CZ33716U1 - Vylehčený betonový prvek s textilní výztuží - Google Patents

Description

Vylehčený betonový prvek s textilní výztuží

Oblast techniky

Technické řešení se týká vylehčených betonových prvků, typicky podélných, jako jsou např. nosníky, pruty či trámy. Tyto prvky jsou vyrobeny z vysokohodnotných cementových kompozita s nekovovou výztuží upletenou do uzavřeného průřezu. Jsou vhodné pro prutové prvky používané ve stavebnictví či pro prvky drobné architektury. Například se jedná o prvky zahradní pergoly, plotové prvky, táhla, vzpěry, vzpěradla avěšadla, sloupy. Může se jednat o nosnou i nenosnou konstrukci v závislosti na dimenzi velikosti prvku a jeho výztuže.

Dosavadní stav techniky

Pokud je uvažován beton běžných vlastností v kombinaci se standartní ocelovou betonářskou výztuží, realizují se železobetonové prutové konstrukce (konstrukce, kde jeden z rozměrů převažuje nad ostatními) zejména s plným průřezem, případně vylehčené uvnitř dutinou či vložkou z jiných materiálů s nižší objemovou hmotností. Prutové konstrukce se připravují i monoliticky na stavbě, výhodněji však jako prefabrikované v betonárkách. Manipulace je kvůli vyšší hmotnosti možná výhradně pomocí manipulační techniky.

Tyto prutové konstrukce jsou však vzhledem k povaze materiálů a jejich mechanickým vlastnostem poměrně masivní v průměrech v řádech desítek centimetrů. Pokud jsou vylehčené, stěna nabývá tlouštěk několika jednotek až desítek centimetrů. Tyto tloušťky materiálu se navrhují s ohledem jednak na požadovanou únosnost, zejména však trvanlivost zmíněných materiálů. Ocelovou prutovou výztuž je potřeba pasivovat vrstvou zásaditého betonu a zabránit tak její korozi. Tloušťka betonu kolem výztuže je v závislosti na různých podmínkách a použitém materiálu daná normovými požadavky, pohybuje se v jednotkách centimetrů. Tyto limitní normové požadavky vedou k vysoké hmotnosti prvku as tím související nevýhody, jako jsou vysoké náklady na dopravu a manipulaci. Tím je také dané použití prutových konstrukcí například na sloupy v různých typech budov, betonové sloupy pro elektrické či trakční vedení, betonové sloupy pro veřejné osvětlení. Z menších konstrukcí se jedná například o plotové sloupky. Předložené řešení vede k výrazné úspoře materiálů, tedy právě k výrazné úspoře hmotnosti, což vede k omezení zmíněných nevýhod u stávajících dostupných řešení. Ve stávajících prutových konstrukcích často navíc není ve směru jejich osy možné jednoduchým způsobem vést instalace, předložené řešení díky tenké betonové stěně může mít dutinu pro instalace i u malých průřezových rozměrů prvků, například pro plotové oplocení.

Na trhu se již delší dobu uplatňují místo tradičních ocelových výztuží kompozitní výztuže, doslovně řečeno vlákny vyztužené polymery z anglického „fiber reinforced polymer“ (FRP), které mají podobné či lepší mechanické parametry v porovnání s tradiční ocelovou výztuží, nepodléhají však korozi a není třeba je chránit tak výraznou tloušťkou betonu pro dosažení požadované trvanlivosti. V posledních dekádách se objevují i betonové konstrukce vyztužené technickými textiliemi, takzvané textilní betony z anglického „textile reinforced concrete“ (TRC). Jedná se ojemnozmné betony vyztužené technickými textiliemi, bez prosycení i s prosycením polymemí matricí s různými rozestupy osnovy. V případě prosycení se jedná tedy také o kompozitní výztuže, které jsou však výrazně jemnější v porovnání s FRP výztužnými pruty. Zmíněné výztuže se umisťují ve stávajících řešeních výhradně uvnitř betonového průřezu. Moderní materiály výztuží se vhodně a často kombinují s kvalitnějšími druhy betonů, které řadíme do skupin vysokohodnotných betonů z anglického „high performance concrete“ (HPC) a ultra vysokohodnotných betonů z anglického „ultra-high performance concrete“ (UHPC), případně dalších skupin. Tyto betony vynikají lepšími užitnými i mechanickými vlastnosti, lepší trvanlivostí a dalšími vlastnostmi. Pomocí zmíněných materiálů je možné dosahovat výrazně subtilnějších prvků a dosáhnout tak úspory materiálu, primárních zdrojů surovin a úspory

- 1 CZ 33716 U1 hmotnosti. Aplikace těchto moderních materiálů s výztuží umístěnou na vnitřním povrchu betonové vrstvy na prutové prvky s úsporou materiálu v porovnání s tradičním způsobem řešení je i z ekonomického hlediska zajímavá zejména díky výrazné redukci hmotnosti a nákladů s tím souvisejících.

