Udržovatelé ohně – rozhovor s Jiřím Kolískem, ředitelem Kloknerova ústavu

Přečtěte si rozhovor s docentem Jiřím Kolískem, ředitelem Kloknerova ústavu, který v letošním roce slaví 100leté výročí od svého založení.

V čem se liší ten Kloknerův ústav, v jehož čele stojíte, od ústavu, který byl založen před sto lety?

První, co mě napadne, je určitě rozdílný počet pracovníků ústavu. V začátcích existence čítal ústav asi deset lidí. Pak se to rozvinulo asi na několik desítek, dnes počet pracovníků osciluje kolem devadesáti až sta lidí podle projektů, které řešíme. V poválečném období v jistém okamžiku zaměstnával téměř ke dvěma stovkám pracovníků. To je jen takový vnější projev. Ale myslím si, že se lišíme hlavně v záběru odborných témat a v technologickém vybavení. Principiálně jsme pořád zaměřeni na kombinaci experimentů a teorie, dvou základních principů, které aplikujeme na jednotlivé úlohy, ke kterým jsme přizváni. Snažíme se řešit předložené problematiky komplexně, ostatně tak, jak se snažil řešit i náš zakladatel profesor František Klokner.

V Kloknerově ústavu jste zaměstnaný třicet let, ředitelem jste jedenáctým rokem. Co vás do něj přivedlo?

Náhoda. Bylo to ještě před sametovou revolucí. Jako student stavební fakulty jsem sháněl brigádu a tady v ústavu jsem se dozvěděl, že je možné působit jako takzvaná pomocná vědecká síla. Mimo jiné mne zaujala možnost využívat počítač, takže jsem mohl i programovat. Pak jsem šel na vojnu a po návratu jsem přijal nabídku zaměstnání v Kloknerově ústavu. Běhal jsem tady po zkušebně v těch nejzákladnějších pozicích, a najednou to mám celé na starost.

Prošel ústav po roce 1989 nějakou výraznější změnou ve svém fungování?

V současné době připravujeme knihu o historii ústavu a z jeho bohatých dějin je patrné, že vývoj ústavu je neodmyslitelně spojen se společenskými změnami. Ústav vlastně vznikl díky založení Československé republiky. Těsně před první světovou válkou František Klokner požádal císaře o zřízení ústavu, ale tenkrát jeho snahy založení zhatila první světová válka. Svůj záměr se mu podařilo uskutečnit až po vzniku Československa, kdy profesor Klokner získal finanční podporu pro vytvoření ústavu zaměřeného na zkoumání materiálů a konstrukcí zejména v oblasti stavebnictví. Do jisté míry šlo o výsledek národoveckého entuziasmu, v jehož důsledku se podařilo prosadit vznik ve své době velmi moderní a progresivní instituce. Ústav nepřerušeně funguje celých sto let včetně období druhé světové války. V socialistické éře několikráte měnil svoje institucionální zastřešení. V době vzniku byl součástí Českého vysokého učení technického, pak spadal pod Akademii věd a následně se rozdělil na dvě části: na Ústav teoretické a aplikované mechaniky, který dodnes funguje v rámci AV ČR, a Stavební ústav (od roku 1990 Kloknerův ústav), který je součástí ČVUT v Praze. V toku času byla období, kdy hrozil i zánik ústavu.

V období socialistické éry byly vědecké úlohy ústavu zadávány na základě státního plánování. Ostatně jako vše v tehdejším systému. V současnosti stát vytyčuje jisté horizonty a podporuje vědecko-výzkumná témata v rámci národní strategie stanovené Úřadem vlády České republiky. Financování ze státního rozpočtu je podmíněné naplňováním těchto strategií a je tak trochu na každé instituci, jak se k tomuto postaví. Myslím, že jsme se tak trochu vrátili do prvorepublikového režimu, kdy se sami musíme svým způsobem o sebe postarat. Jsme součástí ČVUT, největší technické univerzity v zemi, a v jejím rámci máme přiměřenou autonomii. Jako ředitel jsem podřízen přímo rektorovi a své problémy řešíme samostatně. Abychom obhájili svou existenci, odborné a výzkumné úkoly si hledáme v grantových agenturách, ve spolupráci s praxí jak v tuzemsku, tak se zahraničními partnery.

