Dramix CombiSlab – průmyslová podlaha se zaručenou mezní šířkou trhliny

Beton vyztužený ocelovými vlákny neboli drátkobeton se používá jako stavební materiál pro průmyslové podlahy již téměř čtyři desítky let. Zejména v posledním desetiletí se stal standardním postupem a úspěšně se používá po celém světě. Kromě jiných vlastností přispělo k jeho úspěchu chování těchto podlah s ohledem na vznik trhlin, který je méně pravděpodobný.

Dochází jen k menším a méně četným trhlinám a zároveň je možné realizovat větší dilatační celky ve srovnání s tradičními podlahami.

Skutečnou šířku trhliny nelze vypočítat, ale je možné ji na základě zkušeností a dloholeté praxe odhadnout. Aby se předešlo všem trhlinám, je nutné uplatnit správné konstrukční a stavební postupy. Proto se podlahy dilatují na menší celky nebo se používají postupy, jejichž výsledkem jsou tzv. podlahy bezesparé.

Ocelová vlákna Dramix^® umožňují následný přenos napětí průřezem prvku s trhlinami. V tomto smyslu pod pojmem Dramix^® CombiSlab rozumíme metodologii, umožňující uživatelům výztuže Dramix^® stanovit vypočítanou šířku trhliny betonu vyztuženého ocelovými vlákny v kombinaci s klasickou výztuží.

Skutečné požadavky na podlahy nebo i uspořádání budov občas představují omezení, např.

pro velikost dilatačních polí, poměr jejich délky a šířky ≤ 1:1,5, minimální tloušťku desky, umístění řezaných spár apod. Poškozené dilatace vyžadují nemalé finanční náklady na nepřetržitou údržbu a mohou mít negativní vliv na provoz v průmyslových objektech.

Kromě toho mohou být dilatační spoje a spáry také v rozporu se zamýšleným použitím podlahy z důvodů hygienických, ekologických nebo praktických (minimální požadavky na nátěry, čistotu, vodotěsnost, penetraci atd.).

Nutnost dilatací a další podmínky kladené na podlahu v některých případech mohou beton vyztužený ocelovými vlákny diskvalifikovat jako vhodný stavební materiál. Řešením je systém Dramix^® CombiSlab, který je určen především pro ty případy, kdy jsou trhliny v betonu velmi pravděpodobné, očekávané nebo musíme počítat s mezní šířkou trhliny a kdy tudíž drátkobeton standardně použít nelze:

● při nepravidelné geometrii pole: l/w > 1 : 1,5, trojúhelníky, lichoběžníky,

● pro průmyslové podlahy s omezením: žádný nebo takřka žádný pohyb podlahové desky, oblast nakládacího prostoru, propojené základy, zátěž způsobující příčné namáhání,

● pro tenké bezesparé nebo neukotvené opravné vrstvy: při rekonstrukcích, použití tenké vrstvy mazaniny nebo potěrů,

● pro nekotvené průmyslové podlahy: jízdní pruhy pro vysokozdvižné vozíky, oblasti s hustým provozem, „nekonečné“ podlahy, velké dilatační celky nebo bezesparé venkovní vozovky, vozovky pro těžký provoz,

● pro podlahy opatřené nátěrem: požadavky na trhliny kvůli nátěru, potravinářství nebo chemický průmysl.

 

Konstrukční pojetí podlah Dramix^® CombiSlab je odvozeno z německé příručky Beton s ocelovými vlákny a z německé normy DIN 1045 pro vyztužený beton. Oba tato podklady jsou založeny na zásadách Eurokódu 2.

U výše uvedených aplikací můžeme trhliny s určitostí očekávat. Za předpokladu že tyto trhliny nepřekročí určitou mez, nepředstavují pro zamýšlené použití problém. Dramix^® CombiSlab se řídí zásadou, že větší množství menších trhlin je lepší než jediná dilatace.

Důležité parametry pro posouzení, zda je trhlina ještě přijatelná, nebo je už příliš široká, závisejí na tom, jak se podlahy používají a za jakých podmínek.

Jako vodítko slouží normy pro vyztužený beton a EC2.

Pro mnoho uživatelů podlah nemá význam zabývat se „šířkou trhlin“ či „návrhy s mezní šířkou trhliny“, zajímá je, jestli podlaha „funguje“.

Pro potřeby navrhování si tedy výraz „funguje“ musíme přeložit a přenést do pojmu „šířka trhliny“.