V současné době existuje řada inovativních přístupů k technickému řešení prutových betonových konstrukcí. Rada žních se zaměřuje obdobně na oblehčení prvků a materiálovou úsporu. Příkladem podobného technického řešení zaměřeného pouze na vylehčení prvku je patent CN 102433960, kde je k tomuto účelu využíváno tuhé polystyrénové jádro. Prvek má však tradiční vyztužení betonářskou ocelí. Další možné řešení popisuje patent IT 1085588, zde je však při výrobě využívána dvouplášťová nafukovací hadice, která je po vybetonování nosníku odstraněna a je určena k opakovanému využití. Opět je prvek vyztužen tradiční betonářskou výztuží. Obdobný postup je popsán i v patentu JPH 04111866, který představuje využívání většího množství smrštitelných vložek, které jsou rovněž po vybetonování odstraněny. Jako vylehčující jádro prutového betonového prvku je možné využít i dutých bambusových tyčí, jak je popsáno v patentu CN 103306427, který se zaměřuje na kombinaci bambusových tyčí a betonu vyztuženého ocelovými drátky, a patentech CN 1022704622 a CN 202689337, kde je popsána kombinace vylehčení zajištěného bambusovými tyčemi s nosnou výztuží tvořenou FRP pruty. Přístupem, který v jádru kombinuje vylehčení dohromady s funkcí výztuže, je pak využití ocelového profilu jako vylehčujícího jádra a zároveň jako výztuže, jak je popsáno například v patentu CN 101736857. Využití oceli jako výztuže zde zvyšuje hmotnost betonového prvku, tím i cenu. Není řešena problematika kontaktní zóny ocelového profilu a betonu s ohledem na soudržnost a případné opadávání betonových částí při zatížení blížících se únosnosti prvku. Všechna výše uvedená řešení betonových prutových prvků jsou odlišná od technického řešení podle tohoto předloženého technického řešení. Výše uvedená řešení i přes inovace nedosahují tak výrazné úspory materiálu při zachování potřebné únosností, a to z důvodu potřeby příliš silné vrstvy betonu, nebo z důvodu použití hmotné ocelové výztuže či ocelových profilů jako jádra.

Z US 2014157715 je znám vylehčený betonový prvek, který má obvodovou stěnu s uzavřeným průřezem, která obsahuje obalovou betonovou vrstvu obklopující vylehčující jádro betonového prvku kolem jeho pláště. Tento betonový prvek dále může obsahovat textilní výztuž, která se nachází na vnitřním povrchu obalové betonové vrstvy. Z US 2014157715 jsou známé také vylehčené betonové prvky výše uvedeného typu s více vrstvami textilní výztuže, přičemž tyto textilní výztuže se při výrobě zatlačují do ještě neztuhlého betonu. Tento způsob je nevýhodný, jelikož při zatlačování textilních výztuží do ještě neztuhlého betonu není možné kontrolovat tloušťku betonových vrstev a rovněž dochází k nekontrolovatelné deformaci textilních výztuží. Není popsáno provedení, v němž by byla textilní výztuž opatřena prosycením polymemí matricí a posypem zrnitým a/nebo vláknitým materiálem,

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje vylehčený betonový prvek s textilní výztuží podle předkládaného technického řešení v možných alternativách dle potřeby konkrétní aplikace. Podstatou řešení je náplet uzavřeného průřezu z vláken s dobrými mechanickými vlastnostmi v tahu (například uhlík, čedič, sklo, aramid), který tvoří výztuž betonového prvku, a to bez prosycení, nebo s prosycením polymemí matricí. Vylehčující jádro je ošetřeno tak, že při betonáži nedojde k zatékání betonové směsi dovnitř (např. lehká výplň, vnitřní bednění). Na vylehčující jádro nebo na pomocný profil je umístěna základní textilní výztuž. Ta je následně obetonována alespoň jednou tenkou základní obalovou betonovou vrstvou, která tvoří odolný povrch betonového prvku, dodává mu mechanickou odolnost v tlaku a tuhost celému prvku. Beton je možné nanášet stříkáním, případně litím do formy, která pak určuje průřez a rozměry výsledného prvku.

-2 CZ 33716 U1

Vylehčený betonový prvek obsahuje vylehčující jádro, jehož průměrná hustota je menší než hustota betonu, přičemž tento vylehčený betonový prvek má obvodovou stěnu nebo stěny s uzavřeným průřezem. Tato obvodová stěna nebo stěny obsahují alespoň jednu obalovou betonovou vrstvu, když mezi obalovými betonovými vrstvami v obvodové stěně nebo stěnách je obsažena základní obalová betonovou vrstvou, která obklopuje vylehčující jádro kolem jeho pláště. Prvek dále obsahuje alespoň jednu textilní výztuž, když mezi textilními výztužemi je obsažena základní textilní výztuž, která obklopuje vylehčující jádro kolem jeho pláště. Tato základní textilní výztuž se nachází na vnitřním povrchu základní obalové betonové vrstvy, přičemž vzdálenost mezi základní textilní výztuží a vylehčujícím jádrem nepřevyšuje 2 mm a prostor mezi základní textilní výztuží a vylehčujícím jádrem je vyplněn doplňkovou betonovou vrstvou. Základní textilní výztuž je zhotovena z pásů nebo svazků vláken nekovového materiálu. Podstatou tohoto vylehčeného betonového prvku je, že alespoň jedna z textilních výztuží je prosycena polymemí matricí a opatřena posypem zrnitým a/nebo vláknitým materiálem, přičemž polymemí matrice s posypem je vytvrzená a tvoří adhezní můstek pro soudržnost takto upravené textilní výztuže s betonem.