Jak probíhá spolupráce se zahraničními institucemi?

Spolupráce se zahraničím má mnoho různých podob. Pracovníci ústavu působí v edičních radách prestižních odborných periodik, jako je International Journal of Safety and Security Engineering, Structural Concrete – the official journal of the fib, International Journal of Structural Glass and Advanced Materials Research, Materials, ale také ve výborech řady mezinárodních konferencí.

Máme pracovní kontakty s mnoha univerzitami v oblasti výzkumu materiálů, konstrukcí a jejich spolehlivosti, například s Politecnico di Torino, Torroja Institute Madrid, TNO Delft, TU Ghent, University of Stellenbosch (JAR), případně významnými partnery z průmyslu, jako je francouzský LafargeHolcim Research & Development nebo finský Peico. V rámci internacionalizace vysokých škol působí v ústavu zahraniční vědečtí pracovníci na krátkodobých nebo i dlouhodobých pobytech. V první polovině roku 2021 zahájí roční stáž v Kloknerově ústavu kolega z Běloruska.

V zásadě nejde o dennodenní spolupráce, ale je to záležitost jednotlivých projektů. Pracujeme v stavební branži, která je, a to mi nikdo nevymluví, kvůli problémům spojeným se stavebním průmyslem hodně lokální záležitost. Zajímavostí je, že velmi silné a aktivní mezinárodní propojení dosahujeme v experimentování a zkoušení prvků energetických infrastruktur, to znamená vodičů, keramických nebo polymerních izolátorů a různých mechanických částí vysokonapěťových rozvodů. Tyto prvky zkoušíme pro celý svět. Střídají se u nás partneři z Evropy, Arábie, ale také z Jižní Ameriky, Spojených států, Číny, Korey nebo Japonska. Tento typ spolupráce je náš každodenní chleba.

Jakými materiály se v Kloknerově ústavu nejčastěji zabýváte?

František Klokner byl betonář a beton byl také jedním z hlavních konstrukčních materiálů, kterým se ústav ve své době definoval a zabýval. V současnosti stále zkoumáme beton, ocel, cihly, kámen, což jsou materiály, které stále tvoří fundament stavařiny. Dnes k nim ale také přibyly polymery a různé pryskyřice, sofistikované vláknové kompozity, nátěrové systémy sklo, keramika a mnoho dalších nových hmot a konstrukcí.

Podrobujete zkoumání také dřevo?

Nepatří to k našim dominujícím aktivitám, ale když na to přijde, tak se dřevem pochopitelně zabýváme. Často provádíme diagnostiky dřevěných konstrukcí, zejména stropů a krovů různých objektů. Musíme řešit mechanické vlastnosti dřeva a zejména korozní napadení a poškození houbami. Nosné vlastnosti prvků prověřujeme v naší mechanické zkušebně. Kupříkladu když se zřítily dřevěné nosníky sportovní haly v České Třebové, testovali jsme jejich spoje. Z testů celkem jednoznačně vyplynulo, že rozhodně nebyly v pořádku. Také jsme spolupracovali na statickém řešení rozhledny, která měla být zkonstruována ze dřeva v kombinaci s kovovými spojovacími prvky. Náročnými testy celých prvků jsme napomohli návrhu konečného uspořádání. Spolupracovali jsme při rekonstrukci dřevěné konstrukce na Karlštejně, kde jsme testovali vhodné čepy s ohledem na minimalizaci otlačení, a byla zajištěna maximální pevnost spoje. Když se tak poslouchám, tak jsem se svojí první větou trochu unáhlil a v oblasti dřeva toho vlastně konáme docela hodně. 

Jedná se o výrazný rozdíl při analýzách biologického materiálu, jakým je dřevo, a anorganického, jakým je kámen? 

