MOŽNOSTI SANACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ POŠKOZENÝCH PŮSOBENÍM VYSOKÝCH TEPLOT

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV TECHNOLOGIE STAVEBNÍCH HMOT A DÍLCŮ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF TECHNOLOGY OF BUILDING MATERIALS AND COMPONENTS MOŽNOSTI SANACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ POŠKOZENÝCH PŮSOBENÍM VYSOKÝCH TEPLOT POSSIBILITIES OF REHABILITATION OF CONCRETE STRUCTURES DAMAGED BY HIGH TEMPERATURESV BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR VÁCLAV VOVESNÝ Ing. LENKA BODNÁROVÁ, Ph.D. BRNO 2014

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště B3607 Stavební inženýrství Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3607R020 Stavebně materiálové inženýrství Ústav technologie stavebních hmot a dílců ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student Václav Vovesný Název Vedoucí bakalářské práce Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce V Brně dne Možnosti sanace betonových konstrukcí poškozených působením vysokých teplot Ing. Lenka Bodnárová, Ph.D prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT

3 Podklady a literatura Designing Concrete Structures for Fire Safety, ACI, SP-255 Drochytka, R. Trvanlivost stavebních materiálů, učební opora VUT Brno, FAST, 2008 Momber, A. Hydrodemolition of Concrete Surface and Reinforced Concrete, Elsevier, 2005, ISBN Bydžovský, J. Technologie sanace. Studijní opora, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Brno, 2007 Sborníky z tuzemských a zahraničních konferencí (r ). České a zahraniční normy. Internetové zdroje. Zásady pro vypracování Problematika působení vysokých teplot na betonové konstrukce a možnosti následných oprav konstrukcí poškozených vysokými teplotami a požárem jsou vysoce aktuální témata. V rámci bakalářské práci proveďte rešerši poznatků týkajících se problematiky působení vysokých teplot na cementové betony, včetně popisů dějů, které probíhají v cementovém kompozitu při působení vysokých teplot. Vyhledejte informace o postupech diagnostiky betonových konstrukcí porušených vysokými teplotami. Popište konkrétní případ sanace betonové konstrukce porušené vysokými teplotami. Zaměřte se zejména na možnosti užití technologie vysokotlakého vodního paprsku pro sanace betonových konstrukcí. V praktické části práce proveďte zatížení betonových zkušebních vzorků vysokou teplotou a proveďte stanovení fyzikálně-mechanických vlastností betonu po působení vysokých teplot. Předepsané přílohy... Ing. Lenka Bodnárová, Ph.D. Vedoucí bakalářské práce

4 Abstrakt Bakalářská práce se zabývá chováním cementových betonů při zatížení vysokými teplotami. V teoretické části jsou popsány procesy probíhající ve struktuře betonu a v jeho jednotlivých složek. Dále jsou popsány možnosti diagnostiky betonu a jeho následné sanace. V možnostech sanace a předúpravy povrchu byl kladen důraz hlavně na vysokorychlostní vodní paprsek. V experimentální části byly ověřeny fyzikálně-mechanické vlastnosti vzorků zatíženými vysokou teplotou a posouzen vliv tlaku vodního paprsku. Klíčová slova Beton, požár, vysoké teploty, explozivní odprýskání, diagnostika, sanace, vysokorychlostní vodní paprsek Abstract The bachelor thesis studies the behavior of the cement concrete exposed to high temperatures. The theoretical part describes the processes in the concrete structure and its individual components. It also describes the diagnostic possibilities of the concrete and its subsequent rehabilitation. In case of rehabilitation and surface pretreatment possibilities, the emphasis was mainly placed on the high-speed water jet. Physical-mechanical properties of the samples were verified by heavy load of pressure from high-speed water jet and high temperature in the experimental part. Keywords Concrete, fire, high temperature, exposive sparing, diagnostics, rehabilitation of concrete, high-speed water jet

5 Bibliografická citace VŠKP Václav Vovesný Možnosti sanace betonových konstrukcí poškozených působením vysokých teplot. Brno, s., Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav technologie stavebních hmot a dílců. Vedoucí práce Ing. Lenka Bodnárová, Ph.D.