V jednom možném provedení je vylehčující jádro tvořeno souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami.

Alternativně může být vylehčující jádro tvořené pouze vzduchovou dutinou.

Podle požadované únosnosti může být výhodné realizovat provedení, v němž vylehčený betonový prvek dále obsahuje alespoň jednu přídavnou textilní výztuž zhotovenou z pásů nebo svazků vláken nekovového materiálu a alespoň jednu přídavnou obalovou betonovou vrstvu. Obvodová stěna nebo obvodové stěny vylehčeného betonového prvku přitom mají sendvičovou strukturu zahrnující ve směru od vylehčujícího jádra k vnějšímu povrchu nejprve základní textilní výztuž obetonovanou základní obalovou betonovou vrstvou a dále střídaní přídavných textilních výztuží a přídavných obalových betonových vrstev tak, že celá tato sendvičová struktura tvoří soudržný celek.

Textilní výztuže mohou být z materiálu vybraného ze skupiny uhlík, sklo, čedič, aramid nebo z kombinace těchto materiálů.

Textilní výztuže jsou s výhodou pletené a s uzavřeným průřezem.

Vylehčené betonové prvky dle předkládaného technického řešení mohou mít na povrchu výrazně tenčí vrstvu betonu a/nebo výrazně lehčí vylehčující jádro, než jak tomu je u řešení známých ze stavu techniky, a to při srovnatelné únosnosti. To vede k úsporám materiálu i k nižší celkové hmotnosti vylehčeného betonového prvku.

Objasnění výkresů

Na připojených výkresech jsou znázorněny příklady příčných řezů vylehčeným betonovým prvkem v různých výhodných provedeních. Podélný řez není uveden, protože pro předkládané řešení není směrodatný.

V obr. la je uveden příklad s vylehčujícím jádrem 5 tvořeným souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami, na něž se při výrobě aplikuje základní textilní výztuž 2,1. přičemž toto vylehčující jádro 5 zůstává po obetonování základní obalovou vrstvou 1.1 součástí vylehčeného betonového prvku. Je uvedeno jedno z možných provedení, v němž je vylehčující jádro 5 je plné a má na svém povrchu první separační vrstvu 4,1.

V obr. 1b je provedení dle obr. la doplněné o další přídavné textilní výztuže 2,2 a přídavné obalové betonové vrstvy 1.2.

-3 CZ 33716 U1

V obr. 2a-2d jsou příklady provedení využívající pomocný profil 6 s cílem vytvořit uvnitř vylehčeného betonového prvku vylehčující jádro 7, které má podobu vzduchové dutiny.

V obr. 2a je znázorněna výroba ve stádiu, kdy je na pomocném profilu 6 opatřeném druhou separační vrstvou 42, aplikovaná základní textilní výztuž 2,1 a na ní základní obalová betonová vrstva 1.1.

Obr. 2b znázorňuje další možný postup výroby následující po stádiu znázorněném na obr. 2a, kdy jsou na povrch vylehčeného betonového prvku postupně aplikovány přídavné textilní výztuže 22 a přídavné obalové betonové vrstvy 1.2.

Obr. 2c znázorňuje etapu následující po stádiu znázorněném v obr. 2a v případě, že se již další betonové vrstvy neaplikují. Pomocný profil 6 je vytažen a uvnitř zůstává vylehčující jádro 7, tj. vzduchová dutina.

Obr. 2d znázorňuje výsledný vylehčený betonový prvek s více obalovými betonovými vrstvami, který je výsledkem buď postupu dle obr. 2b s následným vytažením pomocného profilu 6, nebo výsledkem aplikování přídavných textilních výztuží 22 a přídavných obalových betonových vrstev 1.2 na vylehčený betonový prvek dle obr. 2c.

V obr. 3a je uveden příklad obdobný příkladu v obr. la, jen s tím rozdílem, že vylehčující jádro 5 není plné a má na svém povrchu materiál odolný vůči rozpouštědlům obsaženým v polymemí matrici, takže nemusí být opatřeno první separační vrstvou 4,1.

V obr. 3b je provedení dle obr. 3a doplněné o další přídavné textilní výztuže 22 a přídavné obalové betonové vrstvy 1.2.

V obr. 4a je uveden příklad provedení, v němž je základní textilní výztuž 2,1 zhotovena jako samonosná a vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami je do této hotové základní textilní výztuže 2,1 vloženo před jejím obetonováním základní obalovou betonovou vrstvou 1.1.

V obr. 4b je provedení dle obr. la doplněné o další přídavné textilní výztuže 22 a přídavné obalové betonové vrstvy 1.2.

