BETONOVÉ KONSTRUKCE 21. STOLETÍ · překračujeme u pevnosti v tahu za ohybu hodnoty 25 MPa!...

B E T O N O V É K O N S T R U K C E

2 1 . S T O L E T Íb e t o n y s p ř i d a n o u h o d n o t o u

TBG METROSTAV s. r. o.Rohanské nábřeží 68, 186 00 Praha 8 - Karlín

www.tbgmetrostav.cz

Pro více informací kontaktujte:

Jakub Šimáčektel.: 222 325 815, mob.: 728 173 893e-mail: [email protected]

UHPC (Ultra High Performance Concrete) je beton velmi vysokých pevností a odolností. Minimální pevnostní hranice, používaná v západní Evropě pro tento typ betonu, je válcová pevnost v tlaku 150 MPa. Beton má navíc díky své vysoké hutnosti životnost přes 200 let. UHPC se ve světě nejvíce používá na extrémně staticky i dynamicky namáhané prvky, na tenkostěnné konstrukce za účelem omezení hmotnosti nebo na ochranné vrstvy běžných betonů umístěných v náročných klimatických podmínkách.

V TBG METROSTAV dosahujeme válcové pevnosti přes 150 MPa a krychelné přes 180 MPa. Ve variantě s rozptýlenou výztuží překračujeme u pevnosti v tahu za ohybu hodnoty 25 MPa! Navíc dokážeme přepravovat čerstvý UHPC autodomíchávačem. Umíme tedy UHPC nejen vyrobit v příslušné kvalitě a požadovaných parametrech, ale také bezpečně přepravit na místo stavby.

Pro lepší stavění.

Pevnostní hranice UHPC prolomena!Dosáhli jsme krychelné pevnosti betonu 180 MPa!

B E T O N O V É K O N S T R U K C E

2 1 . S T O L E T Íb e t o n y s p ř i d a n o u h o d n o t o u

R O Č N Í K : D V A N Á C T Ý I Č Í S L O : S A M O S TAT N Á P Ř Í L O H A Č A S O P I S U ( V Y Š L O 14 . 12 . 2 0 12 )

V Y D Á V Á B E T O N T K S , S . R . O . , P R O : S V A Z V Ý R O B C Ů C E M E N T U Č R , S V A Z V Ý R O B C Ů B E T O N U Č R ,

Č E S K O U B E T O N Á Ř S K O U S P O L E Č N O S T Č S S I , S D R U Ž E N Í P R O S A N A C E B E T O N O V Ý C H K O N S T R U K C Í

V Y D A V AT E L S T V Í Ř Í D Í : I N G . M I C H A L Š T E V U L A , P H . D . I Š É F R E D A K T O R K A : I N G . J A N A M A R G O L D O V Á , C S C .

I R E D A K T O R K A : I N G . L U C I E Š I M E Č K O V Á

V Ý B Ě R S TA V E B , U S P O Ř Á D Á N Í A E D I TA C E T E X T Ů : J A N A M A R G O L D O V Á

I G R A F I C K Ý N Á V R H : 3 P, S P O L . S R . O . , S TA R O P R A M E N N Á 2 1, 15 0 0 0 P R A H A 5 I N Á V R H O B Á L K Y : J I Ř Í Š I L A R I

S A Z B A : 3 P, S P O L . S R . O . , S TA R O P R A M E N N Á 2 1, 15 0 0 0 P R A H A 5 I T I S K : L I B E R TA S , A . S . , D R T I N O V A 10 , 15 0 0 0 P R A H A 5

A D R E S A V Y D A V AT E L S T V Í : B E T O N T K S , S . R . O . , N A Z Á M E C K É 9 , 14 0 0 0 P R A H A 4 ,

E - M A I L : R E D A K C E @ B E T O N T K S . C Z , W W W. B E T O N T K S . C Z

V Y D Á V Á N Í P O V O L E N O M I N I S T E R S T V E M K U LT U R Y Č R P O D Č Í S L E M M K Č R E -1115 7 | I S S N 12 13 - 3 116 | P O D Á V Á N Í N O V I N O V Ý C H Z Á S I L E K P O V O L E N O

Č E S K O U P O Š T O U , S . P. , O Z S T Ř E D N Í Č E C H Y, P R A H A 1, Č J . 7 0 4 / 2 0 0 0 Z E D N E 2 3 . 11. 2 0 0 0

Cou

rtes

y of

Lia

s V

intí

řov

LS

M k

. s.

Cílem publikace „Betonové konstrukce 21. století – betony

s přidanou hodnotou“, která vychází ve formě samostat-

né přílohy časopisu Beton TKS v roce 2012, je oslovit širší

publikum, nikoliv jen betonáře, projektanty či technology, ale

i architekty, studenty škol stavebního zaměření a veřejnost,

a upozornit je na nové, zajímavé, možná i neobvyklé, mož-

nosti konstrukcí postavených z různých typů betonů.

Smyslem speciální přílohy časopisu je nejen přinést nové

informace, ale rovněž i ukázat beton, jak může působit, slou-

žit a vypadat, použije-li se účelně a s rozmyslem. Zaměření

na inovativní a vysokohodnotné betony = betony s vysokou

přidanou hodnotou bude pro čtenáře určitě zajímavé, proto-

že v této publikaci jsou představeny formou úspěšných rea-

lizací z oblasti pozemních staveb a inženýrských konstrukcí.

Všechny jsou svým způsobem jedinečné, v jejich návrhu

i realizaci se odrážejí estetické názory architekta, technický

pokrok inženýrů, projektantů i technologů, a vyjadřují před-

stavy, úvahy, diskuze a přístupy všech zúčastněných k napl-

nění potřeb a požadavků stavebníků.

Děkujeme všem společnostem, svazům, firmám i jednotliv-

cům, kteří svou podporou finanční či morální umožnili vydání

této publikace. Upřímně děkujeme všem autorům, kteří se

rozhodli podělit se o své cenné vědomosti a zkušenosti s pra-

videlnými či náhodnými čtenáři časopisu Beton TKS.

www.svcement.cz www.svb.cz

www.ssbk.cz www.cbsbeton.eu

S V A Z Y A S P O L E Č N O S T I P O D P O R U J Í C Í Č A S O P I S

004

B E T O N O V É K O N S T R U K C E 2 1 . S T O L E T Í – b e t o n y s p ř i d a n o u h o d n o t o u

V Y S O K O H O D N O T N Ý B E T O N

(HPC – high-performance concrete)

Beton s alespoň jednou vylepšenou vlastností, např.

trvan livostí, pevností, odolností, nasákavostí, permeabi-

litou ad.

Níže uvedené betony jsou podmnožinou HPC.

U L T R A V Y S O K O H O D N O T N Ý B E T O N

(UHPC – ultra-high-performance concrete)

Beton s ještě více posílenými vlastnostmi než HPC.

B Ě Ž N Ý B E T O N

Beton s válcovou pevností do 50 MPa, tzn. do třídy

C50/60 včetně.

V Y S O K O P E V N O S T N Í B E T O N

(HSC – high-strength concrete)

Beton, který má válcovou pevnost 55 až 150 MPa.