6 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje. V Brně dne podpis autora Václav Vovesný

7 PROHLÁŠENÍ O SHODĚ LISTINNÉ A ELEKTRONICKÉ FORMY VŠKP Prohlášení: Prohlašuji, že elektronická forma odevzdané bakalářské práce je shodná s odevzdanou listinnou formou. V Brně dne podpis autora Václav Vovesný

8 Obsah 1. ÚVOD CÍL PRÁCE Teoretická část Základní názvosloví a pojmy Požár Požární odolnost Požární úsek Požární stěna Ochranné vrstvy Žárovzdornost Požární bezpečnost Požární nebezpečí Základní požadavky požární bezpečnosti na stavby Hořlavost stavebních hmot Vliv vysokých teplot na normální cementové betony Vliv vysokých teplot na fyzikální vlastnosti nevyztuženého betonu Tepelné odprýskávání betonu Vliv vysokých teplot na cementový tmel Vliv vysokých teplot na kamenivo Vláknobeton Složení vláknobetonů Typy rozptýlené výztuže Ocelová vlákna Vlákna na bázi umělých hmot Celulózová vlákna Žárobetony Postupy pro diagnostiku betonových konstrukcí porušených vysokými teplotami Ultrazvuková impulsová metoda Akustická trasovací metoda Odrazová tvrdoměrná metoda Karbonatace betonu Jádrové vývrty Odtrhové zkoušky Diferenční termická analýza

9 3.4.8 RTG počítačová tomografie Rentgenová difrakční analýza Sanace betonu Způsoby odstraňování povrchových vrstev Odsekávání Otryskávání Frézování a broušení Termický ohřev Chemická preparace povrchu Vysokorychlostní vodní paprsek Spojení reprofilačních vrstev s podkladem a ošetření výztuže Provádění reprofilace Ošetřování reprofilačních vrstev Sekundární ochrana Použití vysokorychlostního vodního paprsku pro sanační účely po požáru Tunel ve Francii Použití pro odstranění části sutin Oprava tunelu po požáru v Californii Vysokorychlostní vodní paprsek Technologie VVP Technologické operace Rozdělení kapalinových paprsků Vodní paprsek s abrazivy Typy abraziv Výhody vysokorychlostního paprsku s abrazivem Pulzní paprsek Využití vysokorychlostního paprsku v průmyslu Vysokorychlostní paprsek a jeho využití ve stavebnictví Technologické postupy při předúpravě a sanaci betonu pomocí technologie vysokorychlostního vodního paprsku Trhání Objemové rozpojování Zdrsňování Čištění Drážkování Řezání

10 Vrtání EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Fyzikálně-mechanické vlastnosti betonu Objemová hmotnost Pevnost v tlaku Pevnost v tahu povrchových vrstev Zatěžování betonu vysokými teplotami Parametry vysokorychlostního vodního paprsku Aplikace vysokorychlostního vodního paprsku na zkušební vzorky Výsledky měření Objemová hmotnost Pevnost v tlaku a pevnosti určené pomocí tvrdoměru Schmidt Odstraněné objemy po působení vysokorychlostního vodního paprsku Závislost pevnosti na množství odebraného objemu Závislost odstraněného objemu na pevnosti v tahu povrchových vrstev Výskyt trhlin na povrchu vzorků Fotografie vzorků po použití vodního paprsku Zhodnocení výsledků experimentální části Závěr Zdroje Seznam obrázků Seznam grafů Seznam tabulek

