CZ300195B6

CZ300195B6 - Vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce

Info

Publication number: CZ300195B6
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: CZ2007206A3

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, kompozit, který svými vlastnostmi skýtá široké uplatnění ve stavební praxi.

io

Dosavadní stav techniky

Ve stavebnictví se využívá kompozitních materiálů s cementovou matricí od vynálezu portland15 ského 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

2? u vláknobetonu s ocelovými drátky z pohledu jejich trvanlivosti.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce, který je tvořen plnivem, křemičitanovýrn cementem, záměsovou vodou a syntetickými vlákny. Podstatou nového řešení je. že plnivo z přírodního kameniva je plně nahrazeno reeykláty. tedy upraveným odpadem. Množství tohoto upraveného recyklovaného plniva na frakce zrnitosti 0 až 16 mm a/nebo 0 až 22 mm a/nebo 0 až 32 mm a/nebo 0 až 63 mm, vztaženo na 1 m' hotového vláknobetonu, je dávkováno v rozmezí hmotnosti od 1100 až 1800 kg. Hmotnosti zbývajících složek vláknobctonu. opět vztaženo na l m\ se pohybují v těchto rozmezích křemiěitanový 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.

io Recyklované plnivo je s výhodou tvořeno inertními složkami z cihelných a/nebo betonových recyklátů a/nebo frakcemi odpadu / přírodního kamene vzniklými při drcení přírodního kamene, kde tyto frakce odpadu jsou již pro výrobu klasického betonu nepoužitelné (a/nebo drobnozmných recyklátů).

Výjimečně lze vytvořil vláknobeton tak, že obsahuje plastifikátory o hmotnosti odvozené z hmotnostní dávky křemiěitanového cementu v rozsahu 0,2 až 1.5 % na 1 itT hotového vláknobetonu.

Takto vytvořený nový konstrukční materiál spočívá na plné náhradě přírodního kameniva betonovým a/nebo cihelným reeyklátem a jeho spojení konstrukčními syntetickými vlákny prostřed5ii nictvím pojivá.

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 konstruk55 CÍ.

- 1 CZ 300195 B6

Je ted\ vyřešeno složení vláknobetonového kompozitu s využitím cihelných a betonových rccvklátů ve spojení se syntetickými vlákny velkých pevností v rozmezí 600 až 800 MPa a délek 50 až 60 mm. Vazbou mezi zrny reeyklálů 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, io 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 reeykláty, případně i ve spojení s odpadem vznikajícího pří drcení přírodního kameniva, spojené s využitím konstrukčních nekorodujíeích syntetických vláken.

i? 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 reservoárú a ochranných hrází proti povodním. Přínosem těchto vrstev je zvýšení stability hrází a prodloužení životnosti hrází v případě jejich přelití vodou, sloupne-li hladina vody nad korunu hráze. Vlastnosti těchto kompozit umožňují též široké využití v konstrukcích dopravních

2d a pozemních staveb.

Za přednost předkládaného řešení je třeba považovat nejen využití v láknobeto nových 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 kvazihouževnatý, který' vykazuje jak tahovou pevnost, tak duktilitu. loje 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 v lákna nepodléhají korozí a jsou trvanlivá i ve v lhkém prostředí.

Přehled obrázků na výkresech

Použití předmětného vláknobetonu je naznačeno na přiložených výkresech. Na obr. I 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 vynálezu

Předmětem předkládaného řešení je vytvoření nového složení vláknobetonu. které bude upravo45 váno běžnými metodikami návrhu složení obyčejných betonů na objem 1 nť hotového vláknobelonu. Rozmezí pro dávkování užitých složek podle navrhovaného řešení je následující:

Složeni inertních složek kompozitu, které je předmětem podávané patentové přihlášky, tvoří reeykláty cihelné nebo betonové a syntetická nekorodující vlákna vysokých pevností a délek 50 až 60 mm. 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 praxi.

Základem vláknobetonu jsou inertní složky / cihelných a/nebo betonových recyklátů v hmotnosti

1100 až 1800 kg na nť hotového vláknobetonu. a to podle druhu recyklátů, což vyjádřeno v pro2 centech může tvořit až 70% v jednotce objemu, l yto recykláty musí být vždy však upraveny drcením na široké frakce zrnitosti 0 až 16 mm a/nebo 0 až 22 mm a/nebo 0 až 32 mm, případné 0 až 63 mm, v závislosti na užití vláknobetonu vhodné struktury pro vytipovanou konstrukci a technologii jejího provedení, tzv. stříkání, lití, a válcování. Další složkou je křemíčitanový cement o hmotnosti v rozmezí 240 až 400 kg na I n? hotového vláknobetonu. Při stanovení dávky cementu a volby jeho pevnostní třídy se přihlíží k hospodárnosti návrhu složení vláknobetonu a požadavkům na jeho vlastností pro vytipovanou konstrukci a technologii jejího provedení. Dále sestává vláknobeton ze záměsové vody v dávce 140 až 350 kg na nf hotového vláknobetonu, kde se tato dávka stanoví podle typu reeyklátů 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 vtahu v rozsahu 600 až 800 MPa v hmotnostních dávkách 4.5 až 18 kg na m hotového v láknobetonu, což představuje 0,5 až 2% v objemové jednotce.