U L T R A V Y S O K O P E V N O S T N Í B E T O N

(UHSC – ultra-high-strength-concrete)

Beton s válcovou pevností 150 MPa a vyšší.

L E H K Ý B E T O N (LWC – l ight-weight concrete)

Beton, který má po vysušení objemovou hmotnost nižší

než 2 000 kg/m3 a vyšší než 800 kg/m3 (dle ČSN EN 206-1).

Vyrábí se zčásti nebo zcela z lehkého pórovitého kame-

niva.

T Ě Ž K Ý B E T O N (heavy concrete)

Beton, který má po vysušení objemovou hmotnost vyšší

než 2 600 kg/m3 (dle ČSN EN 206-1). Vyrábí se z těžkého

kameniva obvykle s objemovou hmotností 4 000 kg/m3

a vyšší.

V L Á K N O B E T O N

(FRC – f ibre reinforced concrete)

Beton, jehož součástí jsou vlákna, která se přidáva-

jí do čerstvého betonu obvykle při míchání. Výsledný

materiál má vylepšené vlastnosti při namáhání v tahu

– zbytkovou (reziduální pevnost). Lépe vzdoruje obje-

movým změnám a dynamickému namáhání. Používá se

například na bílé nebo oranžové vany. V současnosti se

pro vláknobetony používají vlákna ocelová, polymerová,

skelná ad.

D R Á T K O B E T O N

(SFRC – steel f ibre reinforced concrete)

Vláknobeton s ocelovými vlákny – drátky.

S T Ř Í K A N Ý B E T O N (sprayed concrete)

Beton ukládaný stříkáním. Čerstvý beton se ve stříkací

pistoli mísí s urychlovačem tuhnutí. Nejčastěji se používá

na primární ostění tunelů budovaných metodou NRTM.

B A R E V N Ý B E T O N (coloured concrete)

Někdy označovaný jako probarvený beton. Jedná se

o beton s cementovým tmelem probarveným pomo-

cí pigmentu, který se přidává při míchání do čerstvého

betonu, nikoliv o natřený beton. Probarvení cemento-

vého tmelu se obvykle záměrně kombinuje s barevným

kamenivem.

P O H L E D O V Ý B E T O N

Beton, jehož povrch je vidět. Viz speciální číslo Betonu

TKS z roku 2008 „Povrchy betonu“.

P O J M Y P O U Ž Í VA N É V P U B L I K AC I | T E R M S U S E D I N T H I S P U B L I C AT I O N


005

O B S A H | C O N T E N T

T É M A | T O P I C

– Vysokohodnotné betony – úvod a poznámky

k možnostem jejich aplikace | High Performance

Concrete – introduction and comments

on possibilities of its application

Jan L. Vítek 006

V Y S O K O P E V N O S T N Í B E T O N Y

A U H P C | H I G H P E R F O R M A N C E

C O N C R E T E A N D U H P C

– Vysokohodnotný beton – aktualizace v roce 2011 |

High Performance Concrete (HPC) – Revised in 2011

Pierre Claude Aïtcin, Vlastimil Bílek 010

– Konstrukce využívající vysoko pevnostní beton

| Structures utilizing high-strength concrete

Jiří Stráský 020

– Vysokopevnostní betony a UHPC |

High strength concrete and UHPC

Jan L. Vítek, Robert Coufal 042

– Vývoj ultra vysokohodnotného betonu

(UHPC) na bázi surovin dostupných v ČR |

Development of ultra high performance concrete

(UHPC) on the basis of raw materials available

in the Czech Republic

Jiří Kolísko, Jan Tichý, Milan Kalný, Petr Huňka,

Petr Hájek, Vladislav Trefil 050

– Fasády z UHPC – betonové „závoje“ |

UHPC facades – concrete “veils”

Jana Margoldová 058

V L Á K N O B E T O N | F I B R E R E I N F O R C E D

C O N C R E T E

– Vláknobeton | Fibre reinforced concrete

Peter JM Bartoš 068

S T Ř Í K A N Ý B E T O N | S P R A Y E D

C O N C R E T E

– Darwinovo centrum Přírodovědného muzea

v Londýně, 2. fáze projektu | Darwin centre

Phase Two, Natural History Museum, London

Ed Clark, Ed Newman-Sanders 078

B A R E V N É B E T O N Y | C O L O U R E D

C O N C R E T E

– Barevné betony | Coloured concrete

Jana Margoldová 090

– Jak se sny o létání staly skutečností

| How the dream of flying came true 096

– Spojení architektury a přírody |

The link between architecture and nature 102

L E H K É B E T O N Y | L I G H T W E I G H T

C O N C R E T E

– Lehký beton | Lightweight concrete

Michala Hubertová 106

– Energeticky úsporný monolit z barveného lehkého

betonu | Low-energy monolite of coloured

leightweight concrete

Ragnhild Klußmann, Peter Koppe,

Alexander Paatsch, Maik Dostmann 120

– Čerpaný vysokohodnotný lehký beton pro most

Raftsundet, severní Norsko | Pumping of high

perfor-mance lightweight concrete for the

raftsundet bridge, Northern Norway

Jan-Eirik Nilsskog, Rolf Valum, Kenneth S. Harman 126

T Ě Ž K É B E T O N Y | H E A V Y C O N C R E T E

– Těžké betony a speciální stínící betony |

Heavy concrete and special shielding concrete

Leonard Hobst, Jan Jašek, Lubomír Vítek 134

– Index 141

– Sponzoři publikace 142


T É M A | T O P I C 007

V českých zemích se betonové stavitelství úspěšně rozví-

jí od doby vzniku betonových konstrukcí. Vznikaly pozemní

betonové konstrukce, průmyslové stavby i mosty. Již v roce

1921 byl založen Kloknerův ústav, kde se prováděla řada zkou-

šek a výzkumů v oblasti betonových konstrukcí. Obloukový

most přes Vltavu u Podolska stavěný počátkem války má

dodnes největší rozpětí betonového oblouku u nás a patří stále

k vrcholům našeho betonového stavitelství, obr. 1 .

Předpjatý beton byl u nás hned od počátku svého vývoje

v popředí zájmu. Mezi první konstrukce patří most přes Labe

v Pardubicích z 50. let nebo mosty přes Vltavu u Zvíkova,

které se staly prvními velkými mosty stavěnými pomocí letmé

betonáže. Už počátkem 60. let 20. století byly u nás vyrábě-

ny betony o pevnosti 60 MPa i více. V evropském i světovém

měřítku byly tyto konstrukce na vysoké technické úrovni.

Rovněž prefabrikace v bývalém Československu může pro-

kázat značné úspěchy. Kromě rozsáhlé panelové, zejmé-

na bytové, výstavby se vyráběly prefabrikované prvky pro

průmyslové haly, mostní nosníky ad. Jejich kvalita byla též

ve všech dobách srovnatelná s kvalitou výrobků ve vyspě-

lých evropských státech. Od konce 90. let se u nás rozšířil

samozhutnitelný beton a to mnohem rychleji než v některých

vyspělých státech. Vývoj betonu a betonových konstrukcí je

u nás úspěšný, a je proto nutné navazovat na tradici trvající

již více než 100 let.