Jestli máte na mysli, že dřevo je relativně mladá buněčná struktura a že kámen se několik miliard let formoval obrovskými tlaky, tak v tom rozdíl samozřejmě je. Organický materiál jako dřevo je hodně heterogenní, a tedy má významně proměnné vlastnosti. Je „živé“ tím, jak reaguje na prostředí, např. na změny vlhkosti, což může přispět k jeho degradaci biologickými činiteli. Zajímavé je, že vlastně každý materiál degraduje, ale procesy, které to způsobují, jsou pokaždé jiné. Klimatické podmínky České republiky jsou myslím zajímavé v tom, že v důsledku teplotních a vlhkostních výkyvů dochází k intenzivnímu, takzvanému nesilovému namáhání hmot i konstrukcí. Toto cyklické namáhání materiálům ani konstrukcím nedělá dobře. Procesy, jako například expanze ledu nebo objemová změna samotného materiálu, nejsou na první pohled patrné, ale působí masivní škody. Česko je sice v mírném pásu, nicméně on v podstatě mírný není a cyklické namáhání, které se v něm odehrává, je nepříjemné. S trochou nadsázky lze říci, že jaro, léto, podzim a zima jsou největším nepřítelem staveb z hlediska jejich degradace a poškozování. 

Čistě hypoteticky: kde byste měl z hlediska klimatické rovnováhy ve své profesi největší klid? 

Každé prostředí má degradační podmínky trošku jiné. Já si třeba neuvědomuji některé potíže, které mohou mít kolegové v podnebných pásech, kde pořád svítí jen sluníčko. Tam se sice nepohybují v mínusových teplotách, ale v extrémně vysokých teplotách. Pokud existuje výrazný rozptyl teploty spojený s cyklováním, tak na konstrukce působí více či méně, v závislosti na druhu materiálu, devastujícím způsobem. Když bychom zanechali naše obydlí a prostory bez jakékoliv údržby, příroda by je pohltila podobně, jako byla pohlcena města Aztéků anebo jihoamerických civilizací, která jsou nyní ukryta v hlubokém pralese.

Jak dlouho by to trvalo? 

Myslím, že za sto let by v Praze všude, kde jsou nyní cesty, rostly stromy. Nevím, nakolik je vnímáno, že materiály a stavby mají jinou rychlost života než lidé. Lidský věk probíhá významně rychleji, takže pro nás je docela složité vnímat pomalý cyklus rozpadání staveb. V Praze mám vytipované konstrukce, kolem kterých chodím desetiletí a na nich sleduji, jak je příroda strašně silná, protože má čas na své straně. Spousta konstrukcí se dá sice opravit, ale když se nepodaří odstranit skutečnou příčinu vzniklého problému, pak nad přírodou nevyhrajete – pouze oddálíte zánik.

Vaše práce úzce souvisí s tím, jak materiálům zajistit co největší stabilitu a odolnost. Jakou techniku k tomu používáte?

Jak jsem říkal, nejproblematičtější pro konstrukce i materiály z hlediska poškozování a degradace je cyklování – ať mechanické nebo klimatické. Máme k dispozici různé klimatizační komory a další zařízení, jež tyto cykly simulují. Takže modelujeme změny teplot a vlhkosti a případně souběžné působení solí, agresivních plynů či kapalin (kyseliny) nebo UV záření. Málokdo si uvědomuje, že sluneční paprsky jsou všudypřítomným a degradačním činitelem. Škodí všem polymerním prvkům, především nátěrům. V Kloknerově ústavu tato zařízení a zkušební postupy máme a využíváme ke zrychlenému hodnocení korozní odolnosti jednotlivých materiálů i celých materiálových souvrství. 

Vyrábíte si sami zkušební zařízení?

Dříve to byla poměrně častá záležitost, nicméně dnes tomu tak již není. Spolupracujeme s řadou dodavatelů specializovaných na zkušební systémy a zařízení. Ti se dokážou uzpůsobit našim přesně definovaným požadavkům a vznikne tak řada unikátních zařízení, jaká bychom si sami nebyli schopni vyrobit. Je to velmi speciální činnost. Není bez zajímavosti, že některé mechanické zkušební stroje, kterými jsme vybaveni a čas od času je i používáme, pocházejí ještě z dob Františka Kloknera a spolehlivě slouží i po sto letech. Je to pro někoho možná překvapivé, ale spousta věcí se nemění, vlastně ani nemůže. Hydraulický princip, na němž jsou tato zařízení postavena, zůstává pořád stejný. A jakékoli testování znamená, že zatěžujete materiál či konstrukci, sledujete odezvu, třeba deformaci. Dnes můžete kupříkladu na sledování podrobné deformace použít digitální fotografie, analyzovat získaný obraz, případně měřit přetvoření za využití moderní elektroniky a senzorů. Naši předchůdci dokázali sledovat odezvu také, prostě jen použili jednodušší nástroje jako analogové kamery nebo mechanické hodinky a potřebnou informaci z testování získali také. Dle mého nyní začínáme mít opačný problém. Díky technologiím získáváme velké množství dat a informací, ale potom máme často problém s jejich analýzou a interpretací.

