CZ2007206A3

CZ2007206A3 - Vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce

Info

Publication number: CZ2007206A3
Application number: CZ20070206A
Authority: CZ
Inventors: Výborný@Jaroslav; Vodicka@Jan; Hanzlová@Hana; Wachsmann@Martin
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2009-03-11
Also published as: CZ300195B6

Abstract

Vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce je tvoren plnivem, kremicitanovým cementem, zámesovou vodou a syntetickými vlákny. Plnivo je zde plne tvoreno recyklátem o hmotnosti 1100 až 1800 kg na 1 m.sup.3.n. hotového vláknobetonu upraveným na frakce zrnitosti 0 až 16 mm a/nebo 0 až 22 mm a/nebo 0 až32 mm a/nebo 0 až 63 mm. Hmotnost kremicitanovéhocementu je v rozmezí 240 až 400 kg na 1 m.sup.3.n. hotového vláknobetonu, zámesová voda je v dávce 140 až 350 kg na 1 m.sup.3.n. hotového vláknobetonu a syntetická vlákna jsou vlákna o délce 50 až 60mm s pevností v tahu v rozsahu 600 až 800 MPa a vhmotnostních dávkách v rozmezí 4,5 až 18 kg na 1 m.sup.3.n. hotového vláknobetonu. Recyklované plnivo je tvoreno inertními složkami z cihelných a/nebo betonových recyklátu a/nebo frakcemi odpadu z prírodního kamene a/nebo drobnozrnných recyklátu.

Description

Vláknobeton, 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 vláknobeton,-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 portlandského cementu z roku 1824. Do současné doby tento kompozit prošel velkou řadou forem, mezi 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 poslední je tzv. technologie samozhutnitelných 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 vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce, který je tvořen plnivem, křemičitanovým cementem, záměsovou vodou a syntetickými vlákny. Podstatou nového řešení je, že plnivo z přírodního kameniva je plně t « 1 nahrazeno recykláty, tedy upraveným odpadem, Množství tohatQ_upravenéhQx; recyklovaného plniva na frakce zrnitosti oVWraTFfěbo 0V22ra7nebo 0/32ra7ňebo 0^63 drarat vztaženo na 1 m³ hotového vláknobetonu, je dávkováno v rozmezí hmotnosti od 1100 až 1800 kg. Hmotnosti zbývajících složek vláknobetonu, opět vztaženo na Iw^, n^se pohybují v těchto rozmezích - křemičitanový cement 240 až 400 kg, záměsová voda 140 až 350 kg, syntetická vlákna 4,5 až 18 kg o délce 50 až 60 mm s pevností v tahu v rozsahu 600 až 800 MPa.

Recyklované plnivo je s výhodou tvořeno inertními složkami z cihelných a/nebo betonových recyklátu a/nebo frakcemi odpadu z přírodního kamene vzniklými při drcení přírodního kamene, kde tyto frakce odpadu jsou již pro výrobu klasického betonu nepoužitelné^ a/nebo drobnozrnných recyklátůy. /

Výjimečně lze vytvořit vláknobeton tak, že obsahuje plastifikátory o hmotnosti odvozené z hmotnostní dávky křemičitanového cementu v rozsahu 0,2 až 1,5% na 1 \M? ^hotového vláknobetonu.

Takto vytvořený nový konstrukční materiál spočívá na plné náhradě přírodního kameniva betonovým a/nebo cihelným recyklátem a jeho spojení konstrukčními syntetickými vlákny prostřednictvím pojívá.

Uvedený vláknobeton je vhodný pro využití pro zemní konstrukce jako jsou konstrukce protipovodňových hrází, zemních násypů, podloží inženýrských staveb, zejména dopravních a pozemních staveb, což jednoznačně vede ke zvýšení stability, životnosti a efektivnosti těchto konstrukcí.

Je tedy vyřešeno složení vláknobetonového kompozitu s využitím cihelných a betonových recyklátů ve spojení se syntetickými vlákny velkých pevností v rozmezí 600^800 MPa a délek 50^60mm. Vazbou mezi zrny recyklátů a náhodně rozptýlených vláken v cementové matrici 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.

Vláknobeton s plnivem z recyklovaných materiálů umožní úsporu přírodních zdrojů kameniva. Recyklované stavební suti a betony byly a jsou předmětem výzkumného zájmu řady vědeckých institucí v zahraničí, avšak žádné dosud známé návrhy nevyužívají možnosti plné nebo částečné náhrady přírodního kameniva recykláty, případně i ve spojení s odpadem vznikajícího při drcení přírodního kameniva, spojené s využitím konstrukčních nekorodujících syntetických vláken,

Podstatnou výhodou tohoto kompozita je jeho složení a následná možnost širokého využití ve stavebnictví. Vláknobeton je přímo využitelný ve vodorovných vrstvách při výstavbě hrází vodních reservoárů a ochranných hrází proti povodním. Přínosem těchto vrstev je zvýšení stability hrází a prodloužení životnosti hrází v případě jejich přelití vodou, stoupne-lí hladina vody nad korunu hráze, Vlastnosti těchto kompozit umožňují též široké využiti v konstrukcích dopravních a pozemních staveb.