Rozvoj technologie betonu a neustálé zvyšování jeho užit-

ných parametrů a v poslední době vývoj betonů velmi vyso-

ké pevnosti vedly k rozhodnutí vydat speciální číslo časopi-

su věnované právě tomuto vývoji. Doby, kdy beton byl pouze

jednoduchou směsí kameniva cementu a vody, již dávno

uplynuly a z betonu se stává sofistikovaný materiál s vlast-

nostmi definovanými mechanickými nebo jinými parametry

(např. odolnost, trvanlivost apod.).

Přestože nelze prokázat zcela přímou závislost mezi pev-

ností a odolností betonu, je patrný nárůst betonů vyšších

pevnostních tříd v posledních letech, obr. 2 , [1]. Zatímco

ve sledovaném období let 2004 až 2011 výrazně klesl objem

betonu velmi nízké pevnosti (<C16/20), nižší třídy (C16/20

a C20/25) se vyrábějí stále ve stejném podílu. Na druhé stra-

ně je vidět vysoký nárůst výroby betonu vyšších pevností

(≥ C35/45) z 10 na 15 %, tj. o 50 %, a nárůst výroby u tříd

C25/30 a C30/37 z 29 na 34 %, tj. o 17 %. Celé spektrum

vyráběných tříd se tedy posunulo směrem k vyšším pevnos-

tem. Tento trend nebude pokračovat věčně, protože ani není

taková poptávka, ale patrně se horní hranice pevnosti bude

dále posouvat, ovšem v omezeném rozsahu.

Betony s vysokou pevností mají své opodstatnění pouze

u malého podílu konstrukcí z technických, ale též ekono-

mických důvodů. Na druhé straně však i malé množství kon-

strukcí s vysokými kvalitativními parametry ukazuje schop-

nosti českého betonářského stavitelství a vyváří pověst naše-

ho stavebnictví v zahraničí.

Význam betonu pro stavebnictví je podtržen jeho nesmírným

rozšířením. Je nejpoužívanějším stavebním materiálem bez

ohledu na geografickou polohu nebo klimatické podmínky.

Nové trendy se šíří po celém světě a modifikují se podle lokál-

ních podmínek. Až na výjimky není možné betony transporto-

vat na větší vzdálenosti, proto je nutné v každé zemi ověřovat

to, co v jiné zemi již úspěšně funguje.

Typickým příkladem byl vývoj samozhutnitelného betonu

v 90. letech nebo dnes vývoj betonů s velmi vysokou pevnos-

tí. Přestože je možné získat receptury již fungujících betonů

z jiných zemí, jsou u nás obvykle nepoužitelné. Jiné vlast-

nosti zejména cementu a kameniva vyžadují, aby se složení

našich speciálních betonů odladilo zcela od začátku. Proto

je nezbytné, aby vývoj nových betonů probíhal u nás s vyu-

žitím zahraničních zkušeností, avšak na základě materiálů,

které jsou u nás k dispozici a je možné je ekonomicky využít.

Je však nutné připomenout, že pevnost materiálu není jedi-

ným parametrem, který je nutno sledovat. Betonové kon-

strukce se potýkají s problémy životnosti a trvanlivosti, kde

kvalita betonu hraje významnou roli. Proto se tato skupina

kritérií stala hlavním parametrem návrhu betonu ve smys-

lu evropské normy EN 206-1, jejíž ustanovení se promítají

do návrhových norem a dalších předpisů, i např. do Model

Code fib 2010 [2], který v současné době představuje nej-

novější soubor názorů a doporučení pro navrhování beto-

nových konstrukcí. (Je však nutné připomenout, že poruchy

V Y S O KO H O D N OT N É B E TO N Y – Ú VO D A P OZ N Á M K Y K M OŽ N O S T E M J E J I C H A P L I K AC E | H I G H P E R F O R M A N C E C O N C R E T E – I N T RO D U C T I O N A N D C O M M E N T S O N P O S S I B I L I T I E S O F I T S A P P L I C AT I O NJ A N L . V Í T E K


T É M A | T O P I C008

konstrukcí omezující jejich trvanlivost, jsou často zapříčiněny

nevhodným konstrukčním řešením a nikoli pouze nižší kvali-

tou betonu jako materiálu.) Proto v tomto výtisku najdete též

články o betonech s vlákny, betonech lehkých, těžkých nebo

i stříkaných. To jen dokazuje, že pod slovem vysokohod-

notný beton (HPC = High Performance Concrete) se rozumí

beton, který se vyznačuje nějakou mimořádnou vlastností,

která jej odlišuje od tzv. betonu běžného.

Zavádění vysokohodnotných betonů do praxe naráží na řadu

problémů. Kromě technických (tj. dosažení požadovaných

vlastností materiálů) vzniká problém legislativní, tj. existen-

ce kritérií, pomocí kterých je možné nové materiály ověřit

a připustit pro aplikaci v praxi. S tím souvisí i ověřování jejich

vlastností zkušebními postupy, které též musejí být schváleny

a veřejně uznány.

Např. evropské normy připouštějí použití betonů do pev-

nostní třídy C90/105. Pro vyšší třídy nejsou definována nor-

mová pravidla a je obtížné betony vyšších tříd používat pro

konstrukce. Model Code 2010 jde dále a připouští třídy až

do pevnosti C120/140. Problém však může nastat v tom, že

tento dokument není normou, ale pouze světově uznávaným

doporučením.

Betony ještě vyšších pevností nemají žádný předpis s širší plat-

ností. Proto např. v Německu bude vydáno doporučení pro

betony označované UHPC (ultra high performance concrete)

v publikaci vydavatelství Ernst & Sohn Betonkalender 2013.

Takový dokument lze považovat za vysoce seriózní a využitel-

ný i pro aplikace u nás, avšak nemá platnost normy, a proto

bude záviset na smluvních vztazích mezi účastníky výstavby,

zda jej bude možné použít ve vybraných případech i u nás.

Podobná situace platí dnes i pro betony s rozptýlenou výztu-

ží, zejména drátkobetony, které též nemají normové předpisy

a jejich aplikace je závislá na jednotlivých dohodách účastní-

ků výstavby. Ukazuje se, že absence návrhových podkladů se

může stát brzdou vývoje a rozšíření betonů, které se odlišují

od standardu, což se týká zejména betonů typu HPC a UHPC.

Jak již bylo zmíněno, otázka trvanlivosti a odolnosti betonu

proti účinkům prostředí (zejména proti CHRL a zmrazovacím

cyklům) je jedna z hlavních, která ovlivňuje, jak budou kon-

strukce fungovat. To se týká i betonů běžných tříd. Zkušební

metody, které se používají, nedávají vždy zcela jednoznač-

né a věrohodné výsledky. Pak na jedné straně může nastat

situace, že se do konstrukce dostane beton ve skutečnosti

nesplňující stanovené požadavky, nebo v opačném případě

se řada použitelných betonů vyloučí [3]. V této oblasti jsou

patrně značné rezervy a bylo by třeba najít opravdu objektivní

způsoby ověřování odolnosti a trvanlivosti betonů.

