Využití syntetické kompozitní výztuže v moderním stavitelství

• Foto

Vlákny vyztužované polymerní materiály jsou kompozity skládající se z vysokopevnostních vláken obalené polymerní matricí. Vlákna jsou hlavním nositelem pevnostních vlastností a vykazují velmi vysokou pevnost a tuhost při namáhání tahem. Jednotlivé typy výrobků jsou vytvořeny z několika miliónů velmi tenkých vláken, která jsou vzájemně spojena polymerní matricí ve formě určitého typu pryskyřice. Ta jednak chrání vlákna před poškozením a jednak zajišťuje polohu jednotlivých vláken.

Tímto je dosaženo roznášení působícího namáhání na všechna vlákna rozmístěná v kompozitu. Existuje celá řada typů vláken a pryskyřic, které se používají pro výrobu kompozitních materiálů. Vlákna jsou vybírána na základě pevnosti, tuhosti a trvanlivosti vyžadované pro danou aplikaci. Nejčastěji jsou pro výrobu produktů používaných ve stavebnictví využívány tři typy syntetických vláken – skelné, aramidové (kevlarové) a uhlíkové. Nejpoužívanějšími typy pryskyřic, které jsou vybírány na základě prostředí, kterému bude výsledný materiál vystaven a také dle způsobu výroby kompozitu, jsou pryskyřice polyesterové, vinylesterové a epoxidové.

Mezi hlavní přednosti FRP materiálů patří:

• nízká hmotnost,
• antikorozní vlastnosti,
• vysoká pevnost v tahu,
• odolnost vůči bludným proudům a magnetická netečnost,
• lehká manipulace a doprava.

VYUŽITÍ FRP MATERIÁLŮ
Obvykle se výztužné prvky z kompozitních materiálů aplikují formou externí lepené výztuže na povrch stávající konstrukce, v některých  případech jsou výztužné prvky aplikovány do drážek v konstrukci. Zmíněné výztužné prvky se v moderním stavitelství nejčastěji používají k zesilování betonových, zděných, dřevěných a ocelových konstrukcí, u kterých došlo například k překročení plánované únosnosti prvku. Často se také využívají při zesilování konstrukcí z důvodu plánovaného vyššího namáhání způsobeného rekonstrukcí a adaptací stávající konstrukce.

FRP materiály mohou být využívány pro zvýšení ohybové pevnosti u trámů a stropních desek (obr. 1). Při aplikaci na boční strany trámů pak zvyšují odolnost ve smyku, obalením sloupů se zajišťuje ztužení a zvýšení únosnosti v prostém tlaku. Dále lze zvyšovat odolnost proti účinkům seismiky a větru. Betonová potrubí mohou být vyztužena pro zvýšení odolnosti proti vnitřním působícím tlakům, obdobně lze vyztužovat i různá sila a nádrže. Rozsah použití kompozitních materiálů ve stavebních konstrukcích je velmi široký a má oproti standardním metodám zesilování řadu výhod.

Novým směrem ve využití kompozitních materiálů ve stavebnictví je náhrada běžné ocelové výztuže kompozitní (sklolaminátovou) výztuží. Pro dočasné konstrukce (jejich plánovaná životnost je do 2 let) lze používat výrobky obsahující polyesterovou pryskyřici, pro trvalé konstrukce je pak nutno využívat prvky vyrobené z vinylesterové pryskyřice. To je dáno chemickou reakcí mezi kompozitním materiálem a betonem, kdy polyesterová pryskyřice doznává ve střednědobém horizontu povrchové degradace vlivem alkalické koroze, čímž je snižována jak tahová pevnost kompozitní výztuže (zmenšením průřezové plochy), tak její soudržnost s betonem. U kompozitních výztužných prvků s vinylesterovou pryskyřicí toto riziko nehrozí, jelikož pryskyřice je vůči alkalitě betonu inertní.

Jednou z mnoha klasických technologií při výstavbě nových staveb a také jejich rekonstrukcí je technologie stříkaného betonu, který je aplikován na konstrukci opatřenou běžnou betonářskou KARI sítí, kterou lze nahradit sklolaminátovou. Použití sklolaminátových výztužných sítí lze doporučit i pro aplikaci v obtížně přístupných místech (např. mostní stavby, obr. 2). Zde je hlavní výhodou nízká hmotnost a jednoduchost úpravy rozměrů ve stísněných prostorách. Jejich použití je rovněž vhodné i do konstrukcí ohrožených korozivními účinky, např. posypových solí, chemikálií apod. (pojezdové plochy, opěrné zdi, podlahové konstrukce skladů chemikálií) či do jiných stavebních konstrukcí, kde lze využít výše uvedených výhod kompozitních materiálů.

Při použití sklolaminátových sítí není potřeba zásadně měnit technologický postup aplikace. Sítě lze na konstrukce kotvit systémovými (speciální kotevní prvky) či nesystémovými (vlepované ocelové kotvičky + přidrátování sítě) kotevními prvky a následně aplikovat stříkaný beton dle doporučených technologických postupů pro zpracování stříkaných betonových směsí. Při kotvení sklolaminátových sítí na konstrukci dle stejných principů a postupů jako u KARI sítí nedochází při stříkání betonové směsi k nadměrným vibracím sítě (obr. 3), které by měly negativní vliv na výsledné parametry stříkaného betonu, tj. jeho soudržnost s podkladem a samotnou výztužnou sítí. Nezanedbatelnou výhodou použití nekovových sklolaminátových výztužných sítí je možnost snížení krycí vrstvy betonu, což dále přispívá ke snížení hmotnosti konstrukcí a úspoře nákladů.

Další možností použití sklolaminátových výztužných prvků je náhrada běžné betonářské výztuže v železobetonových konstrukcích. Použití nekovové výztuže může být vyvoláno nutností eliminovat nežádoucí vlivy bludných proudů, zajistit magneticky neutrální konstrukci v nemocnicích pro vyšetřovny magnetickou rezonancí (NMR) nebo CT či požadavkem na maximální eliminaci koroze betonové konstrukce vlivem rozmrazovacích prostředků (např. pojezdové plochy letišť, mostovky apod., obr. 4). Stejný typ výztuže se využívá v geotechnických aplikacích při výstavbě podzemních děl (tunely, kolektory), při stavbě podzemních stěn šachet v úsecích, kterými je nutno v dalším technologickém kroku jednoduše projít – tzv. technologie soft-eye (obr. 5). Dále jsou sklolaminátové prvky používány např. jako svahové hřebíky, skalní svorníky či kotevní mikropiloty ze samozavrtávacích sklolaminátových prvků.

ZÁVĚR
Moderní postupy výstavby si vyžadují použití nových progresivních materiálů, které umožňují projektantům elegantně řešit dříve obtížně překonatelné problémy, a zároveň mohou prováděcí firmy s jejich pomocí využívat moderní technologie, zvyšovat produktivitu práce a optimalizovat náklady výstavby. Nekovové výztužné prvky ze sklolaminátu či z uhlíkových vláken zcela jistě mezi moderní technologie patří a autor tohoto článku věří, že i tento článek napomůže k jejich rozšíření v českém stavebním průmyslu.

Using synthetic composite reinforcement in modern civil engineering
Within development and utilising new progressive technology in civil engineering, materials previously designed for special purposes and application are more frequently used in classical civil engineering industry, as well. Polymer materials reinforced with composite fibres may be ranked among them with no doubt (in literature named as FRP materials – Fibre Reinforced Polymer).

Autor

• Ing. Šilhan Ondřej Ph.D.