Vystuženie vláknami môže zlepšiť tie vlastnosti betónu, ktoré sa všeobecne vnímajú nie ako jeho prednosti, ale ako tie, v ktorých betón tak trocha zaostáva za niektorými inými konštrukčnými materiálmi. Je to najmä zjavne menšia pevnosť betónu pri namáhaní ťahom ako pri namáhaní tlakom, krehký charakter narušenia betónu a prejavy objemových zmien betónu, predovšetkým jeho zmrašťovanie.
V tomto článku je reč o vláknobetóne, teda kompozite s cementovou matricou doplnenou vláknami, ktoré spevňujú štruktúru cementovej hmoty a výrazne vylepšujú vlastnosti finálneho produktu. Zlepšenie vlastností betónu pridaním vláken sa dosahuje nielen pri jednoduchom betóne, ale môže sa pozitívne prejaviť aj v klasicky vystužených konštrukciách. Napríklad vyššia pevnosť v ťahu môže mať pozitívny vplyv na spotrebu výstuže v predpätých prvkoch.
Vláknami obohatený betón, v medzinárodnej terminológii často označovaný skratkou FRC (Fibre Reinforced Concrete), prináša znížené náklady na údržbu a dlhšiu životnosť. Ide o dôsledok vylepšených vlastností, najmä obmedzenie vzniku trhlín pri ťahovom namáhaní, väčšiu tuhosť či vyššiu požiarnu odolnosť. Na rozdiel od bežného železobetónu, ktorý môže ľahko prasknúť, je vláknobetón obvykle odolnejší aj pri tlmení nárazov (bez prasklín).
Vývoj a typy vlákien v betóne
Vlastnosti betónu vystuženého vláknami ovplyvňuje mnoho faktorov. Vlastnosti betónu sa dajú veľmi výrazne ovplyvniť práve vhodným typom vláken a ich množstvom. Samostatnú otázku predstavuje problematika materiálu, z ktorého sa vlákna na vystužovanie betónu vyrábajú. Do betónu možno z hľadiska technológie pridať v podstate akékoľvek vlákno. A tak sa môžeme stretnúť s používaním vláken kovových aj nekovových, prírodných aj syntetických, organických aj anorganických.
Vláknitý kompozit tvorili vo svojej dobe už Babylončania, prírodné vlákna ako slamu či konské vlasy primiešavali za účelom zníženia krehkosti do ílu, z ktorého vyrábali tehly a do omietok. Príkladom uplatnenia vlákien je tiež kedysi obľúbený azbestocement (eternit) či sklovláknocement. Neskôr začal byť betón obohacovaný o oceľové vlákna aj ďalšie materiály - čadičové vlákna a polymerické mikro- či makrovlákna. Zrejmá je tiež snaha o uplatnenie vlákien prírodného pôvodu.
Pevnosť betónu v ťahu sa zvyšuje použitím výstuže. Dnes sa tvrdosť betónu drasticky zvyšuje mnohými spôsobmi; do betónu možno primiešať viac druhov vlákien (oceľové alebo nejaké iné kovové, sklenené alebo organické). Z hľadiska fyzikálno-mechanických vlastností vláken je dôležitou charakteristikou ich ťahová pevnosť. Pozornosť však netreba venovať iba jej. Veľmi dôležitý je najmä modul pružnosti materiálu, z ktorého sú vlákna vyrobené. Funkčnosť drôtika rovnako ako klasickú výstuž ovplyvňuje schopnosť spolupôsobiť s okolitým betónom.
Kritérium hodnotenia jednotlivých úprav nie je jednoznačné. Vyrábajú sa vlákna, ktorých zakotvenie do betónu je dokonalé. Môže teda úplne využiť pevnosť ocele. Na rozdiel od toho iné typy vláken sú zakotvené tak, že pri zväčšovaní trhliny, v ktorej vlákno pôsobí, sa postupne vysúvajú z betónu. Vlákno sa takmer nikdy nepretrhne, jeho schopnosť prenášať silový účinok je teda menšia ako pri predchádzajúcom vlákne, no vlákno umožňuje prenášať väčší pretvárny účinok. To znamená, že takto vystužený betón má väčšiu schopnosť prevziať pomerné pretvorenie.