Jak je to možné? Žiji v přesvědčení, že čím větší množství údajů máte k dispozici, tím přesnější úsudek či názor si můžete vytvořit.

Máme tolik informací, že přes jednu nevidíte druhou, a musíme se rozhodnout, která je důležitější. To ale vyžaduje velké úsilí a spotřebovává velké množství energie. Nechci ani domyslet dopad dodnes často zmiňované uhlíkové stopy. Neříkám, že jsme se v rámci civilizace neposunuli výrazně dopředu, ale nejde o takový technologický a vývojový skok, jak si obecně myslíme. Speciálně stavebnictví je velmi konzervativní. Lpí na osvědčených technikách, technologiích a zavádění nových materiálů a technologií do tohoto průmyslového odvětví probíhá pomalu a s obtížemi.

Jste průkopníkem technologie ultra vysokopevnostního betonu v Česku, jehož výzkum v Kloknerově ústavu vedete. Co bylo impulsem k výzkumu tohoto stavebního materiálu?

Podnět přišel z průmyslu. Základní požadavek na vlastnost betonu a cementových hmot obecně je jejich pevnost v tlaku. Jak probíhal vývoj v přísadách, technologiích míchání a samotném zpracování betonu, tak se na vývojové čáře posouval průmysl dál a dál. Praxi moc nezajímá výsledek laboratorní práce, v laboratořích dokážete leccos, ale výsledky potřebujete dostat do reálného světa. Už v padesátých a šedesátých letech minulého století se laboratorně povedlo vyvinout betony s pevností v tlaku na vysoké úrovni několika set MPa. Avšak teprve v devadesátých letech začala opravdová výroba vysokopevnostních hmot na průmyslové bázi. Jak jsem již uvedl v úvodu, Kloknerův ústav se cementovými hmotami zabývá dlouhodobě. Proto nás oslovila společnost Skanska, s kterou jsme v rámci společného výzkumu vyvinuli vysokopevnostní jemnozrnný, ocelovými vlákny vyztužený materiál běžně označovaný jako UHPC (Ultra High Performance Concrete). Krok po kroku jsme navázali na výzkumy probíhající ve světě, a vyvinuli jsme hmotu vhodnou pro naše prostředí, z tuzemských materiálů. Ve výzkumu pokračujeme zejména se společností KŠ Prefa, která byla předtím součástí společnosti Skanska. Stále se ale jedná o materiál, jehož aplikace vyžaduje větší míru znalostí a zkušeností. UHPC je dnes dostupný jak ve formě ready mix, tak suchých prefabrikovaných směsí. Přes řadu zajímavých aplikací, které se podařilo za posledních zhruba deset let v Česku vytvořit, přece jen ještě nějakou dobu bude trvat, než bude běžně na stavbách využívaný. Zkrátka stavebnictví přece jen vyžaduje nějaký čas.

Kde se technologie použila poprvé? 

První realizace UHPC v České republice se uskutečnila v rámci rekonstrukce mostu přes dálnici do Mladé Boleslavi u Benátek nad Jizerou. Jednalo se o desky ztraceného bednění, které se instalovaly myslím v roce 2012. Požadavkem bylo minimalizovat omezení provozu dálnice, takže se přes ocelové nosníky naskládaly desky ztraceného bednění z UHPC. Tento způsob bednění nevyžadoval žádný podpůrný systém. Desky pak sloužily pro betonáž samotné mostovky. Byl to výsledek experimentu, v jehož rámci jsme vyvinuli vhodný cementový kompozitní materiál s rozptýlenými kovovými vlákny a z něj žebrovanou desku tloušťky 20 mm s žebry 40 mm, která byla schopna bezpečně přenést zatížení pět set kilogramů na metr čtvereční. Zdánlivě jednoduchý projekt byl pro nás zlomový v odhalení široké škály problémů, které musíte v rámci využití UHPC sledovat, řešit a kontrolovat.