Za přednost předkládaného řešení je třeba považovat nejen využití vláknobetonových vrstev v konstrukcích staveb, ale především ekologické uložení recyklátů získaných ze stavebních a demoličních odpadů.

Přidanými rozptýlenými syntetickými vlákny. se zpevní struktura kompozita s cementovou matricí a z křehkého kompozita s recyklovaným odpadem se stane kompozit kvazihouěevnatý, který vykazuje jak tahovou pevnost, tak duktilitu. To je výhoda, která v praxi bude znamenat, že konstrukce z tohoto kompozita u nichž se projeví trhliny i v celém průřezu, budou stále držet při sobě a spojující vlákna budou v těchto případech stále schopna přenášet tahová namáhání. Syntetická vlákna nepodléhají korozi a jsou trvanlivá i ve vlhkém prostředí.

Přehled obrázků na výkresech

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 «' r •« * schematicky konstrukce vozovky nebo železniční tratě a na obr.4 konstrukce podlahy haly s aplikací vláknobetonu.

Příklady provedení vynálezu

Předmětem předkládaného řešení je vytvoření nového složení vláknobetonu, které bude upravováno běžnými metodikami návrhu složení obyčejných betonů na objem 1m³ hotového vláknobetonu. Rozmezí pro dávkování užitých složek podle navrhovaného řešení-je následující:

Složení inertních složek kompozitu, které je předmětem podávané patentové přihlášky, tvoří recykláty cihelné nebo/betonové a syntetická nekorodující vlákna vysokých pevností a délek 50®-60mm. Obě tyto inertní složky spolu s pojivém vytváří kvazi konstrukční strukturu vláknobetonu. Tímto složením vzniká netradiční vláknobeton, nový kompozit, který svými vlastnostmi skýtá široké uplatnění ve stavební praxí.

Základem vláknobetonu jsou inertní složky z cihelných a/nebo betonových recyklátů v hmotnosti 1100 až 1800 kg na m³ hotového vláknobetonu, a to podle druhu recyklátů, což vyjádřeno v procentech může tvořit až 7(j% v jednotce objemu. Tyto recykláty musí být vždy však upraveny drcením na široké frakce zrnitosti vctc 16jmm a/nebo (Tí2zrnm a/nebo 0¥32mm, případně 0v63rnm, v závislosti na užití vláknobetonu vhodné struktury pro vytipovanou konstrukci a technologii jejího provedení, tzv, stříkání, lití_fa j/álcování. Další složkou je křemičitanový cement o hmotnosti v rozmezí 24(^400 kg na 1 m³ hotového vláknobetonu. 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*35^ kg na m³ 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 v určena. Poslední nutnou složkou jsou syntetická vlákna o délce 50 až 6O.mm

Λ, » * j » » i « * « « « » »

I # · u i t 1 e ® * » « » ii i t r · t f« » t » | <· *

I * < <

(XX s pevností v tahu v rozsahu 600*800 MPa v hmotnostních dávkách 4,5<18 kg na m³hotového vláknobetonu, což představuje 0,5% až 2% v objemové jednotce.

Lze též použít plastifikační přísady o hmotnosti odvozené z hmotnostní dávky křemičitá nového cementu v rozsahu 0,2 až 1,5% na^mV avšak ty se užijí pouze výjimečně. Pro běžnou výrobu vláknobetonu se jejich užití nepředpokládá.

Příklady složení směsí uváděné vždy na 1 m³ hotového vláknobetonu

Příklad 1

Vláknobeton s nízkou dávkou cementu:

Křemičitanový cement 260 kg, záměnová voda 300 kg, cihelný recyklát 1212 kg frakce feíTÍyntetická vlákna 9,1 kgtáéíííý 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 oWTsyntetická vlákna 4,5 kgtáéíí?£54 mm a pevnosti v tahu 760 MPa.

Příklad 3

Vláknobeton s vysokou dávkou cementu:

Křemičitanový cement 400 kg, záměsová voda 350 kg, cihelný recyklát 1196 kg frakce Φ16, syntetická vlákna 9,1 kg o délce 54 mm a pevnosti v tahu 760 MPa.

