CZ308680B6

CZ308680B6 - Stříkaný beton

Info

Publication number: CZ308680B6
Application number: CZ2018642A
Authority: CZ
Inventors: Pavel Růžička; Pavel Ing. Růžička; Šárka Pešková; Šárka Ing. Pešková; Vít Šmilauer; Vít doc. Ing Šmilauer; Radoslav Sovják; Radoslav doc. Ing Sovják; Petr Konvalinka; Petr prof. Ing. Konvalinka
Original assignee: České vysoké učení technické v Praze; HOCHTIEF CZ a.s.
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2021-02-17
Also published as: CZ2018642A3

Abstract

Stříkaný beton obsahuje kamenivo, pojivo, vodu a přísady, přičemž pojivo je tvořeno portlandským cementem a vápeno-sírano-hlinitanovou příměsí, která má chemické složení oxidů CaO > 5 % hmotn., Al2O3 > 0,20 % hmotn. a SO3 > 0,03 % hmotn. přičemž vápeno-sírano-hlinitanová příměs je v rozmezí 80 až 30 % hmotn. pojiva. Kamenivo může dále obsahovat 0 až 30 % objemových drcené pryže.

Description

Oblast techniky

Technické řešení ochraňuje receptury stříkaných betonů mokrou cestou. Oblast využití stříkaného betonuje ve stavebnictví široká, například pro zajištění výrubu konvenčně ražených podzemních děl, stabilizaci skalních stěn a stavebních jam, zpevňování svahů, zesilování nosných konstrukcí, sanaci mostů, propustků a opěrných zdí, vytváření protipožárních ochran, nebo různé skořepinové konstrukce. Stříkaný beton může být dále použit na vodorovné nebo vertikální povrchy a je zvlášť vhodný pro zakřivené nebo velmi tenké konstrukce s ocelovou výztuží. Stříkaný beton lze vhodně využít na místech, kde nelze použít klasický způsob lití, a to z důvodů pracnosti, nemožnosti zhotovení bednění či nepřistupnosti místa betonáže.

Stříkaný beton je podrobněji definován v ČSN EN 14487-1 a v TKP-18 - Technické kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací, kapitola 18: Betonové konstrukce a mosty, Ministerstvo dopravy, 2016.

Dosavadní stav techniky

Stříkaný beton je znám již od počátku 20. století. První zařízení pro nástřik suchých betonových směsí bylo sestrojeno v roce 1907 v USA. Firma Cement-Gun Company si následně nechala patentovat anglický název „Gunite“ - stříkaná malta. Původně používaná směs se skládala z jemného kameniva a měla vysoký obsah cementu. V současné době užívaný název stříkaný beton je obecně používán pro každou směs zahrnující pojivo a kamenivo, která je nanášena nástřikem.

Zpočátku byla užívána pouze technologie nástřiku suchou cestou, použití technologie nástřiku mokrou cestou začalo až po 2. světové válce. Původně bylo stříkání suchých směsí převládající technologií, avšak v poslední době stále více převažuje nástřik mokrou cestou. Například ve Skandinávii došlo v sedmdesátých letech k úplnému přechodu z technologie nástřiku suchou cestou na technologii nástřiku mokrou cestou. Dnes se provádí v celosvětovém měřítku přibližně 70 % všech stříkaných betonů technologií nástřiku mokrou cestou, v některých zemích však již nástřik mokrou cestou převažuje ještě výrazněji, viz Ing. Matouš Hilar, MSc., Ph.D., CEng a spol., Stříkaný beton v podzemním stavitelství, Český tunelářský komitét ITA-AITE, 2003, ISBN 978-80-254-1262-6.

Standardní stříkaný beton mokrou cestou vzniká nástřikem mokrého betonu, který se skládá z pojivá, kameniva, přísad, příměsí, a vody. Požaduje se jeho rychlý nárůst počátečních pevností, proto se za pojivo volí obvykle portlandský cement, který je dále urychlovačem v trysce donucen k rychlému nárůstu pevností. Nárůst pevnosti v tlaku musí odpovídat průběhu tzv. J křivek, spad stříkané směsi je obvykle 20 až 30 %.

Nevýhodou současně používaného řešení je, že materiálová směs pro stříkané betony nezahrnuje žádné druhotné materiály ani vedlejší energetické produkty. Urychlovací přísada, dnes často jako bezalkalický urychlovač, dále zvedá cenu stříkaného betonu. Proto je snahou využít levnější směsné cementy či příměsi tak, aby byl zachován nárůst pevnosti a nebyly negativně ovlivněny další chemické a fyzikální vlastnosti. Další minimalizaci nákladů představuje snížení spadu stříkaných betonů.