Veľmi dôležitou charakteristikou vláken je ich mohutnosť, ktorú možno charakterizovať počtom vláken zodpovedajúcich použitému množstvu. Čím je použité vlákno jemnejšie a v dôsledku toho počet vláken v hmotnostnej jednotke vyšší, tým lepšie sa môže zaručiť splnenie požiadavky homogenity vystuženia betónu. Medzi veľmi jemné vlákna možno zaradiť jednak polypropylénové a jednak sklenené monofilamentné vlákna. Kým počty oceľových vláken sa pri bežných množstvách pohybujú rádovo v niekoľkých desiatkach tisíc kusov v 1 m3 betónu, počty ultrajemných vláken sa odhadujú (pri podstatne menších hmotnostných množstvách) rádovo na milióny kusov.
Oceľové vlákna
Prvé pokusy vystužiť štruktúru betónu sa, pochopiteľne, realizovali s oceľovými vláknami. Pri najstaršej, dosiaľ používanej technológii strihania a potom ďalšieho tvarovania nekonečného oceľového vlákna sa používa veľmi drahý polotovar. Výroba nekonečného vlákna je mimoriadne energeticky náročná. Preto sa spočiatku ako surovina na výrobu drôtikov používal drôt, ktorý nevyhovel ako surovina na výrobu niektorých iných produktov, napríklad banských lán.
Napriek tomu množstvo drôtikov, ktoré sa vyrábajú v súčasnosti, je také veľké, že sa drôtovne musia venovať zhotovovaniu špeciálneho polotovaru ako samostatnej úlohe. Navyše samotná výroba drôtikov už vonkoncom nie je viazaná výlučne na technológiu strihania nekonečného drôtu. Betón obohatený o oceľové drôtiky je často využívaný do veľkých priemyselných podláh s vysokým zaťažením.
Univerzita v Aachene uskutočnila v októbri roku 2004 v spolupráci s výrobcom drôtikov do betónu firmou Arcelor Trefil Arbed skúšku, ktorej cieľom bolo overiť možnosť uplatnenia drôtikobetónu pri vystužovaní lokálne podopretých stropných platní. Skúška sa vykonala na modelovej konštrukcii s reálnou veľkosťou, pri ktorej výrobe sa použil drôtobetón s vyšším obsahom drôtikov. Hlavným prínosom takto navrhnutej konštrukcie bolo podstatné zjednodušenie objemu prác spätých s vystužením konštrukcie.
Syntetické a sklené vlákna
Mikropolypropylénové vlákna určené do vláknobetónu. V súčasnosti sa vyrábajú a používajú syntetické vlákna z materiálu, ktorého pevnosť je síce takmer porovnateľná s pevnosťou ocele, ale jeho modul pružnosti je v porovnaní s oceľou menší. Nazývajú sa konštrukčné polypropylénové alebo konštrukčné polyolefínové vlákna. Tieto vlákna teda musia na dosiahnutie zhodného silového účinku absorbovať väčšie hodnoty deformácie.
Tie možno v štruktúre betónu docieliť iba pri dostatočne veľkom roztvorení trhliny, ktorá je premostená vláknom. Určitým nedostatkom týchto vláken je, že technológie ich výroby zatiaľ neumožňuje realizáciu akejkoľvek úpravy ich geometrie, ktorá by zlepšila ich zakotvenie v štruktúre betónu. Jeden z výrobcov tohto druhu vláken v propagačných materiáloch spomína efekt rozstrapkania ich koncovej oblasti v betónovej zmesi.
Polypropylénový vláknobetón sa uplatňuje v stavebných prvkoch, ktoré musia byť odolné proti rázu - polymérové vlákna nachádzajú svoje miesto napríklad pri výrobe segmentov ostenia tunelov, kde napomáhajú zvýšiť požiarnu odolnosť a mrazuvzdornosť. Sklovláknobetón je možné vidieť hlavne na fasádach budov, v interiéroch, ale aj ako materiál pre výrobu akustických panelov. Aj na oceňovanú administratívnu budovu Main Point Karlín v Prahe boli použité fasádne prvky z vytlačovaného, lisovaného a ohýbaného sklovláknobetónu.
Betón vystužený uhlíkovými vláknami (CFRC)
Nové materiály pre moderné stavebníctvo, ako napríklad betón vystužený uhlíkovými vláknami, sa medzi týmito revolučnými materiálmi objavili ako zmena hry. Betón vystužený uhlíkovými vláknami (CFRC) je kompozitný materiál uhlíkových vlákien v betónovej matrici. Na rozdiel od tradičnej oceľovej výstuže, kde sú oceľové tyče umiestnené vo vnútri betónu pred vytvrdnutím, sú uhlíkové vlákna rovnomerne rozložené cez receptúru betónu, aby sa vytvoril 3D výstužný systém, ktorý zlepšuje jeho vlastnosti.