Lze též použít plastifikační přísady o hmotnosti odvozené / hmotnostní dávky křemičitanového cementu v rozsahu 0,2 až 1.5% na 1 m', avšak ty se užijí pouze výjimečně. Pro běžnou výrobu vláknobetonu se jejich užilí nepředpokládá.

Příklady složení směsí uváděné vždy na 1 m’ hotového vláknobetonu

Příklad 1

Vláknobeton s nízkou dávkou cementu:

Křemíčitanový cement 260 kg, záměsová voda 300 kg, cihelný recyklát 1212 kg frakce 0 až 32, syntetická vlákna 9.1 kg o délce 54 mm a pevnosti v tahu 760 MPa.

Přiklad 2

Vláknobeton s nízkou dávkou cementu:

Křemíčitanový cement 240 kg, záměsová voda 260 kg, betonový recyklát 1265 kg frakce 0 až 32. syntetická vlákna 4,5 kg o délce 54 mni a pevností v taliu 760 MPa.

Příklad 3

Vláknobeton s vysokou dávkou cementu:

Křemíčitanový cement 400 kg. záměsová voda 350 kg, cihelný recyklát 1196 kg frakce 0 až 16. syntetická vlákna 9.1 kg o délce 54 mm a pevnosti v tahu 760 MPa.

Příklad 4

Vláknobeton s vysokou dávkou cementu:

Křemíčitanový cement 400 kg, záměsová voda 300 kg. betonový recyklát 1600 kg frakce 0 až 32. 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 tcž v mezním případě kombinovat s frakcemi odpadu / přírodního kameniva nebo drobnozrnných reeyklátů za účelem vylepšení jejich křivky zrnitosti, případně potřeby vylepšení pevnostních charakteristik. To zvýší

- j C7. 300195 Bó atraktivnost tohoto kompozita, neboť regulace jeho vlastností nebude záviset pouze na zrněné hmotnostní dávky cementu, který je energeticky nejnáročnější složkou při výrobě betonu i vláknobetonu.

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

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 1 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 i a na ní povrchová vrstva 5 vozovky či železniční tra25 tě. Konečně příklad na obr. 4 uvádí možnost použití vrstvy vláknobetonu i 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 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 eelosvě55 lovým problémem. Je zbytečné zdůrazňovat, že převážnou část veškerého odpadu v CR 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 reeyklátň,

4o 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.

Pinálnim výrobkem je vláknobeton s plnou (nebo částečnou) náhradou přírodního kameniva recykláty cihelnými nebo betonovými vždy s aplikací konstrukčních nekoroduj ících 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,

5o 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 reeyklátu s úpravou jeho zrnitosti i připadne využitím odpadních složek přírodního kameniva. Rovněž tak sc určí pro danou konstrukci dávka a typ syntetických vláken v rozsahu tahových pevností 600 až 800 MPa. dávka a pevnostní třída cementu, případně dávka plastiťíkátoru. Pořadí

-4CZ 300195 B6 možných úprav vlastností vláknobetonů se stanoví vždy s ohledem na provedení konstrukce a její hospodárnost. Úpravy cementem a plastifíkátory se využijí jen v krajních případech.

Vláknobeton při jeho vhodné praktické aplikaci může zvýšit bezpečnost konstrukce zemních násypů a protipovodňových hrází v jejich stabilitě, prodloužit životnost protipovodňový ch 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

PATENTOVÉ NÁROKY

1, Vláknobeton, zejména pro zemní konstrukce, tvořený plnivem, křemičitanovým cementem, záměsovou vodou a syntetickými vlákny, vyznačující se tím, žc plnivo je pinč tvořeno reeyklátcm o hmotnosti 1100 až 1800 kg na 1 m' hotového vláknobetonů upraveným na frakce zrnitosti 0 až 16 mm a/nebo 0 až 22 mm a/nebo 0 až 32 mm a/nebo 0 až 63 nim, křemičitá tanový cement je o hmotnosti v rozmezí 240 až 400 kg na 1 ní hotového vláknobetonů. záiněsová voda je v dávce 140 až 350 kg na 1 m' hotového vláknobetonů, 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 1 rn' hotového vláknobetonů.

25
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 kameniva a/nebo drobnozrnných recyklátů.
3. Vláknobeton podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že obsahuje plastifíkátory su o hmotnosti odvozené z hmotnostní dávky křemičitanovčho cementu v rozsahu 0.2 až 1.5 % na

I ní hotového vláknobetonů.
4. Vláknobeton podle nároků 1 až 3. vyznačující se tím, že se použije ke konstrukci protipovodňových hrází, zemních násypů, podloží inženýrských staveb, zejména dopravních

55 a pozemních staveb.