CZ17647U1 - Vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce - Google Patents

Description

Vláknoheton, zejména pro zemní konstrukce

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká kompozitních materiálů s cementovou matricí. Nové složení inertních složek kompozitu, které je předmětem tohoto řešení, spolu vytváří kvazi konstrukční strukturu vláknobetonu. Tímto složením vzniká netradiční vláknoheton, nový kompozit který svými vlastnostmi skýtá široké uplatnění ve stavební praxi.

Dosavadní stav techniky

Ve stavebnictví se využívá kompozitních materiálů s cementovou matricí od vynálezu portlandskeho cementu z roku 1824. Do současné doby tento kompozit prošel velkou řadou forem, mezi ío které je třeba zařadit zejména běžné betony v pevnostních třídách do 60 MPa, vysoko a ultra vysoko pevnostní betony, betony vysokohodnotné, ale i vláknobetony s vlákny ocelovými, tak zvané drátkobetony, a s vlákny syntetickými, v neposlední řadě i s vlákny organickými. Společným jmenovatelem pro tyto betony je inertní složka z přírodního kameniva, vždy v požadované skladbě zrnitosti. Rozdílným jmenovatelem jsou ale technologie výroby těchto kompozit, z nichž i? poslední je tzv. technologie samozhutniteiných betonů nevyžadujících žádné zhutnění pro jejich zpracování v konstrukci.

Popsané betony nejsou vhodné pro zemní konstrukce z důvodu jejich vysoké ceny a speciálně u vláknobetonu s ocelovými drátky z pohledu jejich trvanlivosti.

Podstata technického řešení

Podstatou technického řešení je vláknoheton, zejména pro zemní konstrukce, který je tvořen, vztaženo na 1 n? hotového vláknobetonu. recyklovaným plnivem o hmotnosti 1 100 až 1800 kg upraveným na frakce zrnitosti vybrané ze skupiny 0 až 16 mm, 0 až 22 mm, 0 až 32 mm, 0 až 63 mm, křemičitanovým cementem o hmotnosti v rozmezí 240 až. 400 kg, záměsovou vodou v dávce 140 až 350 kg a syntetickými vlákny o délce 50 až 60 mm s pevností v tahu v rozsahu 600 až 800 MPa a v hmotnostních dávkách v rozmezí 4.5 až 18 kg.

Recyklované plnivo je s výhodou tvořeno inertními složkami z cihelných a/nebo betonových recyklátů a/nebo frakcemi odpadu z přírodního kamene a/nebo drobnozrnných recyklátů.

Výjimečně lze vytvořit vláknoheton tak, že obsahuje plastifikátory o hmotnosti odvozené z hmotnostní dávky křemičitanového cementu v rozsahu 0,2 až 1,5 % na 1 nr hotového vlákno30 betonu.

Uvedený vláknoheton je vhodný pro použití ke konstrukci protipovodňových hrází, zemních násypů, podloží inženýrských staveb, zejména dopravních a pozemních staveb.

Je tedy vyřešeno složení vláknobetonového kompozitu s využitím cihelných a betonových recyklátů ve spojení se syntetickými vlákny velkých pevností v rozmezí 600 až 800 MPa a délek

5t) až 60 mm. Vazbou mezi zrny recyklátů a náhodně rozptýlených vláken vzniká struktura vláknobetonu, která se vyznačuje svojí duktilitou po vzniku trhlin, vyvolaných napjatostí ve struktuře od působícího zatížení, a také schopností přenášet nadále určitá tahová napětí.

Vláknoheton s plnivem z. recyklovaných materiálů umožní úsporu přírodních zdrojů kameniva. Recyklované stavební suti a betony byly a jsou předmětem výzkumného zájmu řady vědeckých to institucí v zahraničí, avšak žádné dosud známé návrhy však nevyužívají možnosti plné nebo částečné náhrady přírodního kameniva recykláty spojené s využitím konstrukčních nekorodujících syntetických vláken, kdy se dosáhne více než stoletá životnost.