Pro všechny obrázky 1 až 4 platí, že vnější tvar příčného průřezu může být libovolný dle architektonických požadavků (např. kruh, ovál, n-úhelník pravidelný či nepravidelný apod.), vnější tvar jádra pak přibližně kopíruje vnější povrch tak, aby byl náplet realizovatelný. Ve směru kolmém na znázorněný příčný průřez se může tento vnější tvar případně i měnit. Podstatné je jen to, aby byla zachována znázorněná struktura obsahující vylehčující jádro 5 nebo vylehčující jádro 7, základní textilní výztuž 2,1 nebo textilní výztuže 2,1. 22 a základní obalovou betonovou vrstvu 1.1 nebo obalové betonové vrstvy 1.1. 1.2. a to v zakresleném pořadí.

Obr. 5 znázorňuje pohled na podobu typického provedení textilní výztuže 2,1 v provedení, kdy je základní textilní výztuž 2,1 již hotová, samonosná a vkládá se do ní vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami. Je viditelná povrchová úprava výztuže pro vytvoření následného adhezního můstku 3.

Příklady uskutečnění technického řešení

Vylehčený betonový prvek dle předkládaného technického řešení obsahuje vylehčující jádro 5, 7, jehož průměrná hustota je menší než hustota betonu. Toto jádro je obvykle umístěno tak, že jím prochází jedna z os souměrnosti vylehčeného betonového prvku, typicky ta podélná, což ale není

-4 CZ 33716 U1 podmínkou. Vylehčený betonový prvek má obvodovou stěnu nebo stěny s uzavřeným průřezem. Může jít například o obvodovou stěnu dutého válce nebo obvodové stěny dutého hranolu. Míněna je stěna nebo stěny bez podstav. Konkrétní tvar je dán architektonickým řešením, možných útvarů, a tedy i možných typů uzavřených průřezů stěny nebo stěn (mezikruží, mnohoúhelník bez své středové části apod.) je libovolně mnoho. Jedinou podmínkou je, aby uvnitř obvodových stěn nebo stěny vylehčeného betonového prvku byl prostor pro vylehčující jádro.

Typicky se jedná o vylehčené betonové prvky prutového typu, tj. s podélným rozměrem větším než rozměry příčné, jako jsou např. nosníky, pruty či trámy. Obecně lze ale předkládané řešení aplikovat na vylehčené betonové prvky libovolných rozměrů.

Obvodová stěna nebo stěny vylehčeného betonového prvku obsahují základní obalovou betonovou vrstvou 1.1, která obklopuje vylehčující jádro 5, 7 kolem jeho pláště. Pňtom není nutné, aby vylehčující jádro 5, 7 bylo obklopeno obalovou betonovou vrstvou i ze směrů kolmých na své koncové příčné průřezy. Tzn. např. vylehčující jádro 5, 7 ve tvaru válce nemusí mít základní obalovou betonovou vrstvu 1.1 kolem svých podstav, pro řešení je podstatná obalová betonová vrstva kolem pláště jádra, v tomto příkladu konkrétně kolem pláště válce.

Vylehčený betonový prvek dále obsahuje základní textilní výztuž 2,1. která obklopuje vylehčující jádro 5, 7 kolem jeho pláště a současně se tato základní textilní výztuž 2,1 nachází na vnitřním povrchu základní obalové betonové vrstvy 1.1. Mezi základní textilní výztuží 2,1 a vylehčujícím jádrem 5, 7 není buď žádná vrstva betonu, jak je znázorněno v obr. 1 až 3, nebo jen doplňková betonová vrstva 8, jejíž tloušťka nepřevyšuje 2 mm, jak je znázorněno v obr. 4. Základní textilní výztuž 2,1 je zhotovena z pásů nebo svazků vláken nekovového materiálu.

Uvnitř vylehčeného betonového prvku může být umístěno vylehčující jádro 5, které je tvořeno souvislou výplní, jak je znázorněno v obr. la, b a obr. 4a, b, nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami, viz obr. 3a, 3b, Výplň může být přitom homogenní i nehomogenní. Typickými vhodnými materiály výplně můžou být pěnové materiály (např. extrudovaný polystyren, expandovaný polystyren, polyuretanové pěny), dále papírové kartony, lehčené kamenivo pojené cementovou či polymemí matricí, plastové trubice (např. z PVC, PP, PE, HDPE), dřevěné pruty a podobně. Alternativně může být uvnitř vylehčeného betonového prvku vylehčující jádro 7 tvořené pouze vzduchovou dutinou, viz obr. 2c, 2d.

Jak je ukázáno v obr. 1b, 2d, 3b, 4b, stěna nebo stěny vylehčeného betonového prvku mohou obsahovat i více obalových betonových vrstev než jen základní obalovou betonovou vrstvu 1.1.

V tom případě vylehčené betonový prvek obsahuje navíc oproti provedením dle obr. la, 2c, 3a, 4a navíc alespoň jednu přídavnou textilní výztuž 2,2 zhotovenou z pásů nebo svazků vláken nekovového materiálu a alespoň jednu přídavnou obalovou betonovou vrstvu 1.2. Obvodová stěna nebo obvodové stěny vylehčeného betonového prvku mají tedy v provedení dle obr. 1b, 2d, 3b, 4b sendvičovou strukturu zahrnující ve směru od vylehčujícího jádra 5, 7 k vnějšímu povrchu nejprve základní textilní výztuž 2,1 obetonovanou základní obalovou betonovou vrstvou 1.1 a dále střídaní přídavných textilních výztuží 2,2 a přídavných obalových betonových vrstev 1.2 tak, že celá tato sendvičová struktura tvoří soudržný celek.