Spektrum betonů se specifickými vlastnosti se neustále roz-

šiřuje a patrně dále rozšiřovat bude. Zatímco v minulosti měl

beton jednoduché složení, bylo možné vysledovat vzájemné

závislosti jednotlivých mechanických parametrů, např. modul

pružnosti počítat v závislosti na pevnosti betonu, u nových

druhů betonu již taková jednoduchá pravidla přestávají pla-

tit a bude třeba řadu vlastností dokládat výsledky zkou-

šek. Proto bude patrně nutné stanovit v budoucnu postupy,

jak definovat a odzkoušet jednotlivé vlastnosti, aby výsledný

beton odpovídal požadavkům projektu pro navrhovanou kon-

strukci a tomu přizpůsobit i legislativní podklady.

Mnohdy vzniká námitka zejména ze strany investorů, že vyso-

kohodnotný beton je příliš drahý. Obvykle se tím myslí, že

cena materiálu je vyšší než u standardního betonu. Vyšší

cena materiálu však nemusí znamenat vyšší cenu betonové

konstrukce. Pokud je použit beton s vyšší pevností, lze nalézt

obvykle úspory v množství materiálu, tím dojde k snížení

hmotnosti konstrukce a následným úsporám v dimenzích

podporujících konstrukcí, ale zároveň k nepřímým úsporám,

např. při dopravě materiálu apod. Pak může nastat situa-

ce, že i při vyšší ceně základního materiálu jsou počáteční

náklady stavby nižší proti srovnatelnému návrhu s méně hod-

notným betonem. Na takové zjištění někteří investoři již slyší

a použití dražšího materiálu připustí (např. zvýšení kvality

betonu na mostě přes Oparenské údolí na D8, obr. 3 ).

V případě, že beton je trvanlivější, úspora se na počátečních

nákladech patrně neprojeví, ale projeví se během životnosti

stavby na nákladech na opravy, popř. údržbu. V takových

případech se již příznivý efekt vyšší kvality materiálu obtížně-

Obr. 1


T É M A | T O P I C 009

ji prokazuje. Zejména nepříznivé je limitování objemu změn

u projektů podporovaných evropskými fondy. Taková opat-

ření přímo omezují pokrok a optimalizaci konstrukcí včetně

aplikace pokrokových materiálů.

V současné době se sleduje tzv. trvale udržitelný rozvoj.

Tzn., činnosti prováděné v současnosti by neměly nadměrně

zatěžovat budoucí generace. S tím úzce souvisí i kvalita beto-

nových konstrukcí a vyhodnocování jejich nákladů. Pokud kon-

strukce budou kvalitnější (a pravděpodobně i dražší), bu dou

následující generace méně zatěžovány náklady na údržbu jed-

notlivých objektů, tedy budou lépe splněny požadavky na udr-

žitelný rozvoj. Tomu přispívá právě rozvoj vysokohodnotných

betonů, jak je popisován v následujících článcích.

V některých případech je však třeba připustit vyšší počáteční

náklady na konstrukce, protože celkové náklady za celou

dobu její životnosti (Life Cycle Costs – LCC) budou menší.

To je bohužel v zásadním rozporu se současnou praxí většiny

investorů. Sledování nejnižší pořizovací ceny v dodavatelské

soutěži vede ke složitým situacím, často ke snížení kvality

konstrukcí, nebo naopak ke konečné ceně vyšší než byla

výsledná soutěžní cena. Tato praxe je běžná nejen u nás, ale

i ve vyspělých státech světa, a tam možná ještě ve větší míře.

K ještě závažnějším důsledkům vede vyhodnocování soutěží

na projekty s kritériem nejnižší ceny. Místo zkušených pro-

jektantů získávají zakázky nejlevnější a méně zkušené kance-

láře, které často ani nemají schopnost navrhnout technicky

správnou a ekonomickou konstrukci. Pak se i dodavatelé

dostávají do problematických situací a konstrukce nejsou

zdaleka levné ani nesplňují požadované uživatelské para-

metry. Právě při odpovědném projektování a správné volbě

základní koncepce stavby lze dosáhnout největších ekono-

mických přínosů.

Právě ve fázi projektu vzniká prostor pro návrh konstrukcí vyu-

žívajících vysokohodnotné materiály, v našem případě betony.

V návrhu lze zvážit jejich přínosy a využít možné technické

i ekonomické rezervy. Proto je nezbytná spolupráce projekční

a dodavatelské sféry, aby bylo možné vysokohodnotné materi-

ály prosazovat do konstrukcí i v době, kdy ještě není dopraco-

vána kompletní legislativa. Nutnou podporou pak je výzkum-

ná činnost a vývoj zkušebních metod, zejména ve spolupráci

s výzkumnými institucemi, např. s vysokými školami.

I přes možná výše uvedená omezení se vysokohodnotné

betony postupně začínají používat pro výstavbu nejrůzněj-

ších konstrukcí. Následující články ilustrují vývoj jak u nás,

tak v zahraničí. Ukazuje se stará tradice, že nejprve se nové

materiály aplikují a teprve následně vznikají legislativní před-

pisy. Asi to tak zůstane i v budoucnosti. Úsilí vynaložené

na prosazení prvních aplikací se však stále zvyšuje. Je proto

třeba hledat cesty, jak zejména administrativní překážky

omezit a vynakládat úsilí spíše na technické řešení problema-

tiky výroby a aplikace nových materiálů.

Prof. Ing. Jan L. Vítek, CSc.

Metrostav, a. s., Koželužská 2246, 180 00 Praha 8

e-mail: [email protected], www.metrostav.cz

Úvodní fotografie Torben Eskord, CF Moller Architects | Introduction photo

of Torben Eskord, CF Moller Architects

Obr. 1 Obloukový most přes Vltavu s rozpětím oblouku 150 m (foto autor)

l Fig. 1 Arch bridge over the Vltava River with arch span 150 m (photo author)

Obr. 2 Výroba transportbetonu v ČR dle pevnostní třídy [1], v roce 2004 a v roce 2011

l Fig. 2 Readymix concrete production in the Czech Republic according to strength

class [1], in the year 2004 and in the year 2011

Obr. 3 Výstavba mostu přes Oparenské údolí (foto autor) l Fig. 3 Construction of

the bridge over the Oparno valley (photo author)

Literatura:

[1] Oficiální statistiky ERMCO (European Ready Mixed Concrete Organization)

2001–2011

[2] Model Code 2010, Final draft, Vol1, 2, fib Bulletin č. 65, 66, fib, Lausanne 2012

[3] Coufal R.: Trvanlivost betonu pro dopravní stavby, Doktorská dizertační práce,

Stavební fakulta ČVUT, Praha 2011

29%

36%

< C16/20

C16/20 – C20/25

C25/30 – C30/37

≥ C35/45

25%

10%

2004

34%

36%

< C16/20

C16/20 – C20/25

C25/30 – C30/37

≥ C35/45

15%

15%

2011

Obr. 3

Obr. 2


011V Y S O K O P E V N O S T N Í B E T O N Y A U H P C | H I G H P E R F O R M A N C E C O N C R E T E A N D U H P C

Kniha High Performance Concrete vyšla v roce 1998 (v čes-

kém překladu jako „Vysokohodnotný beton“ v roce 2005).