Vše závisí na konkrétních podmínkách, za kterých podlaha „fungovat“ musí. Zde je několik příkladů pro vypočtenou šířku trhliny w_k:

● suché prostředí: 0,5 mm,

● podlaha na zemině nebo v prostředí s vyšší vlhkostí: 0,3 mm,

● při výskytu chloridů: 0,1–0,3 mm (+ případný nátěr),

● při použití nátěru: 0,2 mm,

● pro požadovanou nepropustnou podlahu: 0,1–0,2 mm,

● při zvýšených ekologických požadavcích: 0,1–0,2 mm (+ případný nátěr),

● při požadavcích na chemickou odolnost: 0,1–0,2 mm (+ případný nátěr).

 

Šířka trhliny je vpodstatě jen jiná forma podmínky pro mezní stav použitelnosti.

Vypočtená šířka trhliny w_k odpovídá průměrné šířce trhliny po její délce, která je v účinné zóně vyztužení. Naměřená šířka konkrétní trhliny na různých místech po její délce ale může být širší než vypočtená šířka trhliny w_k. Mimo účinnou zónu vyztužení mohou být trhliny všeobecně širší než w_k. Hodnota pro tuto zónu se vypočte podle kritérií výpočtu Dramix^® CombiSlab.

Dále se vypočtená šířka trhliny vztahuje k ose výztuže, takže trhliny na povrchu mohou být širší než w_k. To je zejména případ tenkých konstrukcí s velkým krytím betonu vystaveným dominantnímu ohybovému působení. Odlupující se okraje a špína mohou také způsobit, že trhlina vypadá mnohem širší, než ve skutečnosti je.

Na w_k se tedy musí pohlížet jako na výpočtovou hodnotu a nikoliv jako na maximální šířku trhliny, která je diagnostikována na místě. Maximální šířka trhliny může být v některých místech po její délce až o 50 % širší než w_k. Průměrná hodnota všech šířek trhlin by však měla být nejvýše rovna hodnotě w_k.

Tyto problémy srovnání skutečné šířky trhliny oproti vypočtené hodnotě neplatí jen pro Dramix^® CombiSlab, ale pro vyztužený beton obecně.

Zda betonová podlaha praskne či nikoli, záleží na mnoha okolnostech a na jejich parametrech, mezi něž patří zejména stupeň příčného napětí, (rychlé) změny teploty, smršťování, složení betonu či vlastní provedení. Na většinu z nich ocelová vlákna nemají vliv.

Předpokládejme, že ke vzniku trhlin u těch aplikací, na které se zaměřuje Dramix^® CombiSlab, dojde takřka vždy. V tomto případě šířka vzniklých trhlin závisí na množství dalších parametrů.

Následující seznam vyjmenovává ty, které vyžadují pro udržení určité šířky trhlin vyšší třídu vyztužení:

● vyšší pevnost betonu v tahu,

● větší průřez,

● větší krytí betonu,

● větší průměr tyčové výztuže,

● větší plochy namáhaného průřezu.

 

Vlákna působí na pevnost betonu v tahu tím, že zajišťují jeho pevnost po vzniku trhliny, kdy se objem takto uvolněné energie významně snižuje.

Vlákna podporují hlavní výztuž při zvládání napětí v místě trhliny, ale nemění materiálové vlastnosti železobetonu.

Pro požadované množství výztuže na kontrolu trhlin představuje celý průřez v napětí horní mez, zatímco průřez vystavený napětí v ohybu představuje spodní mez (u desek na zemi). Červená plocha na obr. 1 představuje oblast napětí a odpovídá množství požadované výztuže.

Dramix^® CombiSlab nabízí množství různých aplikací přesně z tohoto důvodu: na základě vstupních veličin a přidružených podmínek prostředí a mechanických podmínek pro zvolené použití se stanoví receptury Dramix^® CombiSlab pro požadované napětí v tahu v půřezu před vznikem trhliny, přičemž se zohlední vyskytující se napětí, které může být způsobeno buď fixním kotvením desky ,nebo trvalou zátěži, desky v kombinaci s třením mezi deskou a zemí.

V závislosti na typu nebo vzdálenosti dilatací v kombinaci se zatížením a třením mohou existo vat podlahy, které jsou v úplném napětí. V těchto případech se předpokládá, že celý průřez je v napětí těsně před tím, než dojde ke vzniku trhliny: skutečné napětí ó ≥ pevnost v tahu f_ctm.

V jiných případech může být pevnost v tahu kvůli napětí nižší než je pevnost v tahu betonu.

Jelikož jedním z hlavních principů Dramix^® CombiSlab je, že dojde ke vzniku trhliny, určí se dodatečně požadované napětí tak, aby k ní došlo. To znamená, že se vypočte ohybový moment, který přidá dodatečné napětí průřezu, takže se dosáhne přesně pevnosti v tahu pro vznik první trhliny f_ctm (obr. 2). V praxi by původcem tohoto dodatečného ohybového momentu mohlo být zatížení, rozdílná teplota nebo rozdílné smršťování.