11 1. ÚVOD Beton je kompozitní materiál, který má z požárního hlediska spoustu výhodných vlastností. Beton má nízkou tepelnou vodivost a je nehořlavý. Obyčejnému betonu, který není navržen s odolností proti požáru, hrozí nebezpečí povrchového odprýsknutí nebo vzniku trhlin. To má za následek odtržení různě tlustých krycích vrstev betonu a následné odhalení výztuže. Odhalená výztuž je také vystavena požáru a jeho vysokým teplotám. To vede ke ztrátě pevnosti. Sám beton může vykazovat zhoršení vlastností už při teplotách nad 300 C. [48] V dnešní době se požární bezpečnost řeší více, než kdy jindy. Nejde jen o obytné a veřejné stavby. Na silnicích se pohybuje stále více dopravních prostředků a s jejich počtem roste i počet autonehod na silnicích. Problémy nastávají s nehodami v silničních tunelech, kde kvůli autonehodě vznikne požár a na konstrukci tunelu začne působit vysoká teplota. Teploty mohou dosahovat hodnot i přes 1000 C a na to tradiční betonová konstrukce není dostatečně odolná. Kvůli tomu se vyvíjí řada betonu se speciálními vlastnostmi. Zvyšují se požadavky na jednotlivé složky. Důležitá je kvalita cementu a kameniva. Neméně důležitou složkou je druh použité výztuže, příměsí a přísad, a také záleží na použití ocelových a polypropylenových vláken. V případě požáru je pro minimalizaci škod potřebné začít co nejdříve se sanačními pracemi. Škody je důležité diagnostikovat a poté určit nejefektivnější postup samotné sanace. Novým směrem je vysokorychlostní vodní paprsek, který zaručuje odstranění porušeného betonu a zároveň nepoškodí beton zdravý. Dodržením těchto úkonů je zaručena vyšší životnosti opravených konstrukcí. 11

12 2. CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce je problematika působení vysokých teplot na betonové konstrukce a možnosti následných oprav. Popis dějů, které probíhají v cementovém kompozitu při působení vysokých teplot. Vyhledat postupy diagnostiky betonových konstrukcí porušené vysokými teplotami. Možnosti sanace betonové konstrukce, zejména užití technologie vysokotlakého vodního paprsku. V praktické části je úkolem stanovit fyzikálně-mechanické vlastnosti betonu po působení vysokých teplot. Teploty byly stanoveny na 400 C a 600 C. Dále bylo za cíl aplikovat na vzorky vysokorychlostní vodní paprsek k odstranění poškozených vrstev betonu a zhodnotit výsledky. 12

13 7. Zdroje [1]BRADÁČOVÁ, Isabela. Stavby z hlediska požární bezpečnosti. Vyd. 1. Brno: ERA group, s. ISBN [2] ZACH, Jiří. Požární ochrana. In: Speciální izolace [online] vyd., 2011 [cit ]. Dostupné z: [3] KUPILÍK, Václav. Stavební konstrukce z požárního hlediska. Praha: Grada Publishing, a.s., s. ISBN [4] PROCHÁZKA, Jaroslav, Radek ŠTEFAN a Jitka VAŠKOVÁ. Navrhování betonových a zděných konstrukcí na účinky požáru. Vyd. 1. Praha: Česka technika - nakladatelství ČVUT, 2010, 189 s. ISBN [5] KUPILÍK, Václav. Požární bezpečnost staveb. Praha : ČVUT, s., ISBN [6] HELA, Rudolf, BODNÁROVÁ, Lenka, KŘÍTOVÁ, Klára, VÁLEK, Jaroslav, Vytvoření postupů a receptur pro použití betonu s vyšší trvanlivosti vůči působení vysokých teplot v konstrukcích, Dílčí výzkumná zpráva za rok 2010, CIDEAS Centrum integrovaného navrhování progresivních stavebních konstrukcí, listopad [7] Cement and Concrete Research: An International Journal [online]. Hong Kong: Elsevier [cit ]. ISBN [8] BENEŠ, Michal. Tepelné odprýskávání betonu exponovaného účinkům vysokých teplot. [Online]. Centre for Integrated Design of Advanced Structures, [cit ]. Dostupné z: [9] OZAWA, Mitsuo, UCHIDAB, Shinya, KAMADAC, Toshiro, MORIMOTO, Hiroaki. Study of mechanisms of explosive spalling in high-strength concrete at high temperatures using acoustic emission. [Online].Science Direct, [Citace: ]. ISSN Dostupné z: 462X [10] JAROSLAV, Válek, BODNÁROVÁ, Lenka a HELA, Rudolf. Study of properties fibre concrete of heatloading. Prague, ISBN [11] SIČÁKOVÁ, A. a kolektiv, New generation cement concretes Ideas, Design, Technology and Aplications, 1. vydání Košice, červen 2008, 156 str., ISBN [12] COLLEPARDI, Mario, Radek ŠTEFAN a Jitka VAŠKOVÁ. Moderní beton. 1. vyd. Praha: Pro Českou komoru autorizovaných inţenýrů a techniků činných ve výstavbě (ČKAIT) vydalo Informační centrum ČKAIT, 2009, 342 s. Betonové stavitelství. ISBN