Pro soudržnost textilních výztuží 2,1. 2,2 s betonem, který je na ně aplikován, je podstatné, že jsou textilní výztuže 2,1, 2,2 prosyceny polymemí matricí a opatřeny posypem zrnitým a/nebo vláknitým materiálem, typicky pískem a/nebo plastovými vlákny. Přičemž polymemí matrice s posypem je vytvrzená a tvoří adhezní můstek 3 pro soudržnost takto upravené textilní výztuže 2,1, 2,2 s betonem. Tato úprava ale není podmínkou, nemusí se týkat žádné z textilních výztuží 2,1, 2,2, ale je výhodné, když se týká alespoň jedné nebo i více textilních výztuží 2,1, 2,2:

V obrázcích je zakreslen adhezní můstek 3 pomocí tečky jen schematicky. Ve skutečnosti polymemí matice prosycuje materiál textilní výztuže a spolu s posypem je i na jejím povrchu, což dohromady vytváří adhezní můstek 3.

-5 CZ 33716 U1

V případě, že není vytvořen adhezní můstek a některá z textilních výztuží 2,1. 2,2 je bez prosycení polymemí matricí a bez posypu, je soudržnost této textilní výztuže 2,1. 2,2 s betonem, jímž je obetonována, zajištěna díky zatékání betonové pasty zatéká mezi jednotlivé fibrily textilní výztuže 2,1, 2,2.

Textilní výztuže 2,1, 2,2 jsou s výhodou zhotoveny z materiálu, který má dobrou pevnost v tahu, vybraného ze skupiny uhlík, sklo, čedič, aramid nebo z kombinace těchto materiálů.

Textilní výztuže 2,1. 2,2 mohou být buď přímo pleteny do uzavřených průřezů, nebo mohou být do uzavřených průřezů dodatečně tvarovány. Uzavřený průřez zde znamená, že při pohledu ve směru kolmém na příčný řez výztuží výztuž splývá do uzavřeného útvaru. Textilní výztuž má typicky podobu řídce pletené „punčochy“, prosycená výztuž má typicky podobu „děravého profilu“.

Je navržen rovněž způsob výroby výše popsaného vylehčeného betonového prvku. Ten zahrnuje krok vytvoření základní textilní výztuže 2,1 a po něm následující krok obetonování této základní textilní výztuže 2,1 základní obalovou betonovou vrstvou 1.1, přičemž nejpozději před započetím kroku obetonování základní textilní výztuže 2,1 se tato výztuž umístí do těsné blízkosti centrálního prvku. Tímto centrálním prvkem může být vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami, pomocný profil 6, vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami opatřené první separační vrstvou 4,1 nebo pomocný profil 6 opatřený druhou separační vrstvou 42. Základní textilní výztuž 2,1 se umístí tak, že obklopuje plášť tohoto centrálního prvku. Tím, že je v těsné blízkosti centrálního prvku, je myšleno to, že základní textilní výztuž 2,1 je umístěna přímo na povrch uvedeného centrálního prvku nebo do vzdálenosti maximálně 2 mm od povrchu centrálního prvku. Při kroku obetonování se základní obalová betonová vrstva 1.1 na základní textilní výztuž 2,1 nanáší na straně odvrácené od uvedeného centrálního prvku.

Pro získání vylehčeného betonového prvku s více obalovými betonovými vrstvami, který je znázorněn v provedeních dle obr. 1b, 2d, 3b, 4b, je postup následující: Nejprve se základní textilní výztuž 2,1 umístí do těsné blízkosti centrálního prvku, tato základní textilní výztuž 2,1 se pak obetonuje základní obalovou betonovou vrstvou 1.1. která se nechá zatuhnout a po zatuhnutí se na její povrch aplikuje přídavná textilní výztuž 22, která se obetonuje přídavnou obalovou betonovou vrstvou 1.2, jež se nechá zatuhnout. Tento postup zahrnující aplikování přídavné textilní výztuže 22 na předchozí již zatuhlou přídavnou obalovou betonovou vrstvu 1.2. obetonování této přídavné textilní výztuže 22 následnou přídavnou obalovou betonovou vrstvou 1.2 a tuhnutí následné přídavné obalové betonové vrstvy 1.2 se opakuje, dokud není dosaženo požadované tloušťky obvodové stěny nebo obvodových stěn vylehčeného betonového prvku.

Pokud je textilní výztuž 2,1, 22 bez polymemí matrice, spolupůsobení s betonem je zajištěno prosycením vláken cementovou matricí. Naproti tomu, když je textilní výztuž 2,1, 22 prosycena polymemí matricí, musí mít povrchovou úpravu pro zajištění spolehlivého spolupůsobení betonu a výztuže. Vhodným řešením je např. aplikace posypu pískem a/nebo posypu vlákny na nevytvrzenou vrstvu polymemí matrice, kterou je prosycena textilní výztuž 2,1, 22. Vlákna použitá pro posyp jsou typicky nekovová, může se jednat např. o plastová vlákna, skelná vlákna, čedičová vlákna. Písek je typicky jemnozmný s průměry zm do 2 mm.