Z důvodů použití ocelových vláken lze připustit vyšší napětí oceli tradiční výztuže, kdy trhlina zůstává stále konstatní. Když beton praskne, ocelová vlákna přímo přebírají část síly, která se uvolňuje, takže se snižuje jak namáhání oceli, tak napětí oceli a v důsledku toho i šířka trhliny.

Rozložení napětí v tahu před vznikem trhliny se následně používá pro určení napětí v ocelové výztuži po vzniku trhliny a tudíž i šířky trhliny. Jelikož se toto namáhání oceli vypočítává bez účinku vláken, může dojít k vyššímu namáhání oceli, než je skutečná konvenční mez průtažnosti.

V případě desek s větší tloušťkou nebo při použití jednovrstvé výztuže by mohl rozhodovat jiný model – takzvaný skořepinový. Ten bere v úvahu pouze napětí v tahu v oblasti blízké tyčové výztuži (h_{c, ef}). Ovšem vždy se předpokládá, že tato oblast je pod plným napětím, takže k_c = 1,0 (obr. 3, uprostřed). Hodnota h_{c, ef} se také vypočítává jiným způsobem ve srovnání se modelem průřezu.

Jako dodatečná kontrola se ověřuje, zda by síla způsobující vznik trhliny nevedla k průhybům tyčové výztuže (obr. 3, vpravo).

 

Model vyžadující nižší objem výztuže platí pro výpočet šířky trhliny. Pro podlahy Dramix^® CombiSlab se vždy vypočítávají oba modely, ale zobrazují se výsledky pouze toho příslušného.

Aby se umožnilo rozložení různého namáhání pro pevnost v tahu jak u čerstvého, tak u vyzrálého betonu (pevnost při a po vzniku první trhliny), vypočítává se pro Dramix^® CombiSlab dodatečně jak model průřezu, tak skořepinový model na 50 a 100 % jmenovitých hodnot pevnosti v tahu. U vyzrálého betonu se bere v úvahu přínos z úbytku napětí v závislosti na konstrukční situaci.

● Limitované množství spár,

● deska bez řezaných spár, bez oprav spár (tmelení spár, hrany),

● postačuje jedna vrstva sítě, která se pokládá průběžně během betonáže,

● není nutné použití čerpadla betonu,

● je možné použití zařízení laser screed, které urychlí realizaci, zlepší zhutňování a rovinatost,

● zkrácená doba realizace.

Na obrázcích 4–7 je ukázka realizace podlahy ve výrobním závodě Ziehl-Abbeg v německém Waldenburgu:

● beton C25/30,

● tloušťka desky 200 mm,

● počítaná šířka trhliny 0,1 mm,

● síť Q513 při horním okraji,

● 30 kg/m3 Dramix RC-80/60-BN,

● rozměry modulů 30×30 m,

● celková plocha 15 000 m².

Koncept desky s kombinovanou výztuží je směřovaný na ty průmyslové podlahy, které dnes nejsou standardně realizovány z betonu s ocelovými vlákny. Výpočty pro Dramix^® CombiSlab platí pouze pro kombinovaná řešení v souvislosti s vyztužováním betonových podlah ocelí.

Konstrukční řešení je vždy doplněno o statický výpočet v programu Drapro pro průmyslové podlahy, popř. výpočtem ve speciálním programu pro výpočet základových desek apod.

U průmyslových podlah musíme vznik trhlin vždy předpokládat, a to spíše větší množství malých trhlinek.

Vyšší pevnost betonu („kvalitnější beton“) vyžaduje vyšší stupeň vyztužení pro kontrolu trhlin.

Vyšší pevnost betonu nebo krytí betonové výztuže, než s jakou se při návrhu konstrukce uvažuje, má negativní vliv na šířku trhliny, kterou lze kontrolovat pouze v blízkosti výztuže.

Dramix^® CombiSlab je především řešením pro průmyslové podlahy s nadstandardní provozuschopností, funkčností a životností, které nabízí jak investorům tak prováděcím firmám zhodnocení finančních prostředků spojených s realizací kvalitní, spolehlivé a bezporuchové konstrukce.

RICHARD WOJNAR

1) DIN 1045-1:2008-01.

2) EN 1992-1-1:12-2004 (Eurocode 2).

3) Betonkalender 2006, part I, Ernst&Sohn, Berlin.

4) DafStb Guideline Steel fiber Concrete, 04/2010.

5) E ckfeldt, L. et. Al.: Serviceability Models According to DafStb Guideline Steel Fiber Concrete, version 12–2007, Evaluation Report, TU Dresden, 2009.

6) Rilem TC 162-TDF.

7) Hughes, B. P.: Early-age crack control-I s EC 2 right or wrong? Structural Engineer, 2008.