Vápeno-sírano-hlinitanové pojivo lze připravit z vedlejších elektrárenských produktů při spalování uhlí v konvenčním a fluidním spalování. Toto řešení je popsáno v publikacích P. Hlaváček, R. Sulc, V. Smilauer, C. Rossler, R. Snop: Ternary binder made of CFBC fly ash, conventional fly ash, and calcium hydroxide: Phase and strength evolution. Cement and Concrete Composites. 2018, 90, 100-107, ISSN 0958-9465 a P. Hlaváček, R. Šulc, V. Šmilauer, C.

- 1 CZ 308680 B6

Rossler, R. Snop: Ternary binder made of CFBC fly ash, conventional fly ash, and calcium hydroxide: Phase and strength evolution. Cement and Concrete Composites. 2018, 90, 100-107, ISSN 0958-9465. Pojivo je objemově stabilní, vykazuje mírně nižší nárůsty pevností než klasický Portlandský cement, a obsahuje množství síranů, kterými lze výhodně nahrazovat sírany z urychlovacích přísad. Pojivém lze nahrazovat velkou část portlandského cementu.

V současné době je využití gumového granulátu do betonů celosvětově zkoumáno. Gumový granulát nalezl pilotní využití při výstavbě silnic a dálnic v Austrálii, všeobecně však se stále výsledky upravují a experimenty rozšiřují, aby byly pro uplatnění známé možnosti a omezení při výrobě směsi. Z dostupných zdrojů je dále známé stanovisko některých odborníků, kteří přisuzují budoucímu využití gumového granulátu při výrobě betonu důležitou a neopomenutelnou roh Siddique R, Naik TR. Properties of concrete containing scrap-tire rubber-an overview. Waste Manag 2004;24(6):563-9 a Weiguo Shen, Lai Shan, Tao Zhang, Hongkun Ma, Zhi Cai, Hua Shi. Investigation on polymer-rubber aggregate modified porous concrete. Constr Build Mater 2013;38:667-74.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu jsou stříkané betony, které obsahují vápeno-sírano-hlinitanovou příměs a/nebo drcenou pryž. Hydraulická příměs se aktivně podílí na nárůstech raných pevností stříkaného betonu a splňuje tak požadavek dle J-křivek. Drcená pryž pozitivně ovlivňuje houževnatost materiálu ve stříkaném betonu.

Vápeno-sírano-hlinitanová příměs má obvyklé složení CaO > 5 % hmota., AI2O3 > 0,20 % hmota, a SO3 > 0,03 % hmota, a může nahrazovat portlandský cement v rozmezí 30 až 80 % hmota, dle požadavku na nárůst pevností a dávkování urychlovací přísady.

Drcená pryž může nahrazovat jemné nebo hrubé kamenivo v objemovém zastoupení 0 až 30 % z celku.

Dle ekonomických výpočtů umožňuje vynález snížit cenu stříkaného betonu až o 25 %. Při reálné náhradě 50 % hmota, portlandského cementu vápeno-sírano-hlinitanovou příměsí lze uspořit cca 40 % CO2 emisí a využít vedlejší energetické produkty z fluidního spalování.

Objasnění výkresů

Stříkaný beton podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno použití drcené pryže z pneumatik velikosti 1 až 4 mm do stříkaných betonů. Na obr. 2 je znázorněn proces nástřiku při experimentu. Na obr. 3 je detail nástřiku stříkaných betonů s druhotnými surovinami na konstrukci. Na obr. 4 je znázorněn odběr vzorků pro zkoušky v akreditovaných laboratořích ČVUT v Praze. Na obr. 5 je znázorněn graf průběhu nárůstu pevnosti M SB CSG-J2 při průkazních zkouškách dne 20. 10. 2018 a srovnání s doporučeným průběhem J2, vápeno-síranohlinitanová příměs, pryž, urychlovač 6,5 % hmota. Na obr. 6 je znázorněn graf průběhu nárůstu pevnosti M SB CS-J2 při průkazních zkouškách dne 20. 10. 2018 a srovnání s doporučeným průběhem J2, vápeno-sírano-hlinitanová příměs, urychlovač 7,5 % hmota. A na obr. 7 je znázorněn graf průběhu nárůstu pevnosti M SB CS-J2 při průkazních zkouškách dne 20. 10. 2018 a srovnání s doporučeným průběhem J2, vápeno-sírano-hlinitanová příměs, urychlovač 8,5 % hmota.