Je výhodné, když se alespoň jedna textilní výztuž 2,1, 22 se před započetím svého obetonování prosytí polymemí matricí a posype zrnitým a/nebo vláknitým materiálem, jak je popsáno výše, načež se polymemí matrice s posypem vytvrdí pro vytvoření adhezního můstku 3 zajišťujícího soudržnost mezi textilní výztuží 2,1, 22 a betonem.

Obr. la ilustmje jeden z možných způsobů výrobu, při němž se připraví vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami a opatří se při svém vnějším plášti první separační vrstvou 4,1. která je odolná vůči rozpouštědlům obsaženým

-6 CZ 33716 U1 v polymemí matrici. Následně se na tuto první separační vrstvu 4,1 aplikuje základní textilní výztuž 2,1. na níž se pak vytvoří adhezní můstek 3, a takto upravená základní textilní výztuž 2,1 se pak obetonuje základní obalovou betonovou vrstvou 1.2. Ta se nechá zatuhnout a vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami se základní textilní výztuží 2,1 opatřenou adhezním můstkem 3 se ponechá uvnitř základní obalové betonové vrstvy 1.1 jako součást finálního vylehčeného betonového prvku.

První separační vrstva 4,1 může mít podobu např. PE fólie.

V případě, že je použita základní textilní výztuž 2,1 bez prosycení, nemusí být v provedení dle obr. la, 1b vylehčující jádro 5 opatřené při svém vnějším plášti první separační vrstvou 4,1.

Vylehčující jádro 5 bývá typicky zhotoveno z lehkých převážně pěnových materiálů, které tvoří vylehčení průřezu betonového prvku, brání zatékání betonu a usnadňuje technologii výroby.

V obr. 1 je znázorněno vylehčující jádro 5 s plným průřezem, v jiných provedeních může ale zahrnovat i dutiny a obsahovat homogenní i nehomogenní výplň.

Vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami může být využito přímo jako opora při tvorbě základní textilní výztuže 2,1 bez adhezního můstku 3 (tato varianta není zakreslena v obrázcích), i pro aplikaci základní textilní výztuže 2,1 s adhezním můstkem 3. Po provedení betonáže se vylehčující jádro 5 stává součástí vylehčeného betonového prvku. V případě varianty s adhezním můstkem 3 musí být vylehčující jádro 5 odolné polymemímu materiálu pro prosycení, který často obsahuje rozpouštědla, tato varianta je znázorněna v obr. 3a, 3b, pokud odolné není, musí být použita první separační vrstva 4,1 na povrchu vylehčujíčího jádra 5, jak bylo popsáno výše u příkladu provedení dle obr. 1.

V případě, že má být uvnitř výsledného vylehčeného betonového prvku pouze vylehčující jádro 7, které má podobu vzduchové dutiny, jsou využity postupy znázorněné v obr. 2a až 2d. Nejprve se připraví tuhý pomocný profil 6, který se při svém vnějším plášti opatří druhou separační vrstvou 4,2 umožňující vytažení pomocného profilu 6. Tento pomocný profil 6 zůstává při betonáži nebo části proces betonáže uvnitř vznikajícího vylehčeného betonového prvku a je využit kjako nosná kostra v průběhu betonáže. Způsob využívající pomocného profilu 6 je vhodný typicky pro aplikace na delší prutové prvky díky tuhému pomocnému profilu, případně pro prvky s potřebou instalací uvnitř díky přítomnosti vzduchové mezery.

Jak je znázorněno v obr. 2a, na tento pomocný profil 6 se aplikuje základní textilní výztuž 2,1. která se pak obetonuje základní obalovou betonovou vrstvou 1.1. Ta se následně nechá zatuhnout na minimální pevnost požadovanou pro odformování a po tomto zatuhnutí, viz obr. 2c, nebo po zatuhnutí a provedení dalších technologických kroků, viz obr. 2d, se pomocný profil 6 vytáhne a na jeho místě se uvnitř základní obalové betonové vrstvy 1.1 vytvoří vylehčující jádro 7, tedy vzduchová dutina.

Pomocný profil 6 je možné vytáhnout hned po zatuhnutí základní obalové betonové vrstvy 1.1. jak je znázorněno v obr. 2c. Na tuto základní betonovou vrstvu 1.1 již bez pomocného profilu 6 uvnitř lze pak případně aplikovat i přídavné textilní výztuže 2,2 a přídavné obalové betonové vrstvy 1.2. jak je znázorněno v obr. 2d.

Jinou alternativou je postup dle obr. 2b, kdy pomocný profil 6 zůstává přítomen i během aplikování přídavných textilních výztuží 2,2 a přídavných obalových betonových vrstev 1.2. Vytáhnout se tento pomocný profil 6 může po zatuhnutí kterékoli z přídavných obalových betonových vrstev 1.2 a výsledkem je pak vylehčený betonový prvek dle obr. 2d.

Druhá separační vrstva 4,2 přitom může být vytažena spolu s pomocným profilem 6, nebo může zůstat součástí vylehčeného betonového prvku, jak je znázorněno v příkladných provedeních dle obr. 2c, 2d.