Ultra vysokopevnostní beton se do povědomí veřejnosti, která se zajímá spíše o architekturu a umění než o technologie, dostal díky lávce přes Dřetovický potok ve Vrapicích u Kladna oceněné v České ceně za architekturu, na níž se Kloknerův ústav přímo podílel.

To je, troufl bych si říct, naše dítě, jemuž jsme se věnovali velmi intenzivně. Kolega Petr Tej jednou přinesl z plastu vytištěný 3D model lávky a navrhl, zda bychom ji nezkusili realizovat z UHPC. Vyráběli jsme bednění, dávali dohromady technologii, byli jsme u betonáží a realizovali velké množství různých zkoušek. Myslím, že lávka může sloužit jako referenční důkaz možností tohoto vysokohodnotného betonu. Vizuálně má člověk díky tenkostěnné konstrukci a proporcím pocit, že ani nemůže být z betonu nebo spíše z cementového kompozitu.  

Můžeme význam UHPC z hlediska stavebních hmot přirovnat třeba k předpjatému betonu?

Podle mě je UHPC obdobný milník ve vývoji stavebních technologií, jako byl předpjatý beton. Ostatně spojení obou technologií nabízí unikátní možnosti a samozřejmě i překvapení. Myslím, že si ještě vůbec neuvědomujeme, jaký typ materiálu se nám dostává do ruky a že nám bude ještě chvilku trvat, než si jeho vlastnosti osvojíme. UHPC je vlastně materiál, který se svými mechanickými vlastnostmi pozvolna začíná blížit chování kovů, asi nejblíže litině. Kombinace mechanické pevnosti matrice a všesměrného vyztužení vláken dávají UHPC vysokou pevnost a zároveň jistou duktilitu, takže je značně odolný, a navíc jej dokážeme vyrobit betonářskou technologií, to je vylitím za studena. Pakliže vývoj půjde dál současným tempem, dostaneme se během deseti či patnácti let i v běžném průmyslovém měřítku k pevnosti 200 a více MPa. Pro stavebnictví je to sice nenápadný, ale obrovský skok dopředu.

Budou se z UHPC stavět i domy?

Dokážu si to představit! Kdyby se nám podařilo z cementového materiálu lít nebo případně i tisknout tenké vrstvičky, třeba struktury voštinového typu, mohly by se z nich stavět domy. Mohlo by to mít i velký ekologický význam, protože tím, že z UHPC mohou být jednotlivé elementy tenčí a tedy lehčí, snižuje se spotřeba primárních materiálů a také nároky na jejich dopravu, která zatěžuje životní prostředí. Z hlediska trvanlivosti, která je ve stavebnictví klíčovým ukazatelem, se k UHPC těžko najde srovnatelně odolný cementový materiál. Čeká nás ještě dlouhá cesta, ale myslím, že jdeme správným směrem. Ostatně, Joseph Monier, jeden z otců železobetonu, začínal výrobou květináčů a dnes je železobeton základní a nejrozšířenější stavební technologií.

Hovoříme o tom, co se bude dít se stavebnictvím v budoucnosti. Budeme také schopni stavět i na jiných planetách?

Má-li dojít k rozvoji lidské civilizace mimo Zemi, tak nám nic jiného ani nezbude. A pokud vím, nejen naše planeta, ale i planety okolního vesmíru jsou založený na křemíku, což je základní element potenciálních stavebních materiálů včetně cementu. Dokážu si představit, že přímo na vzdálených místech budeme vyrábět cementová pojiva a následně je aplikovat, nebo budou vyvinuty jiné pojivové systémy, stavební struktury a technologie, jako je 3D tisk, nenáročné na meziplanetární transport. Mimochodem, technologií 3D tisku cementem pojených směsí se v Kloknerově ústavu také v současnosti zabýváme. 

Vraťme se ještě na zem, konkrétně do Prahy. Když v roce 2017 spadla lávka v Troji, trvalo bezmála další tři roky, než byla postavená jiná. Proč to trvalo tak dlouho? Neumíme stavět? 