Podstatnou výhodou tohoto kompozita jc možnost širokého využití ve stavebnictví. Vláknoheton je přímo využitelný ve vodorovných vrstvách při výstavbě hrází vodních reservoárů a ochran45 ných hrází proti povodním. Přínosem těchto vrstev je zvýšení stabi lity hrází a prodloužení ž.ivot. i nosti hrází v případe jejich přelití vodou, stoupne-li hladina vody nad korunu hráze. Vlastnosti těchto kompozit umožňuji též široké využití v konstrukcích dopravních a pozemních staveb.

Za přednost předmětného technického řešení je třeba považovat nejen využití vláknobetonových vrstev v konstrukcích staveb, ale především ekologické uložení recyklátů získaných z druhotných surovin.

Přidanými rozptýlenými syntetickými vlákny se zpevní struktura betonu a z křehkého recyklovaného materiálu se stane materiál kvazihouževnatý; který vykazuje jak tahovou pevnost, tak duktilitu, loje výhoda, která v praxi bude znamenat, že porušené části konstrukce, projevující se trhlinami v celém průřezu, budou stále držet při sobě a spojující vlákna budou v těchto případech io stále schopna přenášet tahová namáhání. Syntetická vlákna nepodléhají korozí a jsou trvanlivá i vc vlhkem prostředí.

Přehled obrázků na výkrese

Použití předmětného vláknobetonu je naznačeno na přiložených výkresech. Na obr. 1 je znázorněno použití vrstev vláknobetonu pro zvýšení stability násypu. Obr. 2 ukazuje jeho použití při stavbě vodní hráze. Na obr. 3 je znázorněna schematicky konstrukce vozovky nebo železniční tratě a na obr. 4 konstrukce podlahy haly s aplikací vláknobetonu.

Příklady provedení technického řešeni

Předmětem předkládaného řešeni je vytvoření nového složení vláknobetonu, které bude upravováno běžnými způsoby návrhu složení obyčejných betonů na objem 1 m' hotového vláknobetonu.

Rozmezí pro dávkování užitých složek podle navrhovaného řešení je následující:

Složení inertních složek kompozitu, které je předmětem podávané přihlášky, tvoří recykláty cihelné, nebo betonové a syntetická nekorodující vlákna vysokých pevností a délek 50 až 60 mm. Obě tylo inertní složky spolu vytváří kvazi konstrukční strukturu vláknobetonu. Tímto složením vzniká netradiční vláknobeton. nový kompozit, který svými vlastnostmi skýtá široké uplatnění ve z? stavební praxi.

Základem vláknobetonu jsou inertní složky z cihelných a/nebo betonových recyklátů v hmotnosti 1100 až 1800 kg na l m' hotového vláknobetonu, a to podle druhu recyklátů, eož vyjádřeno v procentech může tvořit až 70 % v jednotce objemu. Tyto recykláty musí být vždy však upraveny drcením na frakce zrnitosti 0 až 16 mm, 0 až 22 mm, 0 až 32 mm, případně 0 až 63 mm, v závis30 losti na užití vláknobetonu vhodné struktury pro vytipovanou konstrukci a technologii jejího provedení, tzv. stříkání, lití, a válcování. Další složkou je křemičítanový cement o hmotnosti v rozmezí 240 až 400 kg na I nv hotového vláknobetonu, vyjádřeno objemově cca 8 až 14 %. Při stanovení dávky cementu a volby jeho pevnostní třídy se přihlíží k hospodárnosti návrhu složení vláknobetonu a požadavkům na jeho vlastnosti pro vytipovanou konstrukci a technologii jejího provedení. Dále sestává vláknobeton ze záměsové vody v dávce 140 až 350 kg na 1 m hotového vláknobetonu. kde se tato dávka stanoví podle typu recyklátů a jejich nasycení vodou i požadované konzistence směsi závislé na použité technologii pro realizaci konstrukce a na tom, pro jaké prostředí bude konstrukce určena. Poslední nutnou složkou jsou syntetická vlákna o délce 50 až 60 mm s pevností v tahu v rozsahu 600 až 800 MPa v hmotnostních dávkách 4.5 až 18 kg na 1 n?

hotového vláknobetonu, což představuje 0,5 % až 2 % v objemové jednotce.