-7 CZ 33716 U1

Typickým materiálem, který může být použit na druhou separační vrstvu 4,2. jsou různé druhy fólií, například odolná PE fólie, různé typy PVC fólií, PE či XPS pěna.

Je výhodné, když je druhá separační vrstva 4,2 z materiálu odolného vůči rozpouštědlům obsaženým v polymemí matrici. V tom případě je možné pomocný profil 6 s druhou separační vrstvou 4,2 použít i pro variantu, kdy je základní textilní výztuž 2,1 opatřena adhezním můstkem

3. Jinak by pro variantu se základní textilní výztuží s adhezním můstkem 3 bylo nutné pomocný profil 6 opatřit při jeho povrchu navíc ještě druhou separační vrstvou 4,1 materiálu odolného vůči rozpouštědlům obsaženým v polymemí matrici, nebo jednou separační vrstvou, která vyhovuje oběma podmínkám. Příkladem takové separační vrstvy, která umožňuje vytažení pomocného profilu 6 a současně je odolná vůči rozpouštědlům obsaženým v polymemí matrici, je například mirelon. Základní textilní výztuž 2,1 ale může být i v provedeních dle obr. 2a až 2d také bez adhezního můstku 3.

Pomocný profil 6 je z tuhého materiálu, typicky například zocelí, a má uzavřený průřez s požadovaným tvarem.

Je možno postupovat také způsobem, který je ilustrován v obr. 3. V tomto případě se připraví vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami tak, že toto jádro má na celém svém vnějším plášti materiál odolný vůči rozpouštědlům obsaženým v polymemí matrici. Následně se na toto vylehčující jádro 5 přímo aplikuje základní textilní výztuž 2,1, na níž se následně vytvoří adhezní můstek 3. Takto upravená základní textilní výztuž 2,1 se pak obetonuje základní obalovou betonovou vrstvou 1.1, ta se nechá zatuhnout a po zatuhnutí se vylehčující jádro 5 se základní textilní výztuží 2,1 opatřenou adhezním můstkem 3 ponechá uvnitř základní obalové betonové vrstvy Tri.

V případě, že je použita základní textilní výztuž 2,1 bez prosycení, nemusí v provedení dle obr. 3 být splněna podmínka, že vylehčující jádro 5 má na celém svém vnějším plášti materiál odolný vůči rozpouštědlům obsaženým v polymemí matrici.

Dalším možným způsobem výroby vylehčeného betonového prvku je ten podle obr. 4a, 4b.

V tomto případě se základní textilní výztuž 2,1 připraví jako samonosná s adhezním můstkem 3 a do ní se následně vloží vylehčující jádro 5 tvořené souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami tak, že mezi vylehčujícím jádrem 5 a základní textilní výztuží 2,1 nevznikne mezera větší než 2 mm. Následně se základní textilní výztuž 2,1 obetonuje základní obalovou betonovou vrstvou 1.1, ta se nechá zatuhnout a po zatuhnutí se vylehčující jádro 5 se základní textilní výztuží 2,1 opatřenou adhezním můstkem 3 ponechá uvnitř základní obalové betonové vrstvy Tri.

Pokud mezi základní textilní výztuží 2,1 a vylehčujícím jádrem 5 vznikne mezera, tato mezera se vyplní doplňkovou betonovou vrstvou 8 v jednom kroku s obetonováním základní textilní výztuže 2,1 základní obalovou betonovou vrstvou Tri.

Základní textilní výztuž 2,1 v provedení dle obr. 4a, 4b může být vyrobena tradičním způsobem na tmu a po odstranění tmu, který sloužil jako podpora při naplétání, je tento tm nahrazen vylehčujícím jádrem 5 tvořeným souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami. Mezi tímto vylehčujícím jádrem 5 a základní textilní výztuží 2,1 obvykle vznikne minimální mezera v řádu jednotek milimetrů technologicky nutná pro dodatečné vsunutí vylehčujícího jádra 5 do základní textilní výztuže 2,1, základní textilní výztuž 2,1 se však ale stále v podstatě na vnitřním povrchu betonové vrstvy. Je účelné, aby výše popsaná technologická mezera byla co nejtenčí pro maximální úspom betonu. Obklopení výztuže cementovou matricí i zevnitř v prostom technologické mezery doplňkovou betonovou vrstvou 8 pak zlepší podmínky spolupůsobení materiálů.

-8 CZ 33716 Ul

Ve výše popsaných provedeních se díky obetonování základní textilní výztuže 2,1 základní obalovou betonovou vrstvou 1.1. případně díky následnému obetonování přídavných textilních výztuží 22. přídavnými obalovými betonovými vrstvami 22, vytváří odolný povrch vylehčeného betonového prvku, který mu dodává mechanickou odolnost v tlaku a tuhost, chrání výztuž před UV zářením a zvyšuje trvanlivost. O tloušťkách a počtech obalových betonových vrstev 1.1. 1.2 a počtech textilních výztuží 2,1, 22 rozhodují jednak rozměry vylehčeného betonového prvku, jednak oblast použití, zejména pak požadovaná únosnost, tedy mechanická odolnost vylehčeného betonového prvku jako celku i odolnost části vylehčeného betonového prvku například proti lokálnímu bodovému zatížení. Počet a tloušťky obalových betonových vrstev 1.1. 1.2 ve vztahu k průřezovým rozměrům vylehčeného betonového prvku je vhodné optimalizovat tak, aby byl materiál efektivně využit. Obecně je snahou průřez optimalizovat tak, aby bylo dosaženo nízké hmotnosti. Typické je proto využití betonů s vyššími požadovanými pevnostmi, protože jejich využití ve vylehčeném betonovém prvku je efektivní.