Uhlíkové vlákna používané v CFRC sú vo všeobecnosti odvodené z polyakrylonitrilu (PAN), polyméru na báze ropy. V súčasnosti sa však objavujú aj ekologickejšie verzie získavané z organických polymérov, ako je lignín (vedľajší produkt spracovania papiera). Tieto krehké vlákna sa môžu pochváliť pôsobivou pevnosťou v ťahu až päťkrát väčšou ako oceľ, pričom sú o 80 % ľahšie. Po začlenení do betónu tvoria uhlíkové vlákna matricu, ktorá dramaticky posilňuje odolnosť materiálu proti praskaniu, zvyšuje jeho pevnosť v ťahu a zlepšuje jeho trvanlivosť.
Výhody uhlíkových vlákien oproti oceli
Je nevyhnutné porovnať uhlíkové vlákna s tradičnou metódou vystužovania betónu, oceľovou výstužou, aby sme zistili, prečo ľudia častejšie prijímajú aplikácie betónu s uhlíkovými vláknami. Základné výhody a výhody uhlíkových vlákien oproti oceli sú obrovské a mnohostranné.
| Vlastnosť | Tradičná oceľová výstuž | Uhlíkové vlákna v betóne (CFRC) |
|---|---|---|
| Hmotnosť | Referenčná | O 80 % ľahšie ako oceľ |
| Korózia | Áno | Nie, nekoródujú |
| Pevnosť v ťahu | Vysoká | Až päťkrát väčšia ako oceľ |
| Izolačné vlastnosti | Nízke tepelné izolačné | Zlepšené (nízka tepelná vodivosť) |
| Trvanlivosť a údržba | Riziko hrdze a odlupovania | Dlhodobá, znížená údržba |
| Pevnosť v tlaku (s 1% vl.) | Referenčná | Až o 59,9 % vyššia |
| Pevnosť v ohybe (s 1% vl.) | Referenčná | Až o 107,69 % vyššia |
| Náklady | Nižšie počiatočné | Vyššie počiatočné, kompenzované inými výhodami |
Uhlíkové vlákno, ktoré je približne o 80 % ľahšie ako oceľ, výrazne znižuje vlastné zaťaženie konštrukcií. Na rozdiel od ocele uhlíkové vlákna nekorodujú, čím sa vyhnete problémom s hrdzou, škvrnami alebo odlupovaním betónu, ku ktorým dochádza pri tradičnej výstuži. Preto nízka tepelná vodivosť uhlíkových vlákien zlepšuje izolačné vlastnosti betónových konštrukcií. Štúdie ukázali, že drastické zlepšenia kľúčových ukazovateľov výkonnosti prevažujú nad výzvami, ktorým tieto organizácie čelia. Pridanie iba 1 % uhlíkových vlákien do betónovej zmesi malo za následok až o 59,9 % vyššiu pevnosť v tlaku. Pevnosť v ťahu pri štiepení sa zlepšila o 56,3 percenta, ak je zahrnuté toto malé množstvo uhlíkových vlákien. Nárast pevnosti v ohybe je pravdepodobne najvýznamnejší, pretože prináša zvýšenie až o 107,69 % s pridaním iba 1 % uhlíkových vlákien.
Vylepšená odolnosť a trvanlivosť
Vystuženie betónom a uhlíkovými vláknami môže výrazne zvýšiť odolnosť materiálu rôznymi spôsobmi. Táto pevnosť v ťahu znižuje alebo eliminuje vysychanie a plastické zmršťovanie v betóne, čo vedie k masívnejším štruktúram. Ponúka zlepšenú odolnosť proti nárazu a dynamickému zaťaženiu, a preto nachádza svoje využitie v oblastiach s vibráciami alebo otrasmi. Materiál je tiež odolnejší voči kyselinám a síranom ako bežný betón, čím sa predlžuje jeho životnosť v chemicky agresívnom prostredí. Betón vystužený uhlíkovými vláknami je možné použiť v náročných tepelných podmienkach, pretože má vysokú tepelnú odolnosť, odolnosť proti kolísaniu teplôt a vysokým teplotám.