-2 CZ 308680 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady jsou představeny pro ilustraci, nikoli jako omezení vynálezu.

Příklad 1 zobrazuje průběh nárůstu pevnosti pro typ stříkaných betonů s vápeno-síranohlinitanovou příměsí nahrazující 50 % hmota, slínku, s pryží v 5% objemovém zastoupení a urychlovačem 6,5 % hmota, při průkazních zkouškách dle křivky typu J2.

Příklad 2 zobrazuje průběh nárůstu pevnosti pro typ stříkaných betonů s vápeno-síranohlinitanovou příměsí nahrazující 44 % hmota, slínku a urychlovačem 7,5 % hmota, pn průkazních zkouškách dle křivky typu J2.

Příklad 3 zobrazuje průběh nárůstu pevnosti pro typ stříkaných betonů s vápeno-síranohlinitanovou příměsí nahrazující 44 % hmota, slínku a urychlovačem 8,5 % hmota, pn průkazních zkouškách dle křivky typu J2.

Popis a realizace technického řešení je zobrazena dále na obr. 1 až 4.

Příklad č. 1

Složka	kg/m³
Cement CEM 142,5 R	225
Vápeno-sírano-hlinitanová příměs	225
Drcená pryž 1 až 4 mm	50
Kamenivo 0 až 2 mm	250
Kamenivo 0 až 4 mm	720
Kamenivo 4 až 8 mm	480
Voda	200
Bezalkalický urychlovač	29
Plastifikátor	4

	Min.	Hod.
Čas (Min./Hod.)	6	15	30	1	2	3	6	12	24
Pevnosti (MPa)	0,29	0,32	0,43	0,6	0,77	0,94	1,95	3,51	6,69

Vápeno-sírano-hlinitanová příměs, pryž, urychlovač 6,5 % hmota.

Příklad č. 2

Složka	kg/m³
Cement CEM I 42,5 R	250
Vápeno-sírano-hlinitanová příměs	200
Kamenivo 0 až 2 mm	250
Kamenivo 0 až 4 mm	760
Kamenivo 4 až 8 mm	480
Voda	180
Bezalkalický urychlovač	34
Plastifikátor	4

	Min.	Hod.
Čas (Min./Hod.)	6	15	30	1	2	3	6	12	24
Pevnosti (MPa)	0,28	0,34	0,52	0,78	0,9	1,19	2,45	3,9	9,67

-3 CZ 308680 B6

Vápeno-sírano-hlinitanová příměs, urychlovač 7,5 % hmoto.

Příklad č. 3

Složka	kg/m³
Cement CEM I 42,5 R	225
Vápeno-sírano-hlinitanová příměs	200
Kamenivo 0 až 2 mm	250
Kamenivo 0 až 4 mm	760
Kamenivo 4 až 8 mm	480
Voda	180
Bezalkalický urychlovač	38
Plastifikátor	4

	Min.	Hoc
Čas (Min./Hod.)	6	15	30	1	2	3	6	12	24
Pevnosti (MPa)	0,53	0,73	0,78	0,94	1,17	1,26	2,5	4,2	10

Vápeno-sírano-hlinitanová příměs, urychlovač 8,5 % hmoto.

Průmyslová využitelnost

Stříkané betony s vápeno-sírano-hlinitanovou příměsí a/nebo drcenou pryží lze použít pro zajištění výrubu konvenčně ražených podzemních děl, stabilizaci skalních stěn a stavebních jam, 15 zpevňování svahů, zesilování nosných konstrukcí, sanaci mostů, propustků a opěrných zdí, vytváření protipožárních ochran, nebo různé skořepinové konstrukce.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Stříkaný beton, obsahující kamenivo, pojivo, vodu a přísady, vyznačující se tím, že pojivo 5 obsahuje portlandský cement a vápeno-sírano-hlinitanovou příměs, která má chemické složení oxidů CaO > 5 % hmota., AI2O3 > 0,20 % hmota, a SO3 > 0,03 % hmota., přičemž vápeno-síranohlinitanová příměs je v rozmezí 30 až 80 % hmotnosti pojivá.
2. Stříkaný beton podle nároku 1, vyznačující se tím, že v kamenivu obsahuje 0 až 30 % 10 objemových drcené pryže.