007 Lias Vintířov, Lehký stavební materiál, k. s.; stranění bednění a vysušení stavebního prvku. Monolitickou konstrukci je třeba navrhnout tak, aby se v ní nevytvářely tepelné mosty. Docílené betonové povrchy jsou homogenní a jemně strukturované, není nutné je dále upravovat nebo dodatečně zušlechťovat. Estetický dojem, jež vyvolávají, odpovídá dnešnímu duchu doby. Doporučuje se však opatřit povrch hydrofobním nátěrem na beton, a to nejen kvůli vytvoření povrchu odpuzujícímu vodu, ale také z důvodu snížení špinivosti povrchu pohledového betonu. Při technologii výroby, ukládání a ošetřování existují určité odlišnosti, které je třeba akceptovat. Např., tak jako u jiných typů lehkých betonů s využitím lehkého pórovitého kameniva, se jedná o vyřešení nasákavosti lehkého kameniva. Použitím předmáčeného lehkého kameniva se dosáhne stabilnějšího reologického chování čerstvého betonu a lépe se reguluje napěnění cementové matrice. Tento monolitický izolační beton lze ukládat bádiemi. Nelze ho čerpat, čímž se zpomaluje samotná rychlost betonáže a musí se s tím tedy počítat již při návrhu samotné konstrukce. Doba zpracovatelnosti se dle okolních podmínek (zejména počasí) pohybuje od 60 do 90 min. Zejména vysoké letní teploty nejsou pro betonáž vhodné. Aby byly splněny tepelně technické požadavky, stěna z tohoto typu betonu musí být cca 700 mm silná. Lehké kamenivo Liapor má výraznou tepelně akumulační vlastnost, a proto může při vyšších teplotách prostředí docházet po uložení čerstvého betonu do bednění k velkému nárůstu teploty samotného betonu. Velmi důležité je dodržovat technologickou kázeň při hutnění betonu ponornými vibrátory. Pokud se během vibrace vibrátor dotýká stěn bednění, dochází k vadám povrchu. Také kontakt s výztuží není vhodný. ZÁVĚR Rodinný dům v Praze Kunraticích je druhou významnou aplikací pohledového tepelně izolačního betonu v České republice a poprvé zde byl tento typ betonu použit nejen na stěny, ale také na stropní konstrukci. Před výstavbou byly provedeny zkušební stěny, které napomohly k nalezení optimální technologie na dané stavbě. Závěrem lze konstatovat, že se tento inovační ultralehký beton výborně osvědčuje v praxi i přes některá technologická úskalí, která je třeba během míchání, dopravy a ukládání překonat. Investor Zpracovatel Projekt nosné konstrukce Generální dodavatel Dodavatel betonu soukromá osoba OK Plan architects, s. r. o., Humpolec, Ing. arch. Luděk Rýzner, Ing. arch. Jiří Vincenc Ing. Pavel Hladík, Hladík a Chalivopulos, s. r. o. ROSS Holding Skanska, a. s. Návrh LWC Liaporbeton Ing. Michala Hubertová, Ph.D., MBA Realizace 2010 až 2013 Fotografie: Iveta Kopicová Ing. arch. Luděk Rýzner Ing. arch. Jiří Vincenc oba: OK plan architects, s. r. o. Na Závodí 631, Humpolec Ing. Pavel Hladík Hladík a Chalivopulos, s. r. o. Pekařská 398/4, Brno hladik@hch.cz tel.: Ing. Michala Hubertová, Ph.D., MBA michala.hubertova@gmail.com 6/2013 technologie konstrukce sanace BETON 17

20 MATERIÁLY A TECHNOLOGIE MATERIALS AND TECHNOLOGY TRVANLIVOST LEHKÉHO KONSTRUKČNÍHO BETONU DURABILITY OF LIGHTWEIGHT STRUCTURAL CONCRETE Michala Hubertová Trvanlivost je schopnost výrobku provozuschopnosti po stanovenou dobu v určeném prostředí. Může být také definována jako schopnost betonu odolávat vnějším vlivům, jako jsou klimatické podmínky, vliv životního prostředí, chemickým látkám a mechanickému poškození. Lehký beton stejně jako obyčejný beton podléhá normě ČSN EN 206-1/Z3 a musí být tedy klasifikován podle tříd agresivity prostředí. K trvanlivosti lehkého betonu se přistupuje shodně jako k trvanlivosti obyčejného betonu, která je závislá zejména na pórovitosti a vlhkosti ztvrdlého betonu a na okolních podmínkách prostředí. Cílem článku je upozornit na odlišnosti v chování betonu zejména díky přidání lehkého pórovitého kameniva, které mohou mít vliv na trvanlivost konstrukce vyrobené z tohoto typu betonu. Durability is the capability of a product, component, assembly, or construction to maintain its serviceability over a specified period of time in a specified environment. The durability of concrete can be defined as its ability to resist external influences such as climatic conditions, environmental exposure, chemical attack and mechanical damage. Lightweight concrete as well as ordinary concrete belong to standard EN 206-1/ Z3 and must therefore be classified according to classes of aggression environments. The issue of durability of lightweight concrete is the same as for normal concrete durability, which is particularly dependent on the porosity and moisture content of hardened concrete, and then to the surrounding environmental conditions. This article aims to highlight the differences in the behaviour of the concrete especially with the addition of lightweight porous aggregates, which can affect the durability of the construction made of