Konštrukčné a ekonomické aspekty
Okrem štrukturálnych a trvanlivých výhod má uhlíkové vlákno aj mnoho výhod v stavebníctve. Vyplýva to zo schopnosti latovaných predpätých betónových prvkov mať veľmi vysoký pomer pevnosti k hmotnosti, čo znamená, že pre rovnaké zaťaženie možno použiť tenšie prvky, čím sa zníži množstvo materiálu a umožní sa optimálnejší návrh. Uhlíkové vlákno má tiež tendenciu eliminovať alebo znižovať potrebu umiestnenia klasickej oceľovej výstuže, čo môže skrátiť čas výstavby. Zníženie počtu použitých dosiek vedie k nižším mzdovým nákladom a času výstavby.
Jedným z najúspešnejších a široko implementovaných použití uhlíkových vlákien v prefabrikovanom betóne je uhlíkový systém vyrábaný spoločnosťou Altus Group. Systém CarbonCast má mnoho výhod. Panely sú ľahšie a tenšie ako bežné betónové prefabrikáty, čo znižuje celkové vlastné zaťaženie konštrukcie. To umožňuje zvýšiť potenciál veľkosti panelov, čím sa minimalizuje počet kusov potrebných pre projekt. Inštalácia je rýchlejšia a má menej ľahších častí. Výsledkom je fantastickejšia materiálová a dopravná efektívnosť, čo sa premieta do výrazne nižšej uhlíkovej stopy počas výstavby. Prefabrikovaný betón využíva uhlíkové vlákna viacerými spôsobmi. V stenových paneloch je do vonkajších a vnútorných častí sendvičových stenových panelov namiesto oceľovej výstuže integrovaná mriežka alebo sieť z uhlíkových vlákien, čím sa zmierňujú problémy s tepelným mostom spojené s oceľovými konektormi. Uhlíkové vlákno je zvuková výstuž pre parkovacie konštrukcie vďaka svojej nižšej hmotnosti a odstráneniu potreby chemickej ochrany proti rozmrazovacím soliam a iným korozívnym zložkám.
Jednou z priekopníckych aplikácií betónu vystuženého uhlíkovými vláknami je Carbonhaus v areáli Technickej univerzity v nemeckých Drážďanoch. Táto budova je prvou betónovou konštrukciou na svete, ktorá vo svojej výstuži nahradila oceľ uhlíkovými vláknami. Inovatívna štruktúra, ktorá sa nachádza na mieste nemeckého federálneho ministerstva školstva a výskumu a stojí v regióne 5 miliónov eur, ukazuje možnosti vystuženia uhlíkovými vláknami aplikovaného v stavebníctve. Dosky z polyméru vystuženého uhlíkovými vláknami (CFRP) často spevňujú existujúce mostné konštrukcie. Ohybová tuhosť a únosnosť nosníka sa použitím tejto techniky predpínania výrazne zvýšili. Výskum odhalil, že aplikácia predpätého CFRP by mohla zvýšiť tuhosť v elastickom štádiu o 64,9 % až 67,1 % a zvýšiť konečné zaťaženie o 19,53 % na 31,9 %. Vďaka tomu je CFRP vynikajúcou možnosťou na obnovu staršej infraštruktúry bez jej úplnej výmeny.
Doteraz bol systém CarbonCast nasadený v niekoľkých mestských prostrediach, vrátane projektu študentského bývania v regióne Georgia State University v Piemonte Central. Aplikácia výrazne využila prefabrikované betónové panely vystužené uhlíkovými vláknami. V porovnaní s tradičnými metódami sa výrazne skrátil čas výstavby. Či už ide o veľké, samostatné zariadenie alebo distribuované energetické systémy, systém znížil zložitosť a náklady so zjednodušenými požiadavkami na inštaláciu a zníženou spotrebou materiálu. Medzi prínosy pre životné prostredie patrila menšia uhlíková stopa v dôsledku menšej spotreby materiálu a menších požiadaviek na dopravu. Architekt pre túto prácu uviedol, že špecifikácia C-mriežky v klimatizovaných priestoroch je normou kvôli nižším počiatočným nákladom a dlhodobým úsporám nákladov na energiu.
