Vláknobetón – vlastnosti a možnosti, část I.

Stavebníctvo, ako odvetvie priemyslu, sa v posledných rokoch potýka
s čoraz intenzívnejším využívaním produktov chemického priemyslu,
s racionalizáciou výroby a s inováciou tradičných technológií.
Výsledkom by mali byť úspory vo výrobných nákladoch a možno aj
zlepšenie úžitkových vlastností hotovej konštrukcie alebo celého diela.Každá inovácia si však vyžaduje dokonalé zvládnutie teórie a samozrejme aj technológie. V laboratórnych podmienkach
vynikajúco fungujúci materiál nemusí rovnako fungovať aj v praxi.Jedným z takýchto materiálov, ktorý v posledných rokoch zaznamenal nevídaný rozmach,úspechy i pády, v očiach odbornej verejnosti je
velebený i zatracovaný a zároveň sa (podľa mňa)môže pýšiť titulom „nepochopený“, je vláknobetón.
V tomto článku sa oboznámime so základnýmifaktami a zásadami návrhu, ale hlavne aplikácie vláknobetónov.
Čo to je vláknobetón
Odborne povedané, vláknobetón je reologický,kompozitný materiál na báze silikátov s ideálne
rozptýlenými výstužnými elementami vo forme vlákien, či už oceľových, uhlíkových, sklených
alebo syntetických (zväčša polymérových). Neskôr, z popisu účinku jednotlivých typov vlákien
na betón vyplynie, že namiesto tejto odborneja „príliš všeobecnej“ definície je vhodné za vláknobetón považovať len betón s pridanou rozptýlenou výstužou vo forme oceľových, resp. kovových
vlákien. Pridanie vlákien do betónu, rovnako ako tradičné vystužovanie betónových prierezov, zabezpečuje prenos ťahových napätí, ktoré betón (krehký materiál) preniesť nedokáže. Vystužovanie
krehkých materiálov rozptýlenou výstužou (istá forma vlákien) a funkčnosť tejto metódy sú
známe už mnoho storočí.
História
Prvé použitie predchodcov súčasných vlákien bolo odhadnuté na dobu z pred 3500 rokov, kedy
sa krehké (na slnku sušené) tehly vystužovali slamou.Postupom času sa ako výstužný materiál do
mált začala používať konská srsť. Neskôr, na obdobie skoro 100 rokov, sa prešlo na azbestové
vlákna [1, 2]. Po zistení ich vplyvu na zdravie sa začal intenzívny výskum nových druhov rozptýlenej
výstuže, ktorý viedol k predstaveniu oceľových vlákien (obr. 1) na americkom trhu v šesťdesiatych
a na európskom trhu v sedemdesiatych rokoch minulého storočia [1, 2]. Od tejto doby sa
vlákna zdokonaľujú a prechádzajú určitým vývojom,čo má dopad na vlastnosti výsledného stavebného
materiálu, do ktorého sa pridávajú (prevažne betón). Navyše, v deväťdesiatych rokoch
minulého storočia boli na trh uvedené syntetické (polymérové) vlákna (obr. 2) a dodnes sa sortiment
i materiálová báza vlákien rozširuje.
Novinky
Vďaka významnému pokroku za uplynulé desaťročie v oblasti nanotechnológií sme schopní vyrábať
vlákna do betónu aj na báze uhlíka a rôznych polymérov. Skutočným prevratom sa javia byť
dvojzložkové polymérové vlákna. Novou technológiou výroby vlákien pozostávajúcich z jadrovejčasti a z plášťa (s rôznymi úpravami, obr. 3) je možné dosiahnuť mechanické vlastnosti polymérových
vlákien, aké u klasických termoplastov doposiaľ neboli možné. Vylepšené mechanické
vlastnosti ale neobnášajú tie nevýhody, ktoré majú oceľové vlákna [3]. Výsledky skúšok na vláknobetónoch s použitím dvojzložkových vlákien prezentovali v roku 2009 laboratóriá EM PA. Z výsledkov vyplýva 10–15krát vyššia súdržnosť s cementovým tmelom v porovnaní s tradičnými polymérnymi vláknami a možnosť bezpečnej náhrady dávky 30 kg/m3 oceľových vlákien za
dávku 5 kg/m3 dvojzložkových vlákien [3].
Výhody vláknobetónu
Či si to uvedomujeme alebo nie, rozptýlená výstuž bola pôvodne využívaná hlavne na zabránenie
vzniku trhlín v jednotlivých materiáloch alebo výrobkoch. Rozptýlené vlákna výstuže zvyšovali
integritu celého systému, a redukovali tak prejavy objemových zmien súvisiacich najmä s kolísaním
vlhkosti. Neskôr sa ale zistilo, že pridávaním vlákien rozptýlenej výstuže možno efektívne vystužovať inak krehké materiály, a nahradiť tak určitú časť tradičnej výstuže. Vychádzajúc z návrhu tradičnej výstuže (určitá plocha výstuže na určitý prierez betónového prvku pri určitom zaťažení)
sa usúdilo, že tradičnú výstuž možno nahradiť výstužou rozptýlenou, pričom sa významne skráti
výrobný čas konštrukcie a dosiahnu sa úspory na inak časovo náročných procesoch viazania
alebo zvárania výstužných mreží. Ďalšou nespornou výhodou je, že vlákna v betóne zvyšujú jeho
húževnatosť a absorpciu energie vo forme nárazov alebo vibrácií. Taktiež sú vláknobetóny výhodné
pre konštrukcie, kde sa predpokladá (dovoľuje) vznik trhliny, pretože práve vlákna
zabezpečujú spolupôsobenie susedných betónových krýh pri zaťažení, a redukujú tak lokálnu
deformáciu konštrukcie pri zaťažení. V inom štádiu zase pomáhajú distribuovať a prenášať vnútorné
napätia v tuhnúcom a tvrdnúcom kompozite tak, aby zostal celistvý a mohol dosiahnuť
požadovanú životnosť, čo je dôležité najmä u významných konštrukcií vystavených agresívnym
vplyvom. Uvedené výhody vláknobetónu sú len akousi laickou informáciou, s ktorou si však stavebný
inžinier nemôže vystačiť. Rozdelíme si teda úžitkové vlastnosti podľa najbežnejších materiálov
vlákien a tým zadefinujeme aj oblasť ich použitia.

Fotogalerie:
Obr. 1: Typické oceľové vlákna zakončené kotevným háčikom
Obr. 2: Typické polypropylénové fibrilované vlákna
Obr. 3: Dvojzložkové polymérové vlákna

Zdroj: Materiály pro stavbu 3/2010