Příklad 4

Vláknobeton s vysokou dávkou cementu:

Křemičitanový cement 400 kg, záměsová voda 300 kg, betonový recyklát 1600 kg frakce Oý32, syntetická vlákna 4,5 kg o délce 54 mm a pevnosti v tahu 760 MPa,

Recyklované plnivo vláknobetonu z drcené cihelné nebo betonové sutě lze též v mezním případě kombinovat s frakcemi odpadu z přírodního kameniva nebo

Hlt

Ml « I « í. C C Γ

I « I I » tli f’C * » « « t » f r >

ta* t <

drobnozrnných recyklátů za účelem vylepšení jejich křivky zrnitosti, 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 nejnáročnější 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 pokynů výrobce vláken a doby míchání. Tím se zaručí homogenita vyrobeného čerstvého vláknobetonu a následně i homogenita zpracovaného ztvrdlého vláknobetonu. Vlákna dávkovaná do recyklátů se mícháním rozptýlí a po přidání cementu a vody si udrží svoji polohu mezi rozptýlenými zrny recyklátů.

Skutečnost, že způsob výroby vláknobetonu, nijak nevybočuje ze zaběhlé výroby obyčejných 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 1, 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 1_ a na ní povrchová vrstva 5 vozovky či železniční tratě. Konečně příklad na obr.4 uvádí možnost použití vrstvy vláknobetonu 1 při konstrukci haly, kdy je tato vrstva vláknobetonu 1 aplikována na podloží 4 a opět je překryta horní vrstvou 6 tvořící vrchní vrstvu podlahy haly. Všechny obrázky jsou schematicky naznačeny v příčném řezu. Počet a umístění vrstev vláknobetonu 1. v jednotlivých ♦ · · t

C· případech je ilustrativní a v praxi je předmětem statického posouzení dané konstrukce.

Průmyslová využitelnost

Obecně lze konstatovat, že využití odpadů, které nemají rovnoměrné vlastnosti, je dnes celosvětovým problémem. Je zbytečné zdůrazňovat, že 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 vfáknobetonů bude možno využívat betonových i cihelných recyklátů, tedy sutí, a to čistých i nečistých, tedy smíšených s jiným inertním odpadem, avšak podobných vlastností s recykláty, který nenaruší strukturu vláknobetonu ani významně neovlivní jeho vlastnosti.

Finálním výrobkem je vláknobeton spinou (nebo částečnou) náhradou přírodního kameniva recykláty cihelnými nebo betonovými vždy s aplikací konstrukčních nekorodujících syntetických vláken. Vlastnosti výrobku, které podmiňují jeho využití v praxi, jsou řízeny vlastnostmi a množstvím 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 odpadních složek přírodního kameniva. Rovněž tak se určí pro danou konstrukci dávka a typ syntetických vláken v rozsahu tahových pevností 60Φ800 MPa, dávka a pevnostní třída cementu, případně dávka plastiflkátoru. Pořadí možných úprav vlastností vláknobetonu se stanoví vždy s ohledem na provedení konstrukce a její hospodárnost. Úpravy cementem a plastifikátory se využijí jen v krajních případech.

i • » * » · • « ’ < ♦ » ( f» »1 t »'

Γ « » · * < » · t V » ( » · t * *11* ji ř H < t < ¹ , |ι i l:

r I 1' r. t i 1' f » « i *·«

Vláknobeton při jeho vhodné praktické aplikaci může zvýšit bezpečnost konstrukce zemních 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 recyklátu získaných z druhotných surovin stavební výroby.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce, tvořený plnivem, křemičitanovým cementem, záměsovou vodou a syntetickými vlákny vyznačující se tím, že plnivo je plně tvořeno recyklátem o hmotnosti 1100 až 1800 kg na ím³'V hotového vláknobetonu upraveným na frakce zrnitosti O^T^rim a/nebo Ol CožT?íim a/nebo ^3^rnrn a/nebo (Wámrn, křemičitanový cement je o hmotnosti v rozmezí 240 až 400 kg na 1rn³ hotového vláknobetonu, záměsová voda je v dávce 140 až 350 kg na l]!r hotového vláknobetonu^a syntetická vlákna jsou vlákna 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 na ljm³ hotového vláknobetonu.
2. Vláknobeton podle nároku ^vyznačující se tím, že recyklované plnivo je tvořeno inertními složkami z cihelných a/nebo betonových recyklátů a/nebo frakcemi odpadu z přírodního kameniva a/nebo drobnozrnných recyklátů.
3. Vláknobeton podle nároku 1 a 2₍vyznačující se tím, že obsahuje plastifikátory o hmotnosti itehmetnosífeodvozené z hmotnostní dávky křemičítanového cementu v rozsahu 0,2 až 1 ,^% na 1 m³ hotového vláknobetonu.
4. Vláknobeton podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že ^vltodříýyTíe” konstrukci protipovodňových hrází, zemních násypů, podloží inženýrských staveb, zejména dopravních a pozemních staveb.