Náklady sú jedným z najvýznamnejších limitujúcich faktorov. Materiály z uhlíkových vlákien bývajú drahšie ako tradičná oceľová výstuž. Rozdiel v nákladoch však možno odôvodniť niekoľkými ďalšími vlastnosťami. Nižšie mzdové náklady na umiestnenie počas procesu inštalácie zvyčajne negujú vyššie náklady na materiály, pretože vystuženie uhlíkovými vláknami je vo všeobecnosti jednoduchšie a rýchlejšie. Nižšia hmotnosť znamená nižšie náklady na dopravu, čo môže priniesť značné úspory na veľkých projektoch a/alebo vzdialených miestach. Predlžuje životnosť a znižuje údržbu, čím prináša dlhodobé ekonomické výhody prostredníctvom nižších nákladov na životný cyklus.
Výzvy a budúcnosť CFRC
Vystuženie uhlíkovými vláknami má niekoľko technických obmedzení, ktoré je potrebné vziať do úvahy, čo musia mať inžinieri na pamäti. Spájanie uhlíkových vlákien by sa malo vykonávať pod uhlom pod 60 stupňov, aby sa zabezpečila primeraná priľnavosť a pevnosť, a musia byť dodržané limity teploty prostredia pre lepiace materiály. Integrácia vystuženia uhlíkovými vláknami predstavuje jedinečné konštrukčné výzvy, ktoré si vyžadujú starostlivé zváženie. Inštalácia si vyžaduje vysokú odbornosť a zručných odborníkov, aby bola zaistená kvalita a bezpečnosť pri realizácii.
Konštrukčný proces môže byť komplikovaný, najmä pri vonkajších lepených systémoch, ktoré majú vysoké požiadavky na proces lepenia a upevňovania; ak konštrukcia nie je urobená dobre, spôsobí to slabý účinok výstuže a dokonca spôsobí bezpečnostné riziká. Nezmiešané a zle umiestnené vlákna môžu viesť k nerovnomernému rozloženiu vlákien v betónovej matrici, čo môže niekedy zhoršiť výkon. Zistilo sa, že optimálna dávka uhlíkových vlákien je 1 % hmotnosti betónu. Toto nové zistenie bude mať obrovský význam pre inžinierov a výrobcov betónu, ktorí sa zaujímajú o využitie výhod vystuženia uhlíkovými vláknami pri zachovaní nízkych nákladov na materiál. Štúdia tiež poukazuje na to, že spracovateľnosť betónu (pomocou skúšok zrútenia) sa znižuje so zvyšujúcim sa percentom uhlíkových vlákien, pričom významné zníženie sa pozoruje pri koncentráciách vyšších ako 0,75 %.
Betón s uhlíkovými vláknami je revolučným krokom v technológii stavebných materiálov. Hoci pretrvávajú značné prekážky, najmä pokiaľ ide o náklady, požiadavky na technické znalosti a štandardizáciu, posun automobilového priemyslu smerom k vystuženiu uhlíkovými vláknami predznamenáva, že výroba väčšieho množstva dielov a komponentov vo viacerých aplikáciách sa časom stáva ekonomicky realizovateľnou. Pre aplikácie prefabrikovaného betónu je vystuženie uhlíkovými vláknami presvedčivou hodnotovou ponukou, ktorá umožňuje výrobu ľahších, pevnejších, odolnejších a tepelne účinných komponentov. Uhlíkové vlákno sa stáva inovatívnym betónom budúcnosti, ktorý umožňuje inteligentnému betónu, aby sa sám autorizoval proti štrukturálnemu zdraviu a varoval majiteľov, keď sa niečo pokazí, skôr ako sa stanú kritickými.
Vysokovýkonné betóny s vláknitou výstužou
Vysokohodnotný betón s ultra vysokou pevnosťou (UHPC)
Medzi betónmi s rozptýlenou výstužou sú správne radené aj vysokohodnotné betóny s ultra vysokou pevnosťou (UHPC - Ultra High Performance Concrete). Ide o cementové kompozity vyznačujúce sa vysokým obsahom cementu, malou frakciou kameniva (spravidla v množstve jednotiek milimetrov), extrémne nízkym vodným súčiniteľom (okolo hodnoty 0,2) a všesmernou rozptýlenou vláknitou výstužou (najčastejšie oceľovou).