14 [13] Fire design of concrete structures : materials, structures and modelling Lausanne, Switzerland Case Postale, s. ISBN [14] NEVŘIVOVÁ, L. Žárovzdorné materiály, Speciální keramika, Studijní opory VUT Brno, 2006 [15]HELA, R. Technologie betonu I, Technologie betonu, Studijní opory VUT Brno, [16]HELA, R. Technologie betonu II, Technologie betonu, Studijní opory VUT Brno, [17] Bodnárová, L.: Kompozitní materiály ve stavebnictví, Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2002, ISBN [18] Krampeharex [online] [cit ]. Dostupné z: Faserbrochure_online.pdf [19] HAMMELMANN [online]. [cit ]. Dostupné z [20] Polymerová vlákna do betonu. Ebeton [online] [cit ]. Dostupné z: [21] Možností použití polymerních vláken s plazmovou úpravou v cementových kompozitech. Brno, Dostupné z: Bakalářská práce. VUT FAST. [22] Diagnostika betonových konstrukcí. Abs-portal [online] [cit ]. Dostupné z: [23] METODIKA MĚŘENÍ ROZVOJE PORUCH V MATERIÁLU ULTRAZVUKOVÝM PŘÍSTROJEM CONCRETEST MAŘÍK, CIKRLE a SVOBODA. Fce.vutbr.cz [online] [cit ]. Dostupné z: df [24] HOBST, Leonard, Jiří ADÁMEK, Petr CIKRLE a Pavel SCHMID. Diagnostika stavebních konstrukcí: přednášky. Brno: Vysoké učení technické, Fakulta stavební, 2005, 124 s. [25] ZJIŠŤOVÁNÍ PORUCH V MASIVNÍCH BETONOVÝCH BLOCÍCH S VYUŽITÍM ULTRAZVUKOVÉ IMPULSOVÉ METODY. [online] [cit ]. Dostupné z: L.pdf [26] ZÁKLADNÍ PŘÍSTROJE PRO NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠENÍ. In: Tzus.cz [online] [cit ]. Dostupné 97

15 z: pletni_nabidka_08_11.pdf [27] Karbonatace a sanace železobetonu [online] [cit ]. Dostupné z: [28] Vrtání betonu [online] [cit ]. Dostupné z: [29] VÝVRTY: ODBĚR, VYŠETŘENÍ A ZKOUŠENÍ V TLAKU. Lences.cz [online] [cit ]. Dostupné z: Diagnostika%20stavebnich%20konstrukci/Diagnostika%20stavebnich%20konstrukci %20-%20pruvodce.pdf [30]BODNÁROVÁ, Lenka. STUDIUM INTERSEKCE VYSOKOTLAKÉHO PAPRSKU A BETONU. Brno, Disertační práce. VUT FAST Brno. [31] KALLUS, Petr. Řezání vodním paprskem vnáší nový rozměr do stavebnictví. In: Režeme vodou [online] [cit ]. Dostupné z: [32] Struktura povrchů vytvořených vysokorychlostními vodními paprsky. SITEK, Libor. Youtube [online] [cit ]. Dostupné z: Wly1QEUsqmcrhx&index=10 [33] Řezání vodou. Akademi věd České Republiky [online] [cit ]. Dostupné z: [34]MAŇKOVÁ, Ildikó.: Progresívne technológie. 1. vyd. Košice: Vienala, 2000, 275 s.isbn [35] Hydrodemolition in the channel tunnel. Water jet technology association [online] [cit ]. Dostupné z: [36] Hydrodemolition in the channel tunnel. Water jet technology association [online] [cit ]. Dostupné z: [37] Příručka sanačního technika beton a železobeton. Novinybetosan [online] [cit ]. Dostupné z: [38] ČR, ÚGN - Ústav geoniky AV a [editor Libor SITEK]. Vodní paprsek výzkum, vývoj, aplikace: sborník abstraktů konference o technologii vodního paprsku = Water Jet Research, Development, Applications : book of abstracts of the 98