Myslím, že to není projev neschopnosti technické i netechnické veřejnosti. Obávám se, že je to projev naší touhy, podle mě nenaplnitelné, za každou cenu hledat „absolutně správné a spravedlivé“ řešení. V rámci tohoto hledání jsme ztratili schopnost a zejména ochotu zodpovědného uvažování jednotlivce. Dlouze a mnohdy alibisticky diskutujeme tam, kde by se diskutovat už nemělo a mělo by se rozhodovat. Paralyzují nás zákony a potažmo strach lidí, kteří se musejí v mantinelech těchto zákonů pohybovat, orientovat a přijímat rozhodnutí. Myslím, že máme krizi rozhodování na všech úrovních, státní správu nevyjímaje, a proto nám všechno dlouho trvá. Dokud opět nebudeme schopni brát na sebe jako jednotlivci zodpovědnost, myslím, že jako společnost půjdeme dopředu pomalu a s velkými obtížemi.

Už více než rok žijeme v podmínkách pandemických omezení, spousta lidí opustila kanceláře, pracuje z domova, učí se distančně. Bude docházet v této souvislosti k nějakým změnám ve stavebnictví? 

Určitě ne v dohledné době. Každé průmyslové odvětví má jinou životní rychlost. Elektronika a software má rychlost v řádu týdnů, ale klidně i hodin, kdežto projekty ve stavebnictví a jejich realizace probíhá v řádu let nebo spíše desetiletí. Není možné je odřídit z displeje mobilu ani jinak urychlit. Osobně si myslím, že i do stavebnictví přijde vlna automatizace výroby, ale pořád bude stavění spojené se zpracováním a přesunem velkého objemu materiálů. Jedná se o jednu z mála profesí, kde se tvůrci stěhují za svým produktem, protože každá stavba vzniká na jiném místě a realizátor se dostává do jiného prostředí. Když budete na výrobním pásu dělat něco opakovaně, máte šanci jednotlivé úkony vyladit, optimalizovat a vylepšovat. U staveb je situace malinko jiná. Každá stavba, ač vypadá obdobně jako sousední objekt, je zejména ve svých detailech originál. Ať chcete či nikoli, musí se k ní přistupovat originálně. Tvorba originálů je však náročná a obávám se, že se to do budoucna příliš nezmění. Naopak jak se zvyšují možnosti technologií, narůstá i tlak investorů na individualizaci jejich staveb. 

Kdy zažíváte okamžiky tvůrčího uspokojení?

Vzpomínám si, že když jsem byl mladší a dokončil jsem nějaký dílčí projekt, měl jsem to spojené s až fyzickým pocitem jakéhosi naplnění… možná to bylo štěstí. Dnes mi dělá radost, když se daří Kloknerovu ústavu jako celku. Chtěl bych, aby ústav prosperoval jako dobře fungující a odborně zdatná instituce, která pomáhá našim partnerům řešit jejich aktuální problémy či jejich vize. Myslím, že se v tom zdánlivě prudkém rozvoji všeho úplně zapomíná na to, že jsme taky udržovatelé ohně! Udržujeme totiž určitou znalost a její údržba vyžaduje poměrně značné úsilí. Svět neustále prahne po novinkách a hledá nové horizonty, výzvy. Jejich dosažení a naplnění ale vyrůstá z práce našich předchůdců a udržení kontinuity s touto prací. Vzhledem k tomu, že u nás pracuje spousta mladých a nadaných kolegů, jsem optimista a věřím, že zvládneme býti platnými členy odborné komunity a tvůrci i udržovatelé ohně doufejme dalších sto let.

PETR VOLF

JIŘÍ KOLÍSKO
, se narodil v roce 1965 v Malé Čermné u Hronova ve východních Čechách. V období 1984 až 1989 studoval na Fakultě stavební ČVUT v Praze, obor konstrukce doprava. V Kloknerově ústavu pracuje od roku 1989, v roce 2010 se stal jeho ředitelem. Specializuje se na materiálové inženýrství v oblasti silikátových hmot (beton, speciální maltové směsi), na experimentální ověřování vlastností materiálů a konstrukcí v laboratoři nebo IN SITU. Dlouhodobě se zabývá diagnostikou staveb, technologiemi sanací vlhkých staveb a sanací betonu. Je autorem řady vědeckých publikací, popularizačních textů, studií, expertních zpráv a znaleckých posudků.

Související článek:
100 let Kloknerova ústavu