Lze též použít plastifikační přísady o hmotnosti odvozené z hmotnostní dávky křemičítanového cementu v rozsahu 0.2 až 1.5 % na 1 m\ avšak ty se užijí pouze výjimečně. Pro běžnou výrobu vláknobetonu se jejich užití nepředpokládá.

Příklady složeni směsí jsou uváděné vždy na 1 n? hotového vláknobetonu.

C7. 17647 Ul

Příklad I

Vláknobeton s nízkou dávkou cementu:

Křemičitanový cement 260 kg, záměsová voda 300 kg, cihelný recvklát 1212 kg frakce 0 až 32 mm, syntetická vlákna 9,1 kg délky 54 mm a pevnosti v tahu 760 MPa.

Příklad 2

Vláknobeton s nízkou dávkou cementu:

Křemičitanový cement 240 kg, záměsová voda 260 kg, betonový recyklát 1265 kg frakce 0 až 32 mni. syntetická vlákna 4,5 kg délky 54 mm a pevností v tahu 760 MPa.

Příklad 3 io Vláknobeton s vysokou dávkou cementu:

Křemičitý cement 400 kg, záměsová voda 350 kg, cihelný recyklát 1196 kg frakce 0 až 16 mm, syntetická vlákna 9,1 kg o délce 54 mm a pevnosti v tahu 760 MPa.

Příklad 4

Vláknobeton s vysokou dávkou cementu:

Křemičitý cement 400 kg, záměsová voda 300 kg, betonový recyklát 1600 kg frakce 0 až 32 mm, syntetická vlákna 4.5 kg o délce 54 mm a pevnosti v tabu 760 MPa.

Recyklované plnivo vláknobetonu z drcené cihelné nebo betonové sutě lze též v mezním případě kombinovat s frakcemi odpadu z přírodního kameniva nebo drobnozrnnýcb recyklátu za účelem vylepšení jejich křivky zrnitostí, případně potřeby vylepšení pevnostních charakteristik. To zvýší atraktivnost tohoto kompozita, neboť regulace jeho vlastností nebude záviset pouze na změně hmotnostní dávky cementu, který je energeticky nejnároěnější složkou při výrobě betonu i vláknobetonu.

Samotná výroba kompozita se může provádět na stejných strojních zařízeních jak se dnes děje v případě běžných betonů, avšak s úpravou technologického postupu dávkování složek podle po25 kynů výrobce vláken a doby míchání. Tím se zaručí homogenita vyrobeného čerstvého vláknobetonu a následně i homogenita zpracovaného ztvrdlého vláknobetonu. Vlákna dávkovaná do recyklátu se mícháním rozptýlí a po přidání cementu a vody si udrží svoji polohu mezi rozptýlenými zrny recyklátu.

Skutečnost, že způsob výroby vláknobetonu, nijak nevybočuje ze zaběhlé výroby obyčejných to betonů, lze považovat za velkou výhodu pro aplikace tohoto kompozita v praxi.

Příklady typického využití jsou zřejmé z následujících obrázků 1 až 4. Přímé vyznačení vrstev z vláknobetonu v zemních tělesech a v podloží staveb ukazuje místa, v nichž bude vliv vláknobetonových vrstev na chování konstrukce největší. Optimalizace počtu vrstev, jejich tlouštěk a přesné umístění a velikost vrstev bude vždy výsledkem statického posouzení vytipované konstrukce.

Na obr. 1 je uveden příklad aplikace vrstev vláknobetonu i pro zvýšení stability násypu 2. Další příklad znázorňuje obr. 2, kde je vodní hráz 3 zpevněna vrstvami vláknobetonu i. což zvýší nejen její stabilitu, ale i životnost v případě jejího přelití vodou, což je významné zejména v době povodní. Aplikace na obr. 3 ukazuje konstrukci vozovky nebo železniční tratě, kdy je na podloží

4 aplikována nejprve vrstva vláknobetonu } a na ní povrchová vrstva 5 vozovky či železniční tratě. Konečně přiklad na obr. 4 uvádí možnost použití vrstvy vláknobetonu 1 při konstrukci haly. kdy je tato vrstva vláknobetonu | aplikována na podloží 4 a opět je překryta horní vrstvou 6 tvořící vrchní vrstvu podlahy haly. Všechny obrázky jsou schematicky naznačeny v příčném

V z_i i z </-r t řezu. Počet a umístění vrstev vláknobetonu £ v jednotlivých případech je ilustrativní a v praxi je předmětem statického posouzení dané konstrukce.

