CZ37084U1

CZ37084U1 - Skořepinový betonový prvek pro kompozitní betonové konstrukce

Info

Publication number: CZ37084U1
Application number: CZ2023-40799U
Authority: CZ
Inventors: Šárka Pešková; Pešková Šárka Ing., Ph.D.; VĂt Ĺ milauer; Ph.D. DSc. Šmilauer Vít doc. Ing.; Radoslav Sovják; Sovják Radoslav doc. Ing., Ph.D.; Marcel Jogl; Jogl Marcel Ing., Ph.D.; Petr Konvalinka; CSc. FEng. Konvalinka Petr prof. Ing.; Jiří Litoš; Litoš Jiří doc. Ing., Ph.D.; Miroslav Petrtýl; DrSc. Petrtýl Miroslav prof. Ing.; Petr VĂtek; Petr Dr. Ing. Vítek
Original assignee: České vysoké učení technické v Praze; HOCHTIEF CZ a.s.
Priority date: 2023-03-16
Filing date: 2023-03-16
Publication date: 2023-05-31

Description

Skořepinový betonový prvek pro kompozitní betonové konstrukce

Oblast techniky

Technické řešení se týká skořepinového kompozitního betonového prvku, který je namáhán především v tlaku. Prvek zajišťuje zvýšenou odolnost vůči vlivům vnějšího prostředí a jeho charakteristické použití je pro sloupy, stojky, pilíře, pylony a další prvky strategické infrastruktury.

Dosavadní stav techniky

Pro zhotovení sloupů, stojek, pilířů a pylonů se v inženýrském stavitelství často používá železobeton. Betony jsou běžně tříd C25/30 až C80/100, obsahují běžně 300 až 500 kg cementu na 1 m³ a hrubé kamenivo ve dvou až třech frakcích do maximální velikosti zrna 32 mm. Tyto prvky vykazují často degradaci, která je zapříčiněna saturací vodou s mrazovými cykly, transportem chloridů či karbonatací a projevuje se odprýskáváním krycí vrstvy, obnažením ocelové výztuže či rozpadem povrchových částí betonu. Často je zapotřebí jejich sanace před dosažením plánované životnosti, která se u většiny prvků pohybuje okolo 100 let.

Kompozitní řešení tlačených prvků je známo ve světě desítky let. Kompozit může být výhodně tvořen samonosnou skořepinou, které lze dát specifické vlastnosti. Skořepina může být zhotovena z betonu s nízkou otevřenou kapilární porozitou, která zajišťuje omezenou difúzi choridů či omezenou karbonataci. Nevýhodou tohoto řešení je vysoká pevnost a křehkost skořepiny s náchylností na vznik trhlin.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny skořepinovým betonovým prvkem se zvýšenou odolností vůči vlivům vnějšího prostředí, zejména pro tlačené nosné prvky podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že obsahuje podlouhlý skořepinový prvek z ultra vysokopevnostního vlákny vyztuženého cementového kompozitu s rozptýlenou výztuží (dále UHPFRC). Prvek může být dále vyztužen vlákny a/nebo prutovou výztuží a/nebo předpínací výztuží a/nebo síťovou výztuží. Dutina skořepinového prvku je v další fázi vyplněna konvenčním konstrukčním betonem. Tloušťka stěn skořepinového prvku je menší než šířka dutiny a vnitřní stěny skořepinového prvku jsou opatřeny výstupky, jejichž výška je menší než tloušťka stěny skořepinového prvku.

Vlákna a/nebo prutová výztuž a/nebo předpínací výztuž a/nebo síťová výztuž je vyrobena z kovu, plastu, kompozitů či přírodních materiálů. Skořepinový prvek z UHPFRC obsahuje ve výhodném provedení 500 až 800 kg cementu na 1 m³ a maximální velikost kameniva je 8 mm. Konvenční beton umístěný v dutině skořepinového prvku může obsahovat druhotné materiály.

Skořepinový betonový prvek má nejčastěji tvar obdélníku, čtverce, kruhu, oválu a případně má i nepravidelný tvar a je vyroben z materiálu typu UHPFRC. Omezení šířky trhlin skořepiny je docíleno vložením rozptýlené výztuže. Ke zlepšení smykového spolupůsobení mezi skořepinovým prvkem a jeho výplní jsou vnitřní plochy skořepiny opatřeny vhodně navrženým spřahovacím systémem v podobě různých výstupků.