I o třináct let později je z velké části stále aktuální. Byla přelo-

žena ve Francii, Brazílii, Česku, Španělsku a brzy by měla být

k dispozici i její čínská verze. Ovšem věda a technologie týka-

jící se vysokohodnotného betonu za těch třináct let pokroči-

la. Záměrem tohoto článku je aktualizovat uvedenou knihu

a doplnit některé nové pohledy na tuto oblast.

Pro výrobu vysokohodnotného i běžného betonu jsou pou-

žívány stejné materiály. Oba typy betonů podléhají stej-

ným fyzikálním, chemickým a termodynamickým záko-

nům a samozřejmě i zákonům trhu. Ovšem vysokohod-

notný beton se může chovat odlišně než běžný beton,

poněvadž některé vlivy, které působí na praktické vlast-

nosti běžného betonu pouze nepatrně, mají výraz-

né dopady na obdobné vlastnosti vysokohodnotného

betonu.

H L A V N Í R O Z D Í L M E Z I V Y S O K O -

H O D N O T N Ý M A B Ě Ž N Ý M B E T O N E M

Podstatným rozdílem je vodní součinitel w/c

❙ v případě běžného betonu se w/c pohybuje v rozme-

zí zhruba 0,42 až 0,60 (nebo i ještě více), takže běžný

beton obsahuje více vody, než je třeba na plnou hydrataci

všech zrn cementu,

❙ vysokohodnotný beton se vyznačuje vodním součinite-

lem menším než 0,42, takže obvykle vysokohodnotný

beton neobsahuje dostatek vody pro plnou hydrataci

všech cementových zrn.

Vodní součinitel není jen nějaké teoretické číslo bez fyzikální-

ho významu. Z matematického modelu hydratace cementu,

obr. 1 , který vypracoval Bentz [1], plyne, že vzdálenost zrn

cementu v pastě je přímo úměrná vodnímu součiniteli w/c

[2]. Čím nižší je vodní součinitel, tím menší je vzdálenost mezi

zrny cementu v pastě, a tím silnější vazby mezi hydratujícími

zrny cementu během hydratace vznikají.

V Y S O KO H O D N OT N Ý B E TO N – A K T U A L I Z AC E V ROC E 2011 | H I G H P E R F O R M A N C E C O N C R E T E ( H P C ) – R E V I S E D I N 2011P I E R R E C L A U D E A Ï T C I N , V L A S T I M I L B Í L E K

Vysokohodnotný beton se v praxi uplatňuje stále významněji. Tím je získávána řada nových zkušeností a jsou korigovány

i některé údaje z knihy Vysokohodnotný beton. Hlavní důraz je kladen na vysvětlení smrštění a jeho eliminace v případě

vysokohodnotného betonu. Na příkladech je ukázáno, že konstrukce z vysokohodnotného betonu lépe naplňují požadavky

udržitelného rozvoje. Jsou uvedeny zkušenosti z aplikací vysokohodnotného betonu v minulosti a rovněž příklady nových

konstrukcí, postavených s využitím vysokohodnotného betonu. | High performance concrete is increasingly being used

in practice today. This is how plenty of new experience is gained and some conclusions from the High Performance Concrete

book are modified. The main focus is on explanation of shrinkage and its elimination in HPC. Examples in the paper show

that HPC construction can better meet the requirements of sustainable development. The experience of the use of HPC in

the past is given as well as some examples of new constructions built utilizing HPC.

Obr. 1 Matematický model cementové pasty (Dale, Bentz) l Fig. 1 Mathematical

representation of cement paste according to Bentz model

Obr. 1


012 V Y S O K O P E V N O S T N Í B E T O N Y A U H P C | H I G H P E R F O R M A N C E C O N C R E T E A N D U H P C

Jaké hodnoty w/c jsou obvyklé při výrobě vysokohodnotné-

ho betonu

❙ obvykle 0,30 až 0,40

❙ ve zvláštních případech 0,25 až 0,30

❙ v případě kompozitů ultravysokých pevností 0,18 až 0,20.

Položme si logickou otázku: Jak to, že pevnost vysokohodnotné-

ho betonu roste přesto, že w/c je menší než 0,42 a v betonu te -

dy není dost vody pro úplnou hydrataci všech cementových

zrn?

Odpověď zní: Protože pevnost betonu závisí především

na vzdálenosti jednotlivých zrn cementu v pastě, méně

již na počtu zrn, která zhydratovala.

Pokud jsou zrna cementu vzájemně hodně vzdálena, musejí

hydráty vyrůstající z jednoho zrna překonávat velkou vzdále-

nost, než se setkají s hydráty rostoucími z jiného zrna. Teprve

pak vytvoří fyzikální vazbu. Ovšem tyto vazby nejsou tak

pevné, jako když jsou zrna cementu blízko u sebe. V tom

spočívá tajemství vysokohodnotného betonu.

Tento závěr je vlastně jen jinak řečeno to, co je uvedeno

v knize Vysokohodnotný beton. Tam se zdůrazňuje menší

pórovitost pasty s nízkým vodním součinitelem. Malá vzdá-

lenost zrn a krátké hydráty mezi zrny cementu představují

vlastně pouze jinou interpretaci nízké pórovitosti.

Z M E N Š E N Í V Z D Á L E N O S T I M E Z I

C E M E N T O V Ý M I Z R N Y V P A S T Ě

Vzdálenost mezi cementovými zrny, tedy vodní součinitel, je

samozřejmě možné zmenšit použitím superplastifikátoru, což

je syntetický polymer speciálně vyvinutý k tomu, aby potla-

čil přirozenou tendenci cementových zrn ve vodě flokulovat.

Proč zrna cementu po tom, co přijdou do kontaktu s vodou,

flokulují?

V první řadě, mletí portlandského slinku generuje velké

množství kladných a záporných nábojů na povrchu cemento-

vých zrn. A za druhé, molekuly vody jsou polární, poněvadž

těžiš tě kladných a záporných nábojů neleží v jednom bodě.

Z tohoto důvodu se molekuly vody chovají jako dipóly. Tyto

dipóly vytvářejí interpartikulární vazby, které jsou dostatečně

silné na to, aby vytvořily shluky (flokule) cementových zrn,

které vypadají podobně jako domečky z karet. Uvnitř těch-

to domečků je zachycen určitý podíl záměsové vody, která

tak není nadále k dispozici pro zlepšení plasticity betonu

a k usnadnění jeho ukládání.

K potlačení flokulace bývají používány dva typy polymerů

❙ polysulfonáty, působící v podstatě elektrostaticky,

obr. 2 ,

❙ polyakryláty, působící zejména stericky, obr. 3 .

Když molekuly superplastifikátoru obalí zrna cementu, stáva-

jí se tato elektricky neutrální, a tím pádem nezachycují tolik

vody, která je nyní k dispozici na zlepšení zpracovatelnosti

betonu [3]. V současné době je s cementy s nízkým obsa-

hem C3S a C

3A možné vyrábět plastické betony s w/c ≈ 0,28

a v některých případech i 0,25.