Tento moderný materiál disponuje veľmi vysokou pevnosťou v tlaku (nad 150 MPa), v ťahu (zvyčajne cez 25 MPa) aj za ohybu, ďalej vysokým modulom pružnosti, odolnosťou proti obrusu, pri aplikácii značnou tekutosťou a takisto dlhou trvanlivosťou. To potom umožňuje zmenšiť prierezy konštrukcií a znížiť ich hmotnosť. Ide teda o ideálny materiál pre architektov, s ktorým možno navrhovať subtílne nevystužené, vzhľadovo stabilné a pritom tuhé konštrukcie. Náklady na výrobu UHPC sú vyššie ako u bežného betónu, trvanlivosť konštrukcii (údajne viac ako 200 rokov) ich však opodstatňuje.
Zatiaľ nachádza uplatnenie najmä pri nosných konštrukciách mostov a lávok, pri sanáciách starších betónových konštrukcií alebo napríklad v podobe tenkých fasádnych prvkov. Fasáda Galérie Nadácie Louisa Vuittona pozostáva z 19 tisíc unikátnych prefabrikátov z bieleho UHPC betónu. Napríklad v Čechách bolo v posledných rokov zrealizovaných z UHPC niekoľko zaujímavých stavieb. Jednou z prvých bola v roku 2014 mostovka pre lávku pre pešiu zónu cez rieku Labe v Čelákoviciach. Išlo o nosník tvaru TT z UHPC s hmotnosťou asi 10 ton. Pre dlhodobé sledovanie konštrukcie bol osadený odporovými tenzometrami, ktoré zachytia prípadné deformácie. Lávka cez Labe v Čelákoviciach disponuje mostovkou z UHPC. Na stavbu bolo dodaných celkom 190 m3 tohto betónu.
V roku 2018 došlo k osadeniu UHPC lávky cez Dřetovický potok vo Vrapiciach pri Kladne. Ide o experimentálnu prefabrikovanú konštrukciu s rozptýlenou vláknitou výstužou, avšak celkom bez konvenčnej armatúry. Po statickej a technologickej stránke sa o návrh postarali vedci z Kloknerovho ústavu ČVUT. UHPC tvorí tiež nosnú konštrukciu lávky cez rieku Lubinu v meste Příbor. Nosná konštrukcia je uložená na masívnej železobetónovej spodnej stavbe. Betónová hmota obsahuje rozptýlené oceľové drôtiky a disponuje pevnosťou v tlaku až 130 MPa a pevnosťou v ťahu za ohybu v hranoloch minimálne 15 MPa. Konštrukcia experimentálnej lávky vo Vrapicích pri Kladne je tvorená UHPC betónom bez konvenčnej výstuže. Konštrukčným materiálom lávky cez rieku Lubinu v Příboře bol UHPC. Prostý nosník o rozpätí 35 metrov je vytvorený zopnutím piatich dvojkomorových segmentov. Konštrukcia má unikátny štíhlostný pomer výšky k dĺžke 1 : 44 a je prvá svojho druhu na českom území.
Duktílny alebo ohybný betón (ECC)
V posledných rokoch je hojne skloňovaný tiež termín duktílny alebo ohybný betón (medzinárodná skratka ECC - Engineered Cementitious Composite). Vystužený je asi dvoma percentami sekaných polyvinylalkoholových vlákien, ktoré disponujú vysokou pružnosťou a vyrábaný je bez použitia hrubého kameniva. Mikrovlákna sa správajú ako väzy, ktoré dodávajú betónu pevnosť. Tento kompozit údajne disponuje 300- až 500-krát väčšou pevnosťou v ťahu než štandardný betón a je tiež schopný absorbovať veľké množstvo energie bez vzniku porúch.
Technologické postupy a budúcnosť vláknobetónu
Z technologického hľadiska je dôležité, že na rozdiel od klasického spôsobu je vystužovanie vláknami postup, pri ktorom sa výstuž ukladá do konštrukcie v priebehu jednej pracovnej operácie, teda súčasne s betónom. Pri otázke technologického postupu zhotovenia vláknobetónu sa dá konštatovať, že vláknobetóny - okrem niektorých osobitých výnimiek - možno zhotovovať všetkými postupmi, ktoré sa používajú pri výrobe betónov bez vláken. Teda nielen klasickými technológiami liateho betónu, ale napríklad aj technológiami striekaného betónu.
Výroba vláknobetónov na úrovni, s akou sa v súčasnosti stretávame, umožňuje širšie uplatnenie než dosiaľ. Vláknobetóny aj UHPC prinášajú všeobecné zníženie hmotnosti konštrukcii pri súčasnom zvýšení ich odolnosti voči mechanickým, ale aj klimatickým vplyvom. To vedie k návrhu skôr nemysliteľných betónových štruktúr, ktoré sú zaujímavé ako z estetického hľadiska, tak predovšetkým z pohľadu ich trvanlivosti. Navyše zrýchľujú proces výstavby, znižujú celkovú spotrebu materiálu aj vynaloženú energiu a vyžadujú len minimálnu údržbu.