16 conference on Water jetting technology : Ostrava, Ostrava: Ústav geoniky AV ČR, ISBN [39] KUDLÁČEK. Povrchové úpravy. In: Fakulta elektrotechnická, ČVUT v Praze [online]. 2014, [cit ]. Dostupné z: [40] SPRÁVA ŽELEZNIČNÍ DOPRAVNÍ CESTY, státní organizace. TECHNICKÉ KVALITATIVNÍ PODMÍNKY STAVEB STÁTNÍCH DRAH: Kapitola 23 [online]. 3. vyd. Praha: České dráhy, a.s., Technická ústředna Českých drah, 2006 [cit ]. Dostupné z: [41] SOUČEK a STAŠ. Perspektivy využití RTG Počítačové tomografie ve výzkumu geomateriálů a v geotechnice. In: STAŠ. Ústav geoniky AVČR [online] [cit ]. Dostupné z: [42] LUBLÓY, Éva a György BALÁZS. MOŽNOSTI POUŽITÍ POČÍTAČOVÉ TOMOGRAFIE (CT) KE STUDIU BETONU. Betontks [online]. 2013, č. 6 [cit ]. Dostupné z: [43] ZIKMUND, PETRILAK a KAISER. X-RAY COMPUTED TOMOGRAPHY FOR CASTING ANALYSIS, DEFECTOSCOPY AND DIMENSIONAL INSPECTION. In: PETRILAK a KAISER. RENTGENOVÁ POČÍTAČOVÁ TOMOGRAFIE PRO ANALÝZU ODLITKŮ, DEFEKTOSKOPII A KONTROLU ROZMĚRŮ [online] [cit ]. Dostupné z: [44] Protipožární ochrana. [online] [cit ]. Dostupné z: [45] STRUŠKA, Ondřej. Analýza nekonvenčních technologií se zaměřením na řezání vodním paprskem a laserem [online]. Zlín, 2013 [cit ]. Dostupné z: equence=1. Diplomová práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. [46] NILSSON, Lars-Göran. Concrete repair after california tunnel fire. In: Hydropressure [online] [cit ]. Dostupné z: [47] Hydrodemolition. Hydropressure [online] [cit ]. Dostupné z: [48] KHOURY, Gabriel Alexander. Pasivní protipoţární ochrana tunelů. Beton: Technologie, Konstrukce, Sanace. 2004, čtvrtý, 2/2004, s [online]. Dostupné z: [cit ] [49] Beton: Technologie, konstrukce, sanace. Praha: Česká betonářská společnost, 2008, roč. 2008, č. 6. ISSN Dostupné z: [50] Foto: Ing. Libor Sitek, Ph.D. Ústav geoniky AV ČR v Ostravě 99

17 [51] Diagnostika vlastností betonů vystavených působení vysokých teplot. Brno, Diplomová práce. VUT v Brně fakulta stavební. Vedoucí práce Ing. Lenka Bodnárová, Ph.D. [52] Fibre Reinforced Concrete [online] [cit ]. ISSN Dostupné z: a3e242e8ee37/ib%2039.pdf 100