H Y D R A T A C E P O R T L A N D S K É H O C E M E N T U

Jednoduchý experiment

Více než před sto lety provedl Henri Le Chatelier velmi jedno-

duchý experiment, ukazující fyzikální důsledky hydratačních

reakcí [4].

Dvě baňky s úzkým vysokým hrdlem naplnil cementovou

Obr. 2

Obr. 4 Obr. 5

Obr. 3ELECTOSTATIC REPULSION

Cement particle Cement particleCement particle Cement particle

STERIC REPULSION



pastou, obr. 4 . Jednu z nich naplnil vodou až po značku,

takže hydratační reakce probíhaly pod vodou. Aby zabránil

odpařování, uzavřel obě baňky skleněnou zátkou.

Ani ne po 24 hodinách Le Chatelier zjistil, že hladina

vody v trubici poklesla a její pokles pokračoval i během

následujících dní, načež se ustálil na konstantní hodnotě.

Objem vody, která penetrovala během hydratace do cemen-

tu, představoval téměř 8 % původního objemu pasty.

Navíc Le Chatelier pozoroval, že baňka praskla díky ros-

toucímu zdánlivému objemu cementové pasty. Na rozdíl

od toho současně pozoroval, že se zdánlivý objem pasty

tvrdnoucí na vzduchu zmenšil – pasta už baňku zcela

nevyplňovala.

Tato zjištění jsou z praktického hlediska nesmírně důle-

žitá. Během hydratace se zdánlivý objem cementové

pasty mění v souladu s podmínkami ošetřování.

Je tedy možné konstatovat, že:

❙ probíhá-li hydratace na vzduchu, zdánlivý objem cemen-

tové pasty klesá, i když (jako v tomto případě – uzavřená

baňka) nedochází ke ztrátě hmotnosti,

❙ pokud hydratace probíhá pod vodou, zdánlivý objem

pasty roste, zatímco určitý objem vody (roven 8 %

původního objemu pasty) penetruje do pasty.

Z těchto pozorování Le Chatelier odvodil následující:

❙ absolutní objem cementové pasty během hydratace

klesá o 8 %, protože hydráty, které vznikají, mají absolut-

ní objem menší než součet absolutního objemu (objem

pevných složek) cementu a reagující vody,

❙ zdánlivý objem cementové pasty roste nebo klesá podle

podmínek ošetřování:

❙ pokud k hydrataci dochází na vzduchu, zdánlivý

objem klesá,

❙ pokud hydratace probíhá ve vodě, zdánlivý objem

roste.

Tato redukce absolutního objemu se nazývá chemické smrš-

tění (ve francouzské literatuře také Le Chatelierovo smrštění).

Zmenšení zdánlivého objemu při hydrataci na vzduchu je

možné jednoduše vysvětlit. Menisky, které vznikají v pórech,

vytvořených díky chemickému smrštění, vyvolávají tahové

napětí v pastě, které způsobuje kontrakci zdánlivého objemu

pasty. Tento mechanismus je obecně přijímán, ovšem jeden

z jeho autorů, F. H. Whittmann, jej podrobil kritice a zdůraz-

ňuje význam i jiných vlivů než pouze působení menisků [5].

Vysvětlit bobtnání pasty, která hydratuje pod vodou, není

tak snadné. Může to být způsobeno preferenčním vývo-

jem krystalů, které vykazují rychlý růst (portlandit, ettrin-

git) a působí jako drobounké zvedáky, což následně způ-

sobuje růst zdánlivého objemu hydratující cementové

pasty.

Kromě toho bylo v poslední době zjištěno, že, pokud hyd-

ratace probíhá za semiadiabatických podmínek, dochá-

zí k výraznému růstu objemu [6]. Toto výrazné zvětšování

počátečního zdánlivého objemu za semiadiabatických pod-

mínek může být velmi významné z hlediska praxe, protože

by možná mohlo výrazně snižovat autogenní smrštění vyso-

kohodnotných betonů. To by mohlo mít významný dopad

na trvanlivost a následně na udržitelnost konstrukcí z vyso-

kohodnotného betonu.

Pokles zdánlivého objemu cementové

pasty ošetřované na vzduchu bez odpařování

vody

Pokud neexistuje vnější zdroj vody, která by zaplňovala kapi-

láry vznikající v důsledku chemického smrštění, vzniknou

v těchto kapilárách menisky. Čím jemnější kapiláry, tím vyšší

je tahové napětí generované menisky, a tím výraznější bude

kontrakce zdánlivého objemu. Tato kontrakce zdánlivého

objemu se nazývá autogenní smrštění. Protože ve vysoko-

hodnotném betonu je kapilární systém daleko jemnější než

v běžném betonu, dochází k objemové kontrakci v důsledku

autogenního smrštění dříve a probíhá velmi rychle.

K autogennímu smrštění dochází v každém betonu, pro-

tože jde o nevyhnutelný důsledek hydratačních reakcí,

pokud tyto probíhají bez vnějšího zdroje vody. V běžném

betonu je kontrakce příslušející autogennímu smrštění zane-

dbatelná, protože menisky vznikají ve velkých kapilárách, kde

generují pouze slabá tahová napětí.

Naopak, ve vysokohodnotném betonu vznikají menisky

ve velmi jemných kapilárách, takže tahová napětí jsou dale-

ko silnější. Čím nižší je vodní součinitel, tím větší je auto-

genní smrštění. Kromě toho se autogenní smrštění vyvíjí

velmi brzy během hydratačního procesu, kdy mohou taho-

vá napětí způsobit časné popraskání pasty. Tím je sníže-

na trvanlivost vysokohodnotného betonu. Vysokohodnotný

beton je sice sám o sobě nepropustný, ale protože je prot-

kán sítí mikrotrhlin, je nepropustný pouze mezi mikrotrhlina-

mi. Konstrukce z vysokohodnotného betonu tedy může být

propustná.

V některých betonech je generováno smrštění i menisky,

které se tvoří, pokud se kapilární voda z betonu odpařu-

je – beton vysychá. V běžných betonech dochází k výraz-

nějšímu smrštění od vysychání vody než ve vysokohodnot-

ném betonu, ale toto smrštění nastává obvykle později, když

beton již vykazuje významnou tahovou pevnost. Ve vyso-

kohodnotném betonu je smrštění vysycháním nízké, proto-

že průměr menisků v kapilárách byl již dříve zmenšen díky

autogennímu smrštění a odpařování vody je tak znesnad-

něno.