this type of concrete. Pantheon postavený kolem roku 126 stále zůstává nedotčen. Jeho kopule je postavena z lehkého betonu vyrobeného z přírodního lehkého kameniva z vulkanických zdrojů a objemová hmotnost tohoto betonu se od spodní části kopule směrem k vrcholu snižuje. Skutečnost, že mnoho betonových konstrukcí postavených v dnešní době má krátkou životnost, což vede k nákladným opravám, zdůrazňuje význam trvanlivosti. U konstrukčního lehkého betonu se očekává, že poskytne stejnou pevnost a trvanlivost jako obyčejný beton. Lze uvést řadu příkladů odolných konstrukcí z lehkého betonu, přesto existují obavy o životnost konstrukcí z lehkého betonu, zejména pokud jde o mrazuvzdornost, odolnost povrchu vůči CHRL a mechanickou odolnost. Konstrukční lehké betony obvykle obsahují kamenivo vyrobené výpalem jílů či břidlic, expandovaného či sbalkovaného popílku nebo strusky nebo kamenivo z přírodních pórovitých vulkanických zdrojů. Protože se v České republice používá zejména lehké kamenivo na bázi expandovaného jílu, článek bude zaměřen převážně na lehké betony vyrobené z tohoto kameniva. Trvanlivost betonu je ovlivňována propustností (permeabilita) krycí vrstvy betonu. Základní podmínkou pro členění mechanismů v betonu je přístup k vodě a propustnost mikrostruktury určující, jak rychle jsou agresivní kapaliny nebo ionty dopravovány do struktury ma teriá lu. Pronikání agresivních iontů a tekutin do a z betonu závisí na mikrostruktuře materiálu a povaze prostupující látky, stejně jako na vlhkosti, teplotě a tlaku. V praxi je nejčastějším problémem životnosti železobetonové konstrukce koroze výztuže. Hlavním faktorem koroze je propustnost betonu, konkrétně propustnost krycí vrstvy betonu. Trvanlivostní aspekty LWAC, které je vždy třeba zvážit podrobněji, jsou: propustnost (permeabilita), koroze výztuže, odolnost proti zmrazování a rozmrazování, mechanická odolnost (otěr), chemická odolnost, alkalicko-křemičitá reakce (ASR). PROPUSTNOST (PERMEABILITA) Vysoká pevnost a trvanlivost lehkého betonu je dána kvalitní (nepórovitou) cementovou matricí a kvalitním lehkým kamenivem jako plnivem. V důsledku absorpce vody lehkým kamenivem v průběhu zrání čerstvého betonu (zejména je-li použito suché lehké kamenivo) mají lehké betony velmi kvalitní kontaktní zónu (přechodové pásmo) mezi kamenivem a cementovým tmelem. Kvalitní hutná cementová pasta a kontaktní zóna zajišťují vysokou odolnost proti průniku agresivních látek, kyslíku a vody. Proto se u kontaktní zóny lehkých betonů často hovoří o další fázi kompozitu, které je třeba věnovat pozornost. Slabým článkem, pokud jde o propustnost, je samotné lehké kamenivo. Pórovitost i propustnost určují vlastnosti cementové matrice, lehkého kameniva a kontaktní zóny kameniva a cementové pasty. Voda hraje důležitou roli ve všech degradačních mechanismech v betonu a míra absorpce vody je proto dobrým ukazatelem potenciální trvanlivosti. Je známo, že při vyšším vodním součiniteli vznikají v cementové matrici mezi zrny hydratujícího cementu kapilární póry nepravidelného tvaru, jejichž velikost se pohybuje od 0,1 do 10 μm. Množství těchto pórů lze technologicky ovlivnit snížením vodního součinitele a způsobem ošetřování zrajícího betonu. Stejně jako u obyčejného i u lehkého betonu platí, že čím nižší vodní součinitel cementová pasta má, tím méně obsahuje kapilárních pórů. Hutnou strukturou cementové pasty se omezí možnost lehkého pórovitého kameniva podílet se na transportu vody v kapilárním systému betonu. Opačně, zvýšení vodního součinitele způsobuje hrubší pórový systém, kapilární odpor v pastě se sníží, což teoreticky umožní pórovitému kamenivu podílet se na transportu vody uvnitř betonu. Propustnost betonu také určuje dlouhodobý obsah vlhkosti lehkého betonu a lehkého kameniva při styku s vodou či ve vlhkém prostředí. Tento parametr je důležitý pro dlouhodobou objemovou hmotnost, ale i pro všechny trvanlivostní mechanismy spojené s přítomností vody. Podrobná studie zaměřená na vliv úrovně dlouhodobé vlhkosti lehkého betonu na trvanlivost dosud nebyla publikována. Lze konstatovat, že, stejně jako u obyčejného betonu, je vhodné zajistit opatření proti dlouhodobému působení vlhkosti na železobetonové konstrukce, a to konstrukčně i technologicky. Vznik trhlin v krycí vrstvě betonu má místně vliv na propustnost a může způsobit vyšší nasákavost betonu vodou a vniknutí agresivních látek s následným vlivem na trvanlivost. Přírodní kamenivo je velmi pevné v porovnání s okolní matricí, což způsobuje místní koncentrace napětí a rozvoj trhlin. Na druhou stranu pro lehké betony je charakteristická rovnost modulu pružnosti kameniva a matrice, což umožňuje rovnoměrnější rozložení napětí a méně rozsáhlý vznik případných trhlin [10]. Vznik trhlin může způsobit smršťování. Lehký beton má v porovnání s nor- 18 BETON technologie konstrukce sanace 6/2013