Životnost prvků je výrazně prodloužena využitím betonu UHPFRC. UHPFRC je jemný beton s velmi hutnou mikrostrukturou a rozptýlenou výztuží, který je vůči průsaku vody a difúzi iontů takřka inertní. Beton UHPFRC je v navrhovaném řešení použit jako nosná skořepina, která slouží i jako ztracené bednění stavebního prvku. Využití skořepiny UHPFRC je také výhodné díky vyšší pevnosti kompozitu, a tím i celého konstrukčního prvku, které je dosaženo kompaktní materiálovou

- 1 CZ 37084 U1 strukturou a použitím rozptýlené výztuže. Tím může být dosaženo snížení konstrukčních rozměrů při zachování stejné únosnosti, nebo navýšení únosnosti při zachování stejných konstrukčních rozměrů.

Vnitřek kompozitní betonové konstrukce je zhotoven s využitím konvenčního betonu standardních pevností, nebo konvenčního betonu s využitím latentně hydraulického či pucolánového materiálu, čímž je významně snížena spotřeba portlandského slínku. Obě části tlačeného prvku jsou navzájem spřaženy pomocí výztuže a/nebo drsného povrchu a tvoří únosné a spolupůsobící části.

Je výhodné, aby základní materiál kompozitní betonové konstrukce, ze kterého je skořepina vyrobena, byl vytvořen z UHPFRC či kompozitu vyztuženého prutovými prvky, 2D sítěmi a 3D sítěmi, a aby vnitřní povrch skořepinového segmentu byl opatřen spřahovacími výstupky tak, aby umožňoval vzájemné pevné smykové spojení s výplňovým materiálem, který je zhotoven z běžného betonu nebo betonu obsahující druhotné suroviny.

Objasnění výkresů

Skořepinový betonový prvek pro kompozitní betonové konstrukce podle tohoto technického řešení bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je znázorněn v axonometrickém pohledu shora příkladný skořepinový prvek.

Příklad uskutečnění technického řešení

Skořepinový betonový prvek se zvýšenou odolností vůči vlivům vnějšího prostředí se skládá z podlouhlého skořepinového prvku z UHPFRC, ocelové prutové výztuže a síťové výztuže. Skořepinový prvek má v příčném řezu tvar dutého obdélníku vnějších rozměrů 250 ^x 400 mm. Dutina skořepinového prvku je vyplněna konvenčním betonem. Tloušťka stěn skořepinového prvku je 40 mm. Vnitřní stěny skořepinového prvku jsou opatřeny výstupky, jejichž výška je menší než tloušťka stěny skořepinového prvku. UHPFRC obsahuje cca 650 kg cementu na 1 m³a maximální velikost kameniva je 8 mm. Výplňový beton je třídy C40/50 a je zhotoven ze 182 kg cementu na 1 m³ a 182 kg ternárního pojiva na 1 m³ a maximální zrno kameniva je 16 mm.

Průmyslová využitelnost

Skořepinový betonový prvek, podle tohoto technického řešení, nalezne uplatnění v mnoha civilních i vojenských oblastech. Charakteristické použití je na dominantně tlačené nosné prvky mostních konstrukci, pilíře, pylony, stojky, nebo další prvky budov kritické infrastruktury. Skořepinový betonový prvek pro kompozitní betonové konstrukce, podle tohoto technického řešení, může být také uplatněn v technologických provozech, kde je zvýšená koncentrace agresivních látek.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Skořepinový betonový prvek pro kompozitní betonové konstrukce se zvýšenou odolností vůči vlivům vnějšího prostředí, zejména pro tlačené nosné prvky mostní konstrukce, sloupy a speciální exponované prvky, vyznačující se tím, že obsahuje podlouhlý dutý skořepinový prvek z ultra vysokopevnostního vlákny vyztuženého cementového kompozitu s rozptýlenou výztuží, vyztužený vlákny a/nebo prutovou výztuží a/nebo předpínací výztuží a/nebo síťovou výztuží, který má v příčném řezu tvar vybraný ze skupiny n-úhelník, kde n je 3 až 12, kruh nebo ovál, přičemž dutina skořepinového prvku je vyplněna konvenčním betonem; tloušťka stěn skořepinového prvku je menší než šířka dutiny; a vnitřní stěny skořepinového prvku jsou opatřeny výstupky, jejichž výška je menší než tloušťka stěny skořepinového prvku.
2. Skořepinový betonový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna a/nebo prutová výztuž a/nebo předpínací výztuž a/nebo síťová výztuž jsou z materiálu vybraného ze skupiny kov, plast, kompozit a přírodní materiály.
3. Skořepinový betonový prvek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že skořepinový prvek z ultra vysokopevnostního vlákny vyztuženého cementového kompozitu s rozptýlenou výztuží obsahuje 500 až 800 kg cementu na 1 m³, přičemž maximální velikost kameniva je 8 mm.
4. Skořepinový betonový prvek podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že konvenční beton obsahuje příměs druhotných materiálů.