Možno považovať problematiku ďalšieho vývoja vláken za uzavretú? Odpoveď na túto otázku je jednoznačne negatívna. Možno očakávať nielen príchod nových syntetických materiálov, ale dá sa predpokladať, že uzavretá nie je ani otázka ďalšieho zlepšenia klasických, a teda aj oceľových vláken. Ani v ich prípade nemožno vylúčiť možnosť vzniku nových technológií ich výroby, a najmä ďalších úprav ich geometrie. Príkladom možností, ktoré vlákna poskytujú, sú tzv. karbón nanotubes, uhlíkové vlákna, ktoré sú produktom nanotechnológií. Mechanické vlastnosti týchto vláken rádovo prevyšujú napríklad vlastnosti ocele.
Tak ako v ostatných rokoch nastal zjavný nárast limitu mechanických vlastností obyčajného betónu, tak sa relatívne rýchlo rozširujú aj možnosti, ktoré betónu prináša vystuženie vláknami. Ak sa pri betóne posunula pevnosť v tlaku až na hranicu 100 MPa, v odbornej literatúre už možno nájsť zmienky o vláknobetónoch, ktorých pevnosť v ťahu dosahuje hodnoty okolo 30 MPa, teda približne desaťnásobok dosiaľ bežnej pevnosti. Ďalším smerom, ktorým sa vláknobetóny budú rozvíjať, je pokrok v otázke tzv. náhodnosti ich rozmiestnenia v štruktúre betónu. V tomto ohľade sa už realizujú pokusy s takou štruktúrou vystuženia, ktoré nemožno označiť ako celkom náhodné.
Environmentálna udržateľnosť
Betón vystužený uhlíkovými vláknami má množstvo výhod z hľadiska environmentálnej udržateľnosti, ktoré zapadajú do súčasného zamerania moderného stavebníctva na ekologickú zodpovednosť. Zlepšená trvanlivosť a odolnosť proti praskaniu, ktorú ponúka CFRC, má za následok dlhšiu životnosť konštrukcií, čo si vyžaduje menej údržby a výmeny z dlhodobého hľadiska. Táto trvanlivosť priamo znižuje negatívny vplyv opráv a prestavby na životné prostredie. Zvýšená pevnosť znamená tenšie betónové prvky, čo znižuje celkovú spotrebu cementu, čo vo veľkej miere prispieva k emisiám CO₂ v stavebníctve. Vplyv na dopravu je znížený, pretože ľahšie komponenty vyžadujú menej paliva na dodanie na stavenisko. Má to však jednu pozoruhodnú nevýhodu: bežná výroba uhlíkových vlákien je energeticky náročná. Jedným z možných zlepšení, pokiaľ ide o udržateľnosť betónu vystuženého uhlíkovými vláknami, by bolo použitie uhlíkových vlákien na bio báze získaných z lignínu alebo iných organických zdrojov. Problémy udržateľnosti spojené s výrobou tradičných uhlíkových vlákien viedli k vývoju uhlíkových vlákien na bio báze z obnoviteľných zdrojov. Nové pokročilé výrobné techniky sa explicitne využívajú v priemysle prefabrikovaných uhlíkových vlákien, aby im poskytli výhody optimalizáciou spôsobu výroby produktov a vytvárania návrhov.
V rámci všeobecnej snahy o udržateľnosť je v stavebníctve kladený veľký dôraz na maximálne využitie prírodných zdrojov. Často sa však zabúda na materiály s dlhou životnosťou, ktorých devízou môže byť aj ľahká recyklácia (hliník či polystyrén). Často patria práve k vysoko ekologickým stavebným prvkom. Podporujme nielen vývoj technológií, ktoré sú prívetivé k životnému prostrediu, ale inovujte aj to, čo už existuje. Experimentovanie s tak tradičnými materiálmi, ako je betón, prináša zrýchlenie konštrukčných procesov a predovšetkým zvýšenú odolnosť stavieb, ktoré tak slúžia oveľa dlhšie ako kedykoľvek predtým.
tags: #beton #vystuzeny #hybridnou #kompozitnou #vystuzou