G R A F I C K É Z N Á Z O R N Ě N Í H Y D R A T A Č N Í C H

R E A K C Í

Powers [7] studoval kolem roku 1950 hydratační reakce

kvantitativně. Ukázal, že, má-li dojít k úplné hydrataci, je

Obr. 2 Schematické znázornění elektrostatického odpuzování l Fig. 2 Schematic

representation of electrostatic repulsion

Obr. 3 Schematické znázornění sterického odpuzování l Fig. 3 Schematic

representation of steric repulsion

Obr. 4 Le Chatelierův experiment, schéma experimentu Fig. 4 Le Chatelier

experiment, scheme

Obr. 5 Opakování Le Chatelierova experimentu l Fig. 5 Le Chatelier experiment,

repetition



nezbytné, aby byl vodní součinitel 0,42. Tato hodnota vod-

ního součinitele je podstatně vyšší než hodnota 0,22, což je

hodnota nezbytná k tomu, aby hydratační reakce proběhly

z hlediska stechiometrie. Část hydratační vody je totiž pevně

fyzikálně vázána na hydrátech. V roce 2001 prezentovali

Jensen a Hansen [8] velmi jednoduché grafické znázornění

hydratačních reakcí, obr. 6 . Osa x představuje stupeň hydra-

tace. Během hydratačního procesu roste stupeň hydratace

od 0 do 1, kdy jsou veškerá cementová zrna zhydratovaná.

Osa y znázorňuje relativní objem cementu a vody v pastě.

Předpokládá se, že pasta neobsahuje žádný zachycený

vzduch.

Hydratace pasty s vodním součinitelem 0,60

bez vnějšího zdroje vody

Z obr. 7 je patrné, že na konci hydratace je hydratovaná pasta

složena ze čtyř komponent:

❙ hydrátů

❙ vody fyzikálně vázané na hydráty

❙ kapilární vody (protože vodní součinitel je větší než 0,42)

❙ pórů – díky chemickému smrštění je jejich objem asi 8 %


bez vnějšího zdroje vody

Vodní součinitel 0,42 umožňuje úplnou hydrataci cementu,

takže na konci hydratačního procesu v pastě není zbytková

kapilární voda, ale pasta má stále pórovitost 8 %, díky che-

mickému smrštění, obr. 8 .


za přítomnosti vnějšího zdroje vody

V tomto případě Hansen a Jensen ukázali, že vnější voda je

schopna podílet se dodatečně na hydrataci cementu (jako

v pastě s vodním součinitelem 0,42) a zaplnit 8 % pórů,

obr. 9 . Pokud dojde k úplné hydrataci cementu, je hydra-

tovaná cementová pasta složena pouze z pevné fáze bez

pórovitosti – tzn. pouze z hydrátů a jimi vázané fyzikální

vody.

V reálných podmínkách tato situace samozřejmě nikdy

nenastane, protože, za prvé, nikdy nedojde k úplné hydra-

taci cementových zrn (alespoň ne těch hrubších), a za druhé

tím, jak se cementová pasta stává stále nepropustnější

díky pokračující hydrataci, nemůže vnější voda tak snad-

no penetrovat do všech částí cementové pasty. V kaž-

dém případě ovšem betony s vodním součinitelem 0,36,

které jsou pečlivě ošetřovány vodou, vykazují velmi níz-

kou pórovitost, jsou nepropustnější, a tím trvanlivější

a z hlediska udržitelného rozvoje výhodnější než běžné

betony.

W/C = 0,60

W/C = 0,36

W/C = 0,42

W/C = 0,30

Obr. 6

Obr. 7

Obr. 9

Obr. 8

Obr. 10



Hydratace pasty s vodním součinitelem menším

než 0,36 bez vnějšího zdroje vody

Z obr. 10 je zřejmé, že v tomto případě není v pastě dosta-

tek vody k úplné hydrataci všech cementových zrn, takže

hydratace se zastaví v důsledku nedostatku vody. Na konci

hydratačního procesu je hydratovaná pasta složena z násle-

dujících složek:

❙ zbylých nezhydratovaných zrn

❙ zhydratované cementové pasty

❙ adsorbované vody

❙ pórovitosti

Pokud není dostatek vnější vody, pórovitost nemůže být

potlačena. Proto pro získání trvanlivého vysokohodnot-

ného betonu je nezbytné ošetřovat jej vnější vodou (vněj-

ší vzhledem k pastě).

D E T E K C E T R H L I N B Ě H E M T V R D N U T Í

B E T O N U P R O S T Ř E D N I C T V Í M A K U S T I C K É

E M I S E

Zajímavý náhled do dějů, které probíhají během tuhnutí

a tvrdnutí betonů, poskytuje akustická emise. Tato metoda

je schopna zaznamenávat vznik mikrotrhlin, protože jejich

tvorba je provázena akustickými signály. Ačkoli problemati-

ka detekce signálů není jednoduchá, výsledky jsou poměrně

jednoznačné [9].

Na obr. 11 je zachycen vývoj kumulativní četnosti Nc akustic-

kých signálů při tuhnutí a tvrdnutí betonů s vodním součinite-

lem 0,33 a 0,43. Byly sledovány trámce 100 x 100 x 400 mm

obalené folií (bez výměny vody s prostředím) a trámce zrající

volně v laboratoři.

Výsledky jsou velmi přesvědčivé. Vysokohodnotný beton

s vodním součinitelem 0,33 neobsahuje dostatek vody,

obalení folií není dostatečným ošetřením a díky autogenní-

mu smrštění je během prvních sedmi dní zrání (168 hodin)

detekováno velké množství mikrotrhlin. Křivka kumu-

lativní četnosti akustických signálů má navíc stále ros-

toucí tendenci. Naopak, beton s vodním součinitelem

0,43 obsahuje dostatek vody a zabránění odpařování je

dostatečným ošetřováním. Mikrotrhlin vzniká podstatně

méně.

Pokud jsou ale trámce ponechány tak, aby zrály volně, tedy

bez ošetřování, vzniká v obou případech mikrotrhlin dale-

ko více, zejména v betonu s vyšším vodním součinitelem.

Prezentované výsledky zdůrazňují důležitost ošetřování beto-

nu, jak to bylo diskutováno v předešlém odstavci.

O Š E T Ř O V Á N Í V Y S O K O H O D N O T N É H O

B E T O N U V N I T Ř N Í M Z D R O J E M V O D Y

Nejlepším způsobem ošetřování vysokohodnotného beto-

nu vnitřním zdrojem vody je nahradit určitý objem kame-

Obr. 6 Schematické znázornění hydratace podle Jensena a Hansena l

Fig. 6 Jensen and Hansen’s schematic representation

Obr. 7 Schématické znázornění cementové pasty s w/c = 0,60; bez vnějšího zdroje

vody l Fig. 7 Schematic representation of cement paste with w/c equal to 0.60

without any external source of water

Obr. 8 Schematické znázornění cementové pasty s w/c = 0,42; bez vnějšího zdroje vody

l Fig. 8 Schematic representation of cement paste with w/c equal to 0.42 without any

external source of water

Obr. 9 Schematické znázornění cementové pasty s w/c = 0,36; s vnějším zdrojem

vody l Fig. 9 Schematic representation of cement paste with w/c equal to 0.36 with

an external source of water

Obr. 10 Schematické znázornění cementové pasty s w/c = 0,30; bez vnějšího zdroje vody

l Fig. 10 Schematic representation of cement paste with w/c equal to 0.30 without any

external source of water

Obr. 11 Kumulativní četnosti signálů akustické emise ve vzorcích z betonu s vodním

součinitelem w = 0,33 a w = 0,43; a) trámce obaleny folií, b) trámce zrající volně

v laboratoři l Fig. 11 Comparison of cumulative AE events of two concrete

specimens with w/c = 0.33 and w/c = 0.43, a) specimen sealed in PE foil, b) specimen

stored in laboratory condition without any curing

Obr. 11a Obr. 11b



niva stejným objemem nasáklého lehkého kameniva. Je

lépe použít lehkého drobného kameniva, protože je poréz-

nější než lehké hrubé kamenivo, a to umožňuje nahradit

pouze menší objem kameniva. Během míchání jsou póro-

vitá nasáklá zrna rovnoměrně rozptýlena v betonu, takže

v pastě je vždy blízko zdroj vody k cementovým zrnům,

obr. 12 .