Beton při tvorbě obalových betonových vrstev 1.1. 1.2 je možné nanášet stříkáním, případně litím do formy, která pak určuje průřez a rozměry výsledného prvku. Při způsobu litím do formy je nutno zajistit vycentrování textilních výztuží 2,1, 22 uvnitř formy například pomocí uchycení na bocích formy ve směru podélné osy prvku. Vylehčené betonové prvky dle předkládaného technického řešení je možné dále jednoduše opracovávat díky jejich nižší hmotnosti - obrušovat, leštit, impregnovat, zkracovat, opatřovat kotevními prvky standardně s využitím běžně dostupných technologií. Je také možné prvky dělit na malé výrobky a dále tvarovat, například tvaru krychle či kvádru. Prvky je možné i vzájemně spojovat a vytvářet tak například prostorové konstrukce.

Jak je vidět z provedení znázorněných v obr. 2a-d, 3a, 3b, je možné nechat uvnitř vylehčeného betonového prvku volnou dutinu pro vedení instalací, což je často výhodné.

Průmyslová využitelnost

Vylehčený betonový prvek je vhodný speciálně pro různé podélné prvky používané ve stavebnictví či pro prvky drobné architektury. Například se může jednat o prvky zahradní pergoly, plotové prvky, táhla, vzpěry, vzpěradla, vzpínadla, věšadla, sloupy, průvlaky, trámy. Může se jednat o nosnou i nenosnou konstrukci v závislosti na dimenzi velikosti prvku a návrhu jeho vyztužení.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Vylehčený betonový prvek obsahující vylehčující jádro (5,7), jehož průměrná hustota je menší než hustota betonu, přičemž tento vylehčený betonový prvek má obvodovou stěnu nebo stěny s uzavřeným průřezem, přičemž tato obvodová stěna nebo stěny obsahují alespoň jednu obalovou betonovou vrstvu (1.1, 1.2), když mezi obalovými betonovými vrstvami v obvodové stěně nebo stěnách je obsažena základní obalová betonová vrstva (1.1), která obklopuje vylehčující jádro (5, 7) kolem jeho pláště, a který dále obsahuje alespoň jednu textilní výztuž (2.1, 2.2), když mezi textilními výztužemi je obsažena základní textilní výztuž (2.1), která obklopuje vylehčující jádro (5, 7) kolem jeho pláště a současně se tato základní textilní výztuž (2.1) nachází na vnitřním povrchu základní obalové betonové vrstvy (1.1), přičemž vzdálenost

   -9 CZ 33716 U1 mezi základní textilní výztuží (2.1) a vylehčujícím jádrem (5, 7) nepřevyšuje 2 mm a prostor mezi základní textilní výztuží (2.1) a vylehčujícím jádrem (5, 7) je vyplněn doplňkovou betonovou vrstvou (8) a přičemž základní textilní výztuž (2.1) je zhotovena z pásů nebo svazků vláken nekovového materiálu, vyznačující se tím, že alespoň jedna z textilních výztuží (2.1, 2.2) je prosycena polymemí matricí a opatřena posypem zrnitým a/nebo vláknitým materiálem, přičemž polymemí matrice s posypem je vytvrzená a tvoří adhezní můstek (3) pro soudržnost takto upravené textilní výztuže (2.1, 2.2) s betonem.
2. 2. Vylehčený betonový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vylehčující jádro (5) je tvořeno souvislou výplní nebo výplní s jednou či více vzduchovými dutinami.
3. 3. Vylehčený betonový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vylehčující jádro (7) je tvořené pouze vzduchovou dutinou.
4. 4. Vylehčený betonový prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že dále obsahuje alespoň jednu přídavnou textilní výztuž (2.2) zhotovenou z pásů nebo svazků vláken nekovového materiálu a alespoň jednu přídavnou obalovou betonovou vrstvu (1.2) a že obvodová stěna nebo obvodové stěny vylehčeného betonového prvku mají sendvičovou strukturu zahrnující ve směru od vylehčujíčího jádra (5, 7) k vnějšímu povrchu nejprve základní textilní výztuž (2.1) obetonovanou základní obalovou betonovou vrstvou (1.1) a dále střídaní přídavných textilních výztuží (2.2) a přídavných obalových betonových vrstev (1.2) tak, že celá tato sendvičová struktura tvoří soudržný celek.
5. 5. Vylehčený betonový prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že textilní výztuže (2.1, 2.2) jsou z materiálu vybraného ze skupiny uhlík, sklo, čedič, aramid nebo z kombinace těchto materiálů.
6. 6. Vylehčený betonový prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že textilní výztuže (2.1, 2.2) jsou pletené a s uzavřeným průřezem.