Průmyslová využitelnost

Obecně lze konstatovat, že využití druhotných surovin, které nemají rovnoměrné vlastnosti, je ? dnes celosvětovým problémem. Je zbytečné zdůrazňovat, ze převážnou část veškerého odpadu v

ČR představuje právě odpad stavební, kde na prvních dvou místech žebříčku se umísťuje právě cihelná a betonová suť co do objemu zpracovaného v recyklačních střediscích.

Pro výrobu popsaných vláknobetonu bude možno využívat betonových i cihelných recyklátů, tedy sutí. a to čistých i nečistých, tedy smíšených s jiným inertním odpadem, avšak podobných ío vlastností s recykláty, který nenaruší strukturu vláknobetonu ani významně neovlivní jeho vlastnosti.

Finálním výrobkem je vláknobeton s plnou nebo částečnou náhradou přírodního kameniva recykláty cihelnými nebo betonovými vždy s aplikací konstrukčních nekorodujieích syntetických vláken. Vlastnosti výrobku, které podmiňují jeho využití v praxi, jsou řízeny vlastnostmi a množíš stvím jeho komponentů.

Uvedený nový kompozit, vláknobeton. má široké možnosti použití, například při budování náspů, vodních hrází, ale také při konstrukci vozovek, železničních tratí, výrobních hal a podobně.

K regulaci jeho vlastností vláknobetonu se podle potřeb vytipované konstrukce využije příslušný typ recyklátů s úpravou jeho zrnitosti i případně využitím složek přírodního kameniva. Rovněž tak se určí pro danou konstrukci dávka a typ syntetických vláken v rozsahu tahových pevností

600 až 800 MPa, dávka a pevnostní třída cementu, případně dávka plastifikátoru. Pořadí možných úprav vlastností vláknobetonu se stanoví vždy s ohledem na provedení konstrukce a její hospodárnost. Úpravy cementem a plastifikátorv se využijí jen v krajních případech.

Vláknobeton při jeho vhodné praktické aplikaci může zvýšit bezpečnost konstrukce zemních 25 násypů a protipovodňových hrází v jejich stabilitě, prodloužit životnost protipovodňových hrází v případě jejich přelití při zvýšené hladině vody či zpevnit podloží inženýrských staveb, zejména dopravních, ale i pozemních staveb. Při jeho správné a vhodné aplikaci lze dospět k ekologickému uložení recyklátů získaných z druhotných surovin stavební výroby.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   30 1. Vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce, vyznačující se tím. že je tvořen recyklovaným plnivem o hmotnosti 1100 až 1800 kg na 1 nr hotového vláknobetonu upraveným na frakce zrnitosti vybrané ze skupiny 0 až 16 mm, 0 až 22 mm, 0 až 32 mm, 0 až 63 mm, křemiěitanovým cementem o hmotnosti v rozmezí 240 až 400 kg na 1 m' hotového vláknobetonu, záměsovou vodou v dávce 140 až 350 kg na 1 m' hotového vláknobetonu a syntetickými vlákny o

   35 délce 50 až 60 mm s pevnosti v tahu v rozsahu 600 až 800 MPa a v hmotnostních dávkách v rozmezí 4,5 až 18 kg na 1 nv hotového vláknobetonu.
2. 2. Vláknobeton podle nároku 1, vyznačující se tím, že recyklované plnivo je tvořeno inertními složkami z cihelných a/nebo betonových recyklátů a/nebo frakcemi odpadu z přírodního kamene a/nebo drobnozrnných recyklátů.

   40
3. 3. Vláknobeton podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že obsahuje plastifikátory o hmotnosti odvozené z hmotnostní dávky křemicitanového cementu v rozsahu 0,2 až 1,5 % na 1 nč hotového vláknobetonu.

   .4CZ 17647 Ul
4. 4. Vláknobeton podle nároků 1 až 3. vyznačující se tím, že je vhodný ke kon strukci protipovodňových hrází, zemních násypů, podloží inženýrských staveb, zejména doprav nich a pozemních staveb.