Jakmile započnou hydratační reakce, začnou jemné póry,

vzniklé díky objemové kontrakci hydratující pasty, nasávat

vodu z velkých pórů lehkého kameniva. Menisky v jemných

kapilárách hydratující cementové pasty nevznikají, naopak,

vznikají velké menisky v pórech lehkého kameniva, ovšem

bez jakéhokoli vlivu na autogenní smrštění pasty.

Pokud v kapilárních pórech v hydratující pastě nejsou menis-

ky, negeneruje se v pastě ani tahové napětí a nedochází

k autogenní kontrakci.

Jako doplněk k vnitřnímu ošetřování betonu je vždy nezbytné

ošetřovat prvky z vysokohodnotného betonu i vnější vodou

(vnější vzhledem k betonu), aby zhydratoval co nejúplněji

cement na povrchu betonu – na jeho pokožce, která je první

ochranou vyztužující oceli [10].

Specifikace ošetřování musí být velmi přesná a detailní

a ošetřování musí být kontraktorem placeno zvlášť. Osobně

se mi velmi líbí specifikace předepsaná městem Montrealem,

protože zahrnuje zvláštní platbu za tuto činnost, obr. 13 .

Použití rozprašovacího zařízení, které se běžně používá při

péči o květiny, je velmi vhodným účinným vnějším ošetřo-

váním betonu. Toto zařízení není drahé, dá se snadno insta-

lovat a je velmi účinnou zbraní v boji proti různým typům

smrštění (plastickému, autogennímu, smrštění vysycháním),

obr. 15 .

V Y S O K O H O D N O T N Ý B E T O N

A U D R Ž I T E L N Ý R O Z V O J

Je snadné ukázat, že vysokohodnotný beton splňuje poža-

davky udržitelného rozvoje lépe než běžný beton. Na obr. 16

Obr. 12a

Obr. 14

Obr. 15

Obr. 12b

Obr. 13

Obr. 16



je znázorněno množství cementu a kameniva, které je použi-

to na zhotovení nevyztužených sloupů, které by měly přená-

šet stejné zatížení a které jsou vybetonovány z betonů s pev-

ností 25 a 75 MPa.

Abychom mohli oba betony srovnávat, předpokládejme, že

na 1 m3 betonu s pevností 75 MPa je třeba použít 450 kg

cementu, 1 050 kg hrubého kameniva a 675 kg písku, zatím-

co na 1 m3 betonu s pevností 25 MPa je třeba použít 300 kg

cementu a přibližně stejné množství kameniva.

Protože na sloup z betonu s pevností 25 MPa je třeba třikrát

více betonu pro přenesení stejného zatížení, je třeba nakonec

použít třikrát více kameniva.

Na sloup z betonu 75 MPa je nakonec třeba použít dvakrát

méně cementu a samozřejmě zhruba 5 až 6 l superplastifi-

kátoru na každý m3.

Ve vysokohodnotném betonu je pojiva využito lépe, proto-

že vodní součinitel je nižší a zrna cementu jsou blíže u sebe,

takže vazby mezi nimi, které vznikají v důsledku hydrata-

ce, jsou pevnější. Kromě toho v současnosti může pojivo

na výrobu betonu s pevností 75 MPa obsahovat zhruba 20 až

30 % příměsí. A technologie betonu směřuje k vyšším náhra-

dám portlandského cementu příměsmi – až 50 %. Potom

by z dávky cementu potřebné na 25MPa beton mohly být

vybetonovány čtyři sloupy, samozřejmě s použitím super-

plastifikátoru.

Při betonáži konstrukčních prvků namáhaných tahovým

napětím nebude úspora portlandského cementu při použití

vysokohodnotného betonu tak vysoká, ale stále bude velmi

významná.

Dalším příkladem, který vyplývá přímo z praxe, může být

výroba betonového zábradlí pro lodžie. Běžně se vyrábí

v tloušťce 80 mm z betonu třídy C25/30 až C35/45. V rámci

řešení projektů CIDEAS a FR TI 1/004 bylo vyvinuto tenké

zábradlí, s tloušťkou desky jen 40 mm, s ocelovou výztuží

pouze v obvodovém rámu.

Na výrobu byl vyvinut beton C60/75 s polymerními vlák-

ny. I když tento beton obsahuje podstatně více cemen-

tu a příměsí, díky úspoře zejména cementu a ocelové

výztuže vychází energetická náročnost tenkého zábrad-

lí asi poloviční a stejně tak potenciál globálního otep-

lení [11]. Environmentální analýza provedená v [11] uva-

žuje i dopravu materiálů a hotových výrobků. Výhody

vysokohodnotného betonu jsou tedy zhodnoceny velmi

komplexně.

P Ř Í K L A D Y V E N K O V N Í C H K O N S T R U K C Í

Z V Y S O K O H O D N O T N É H O B E T O N U

Od vydání knihy Vysokohodnotný beton v roce 1998 byl

vysokohodnotný beton použit v mnoha venkovních konstruk-

cích. Pro tento článek jsem vybral šest z nich, které poklá-

dám za zvláště zajímavé z různých úhlů pohledu:

❙ Most konfederace v Kanadě

❙ viadukt v Millau ve Francii

❙ věž Burj Khalifat v Dubaji

❙ nádrže na zkapalněný plyn v Osace

v Japonsku

❙ lávku v Sherbrooke v Kanadě

❙ rozšíření letiště Haneda v Tokiu v Japonsku

Most konfederace v Kanadě

V knize Vysokohodnotný beton je publikováno několik foto-

grafií z výstavby tohoto mostu. Nyní si všimněme dvou

aspektů, týkajících se jeho trvanlivosti a jeho rozměrů.

Most konfederace je 13 km dlouhý prefabrikovaný most,

který byl postaven z betonu s pevností 83 MPa, s obsa-

hem vzduchu 6 %, aby byla zabezpečena mrazuvzdornost

ve zvláště tvrdých podmínkách, v kterých most stojí. Každý

z prefabrikovaných nosníků vážil 7 500 t, což je o 300 t více,

než kolik váží Eiffelova věž v Paříži. Po třinácti letech vystave-

ní extrémně tvrdým podmínkám je beton stále ve výborném

stavu.

Viadukt v Mil lau

Tento viadukt představuje kompozitní konstrukci se sloupy

z vysokohodnotného betonu, ocelovou mostovkou a ocelo-

vými lany. Nejvyšší sloup byl postaven z vysokohodnotného

betonu s pevností 60 MPa a je vyšší než Eiffelova věž.

Osm týmů složených z architektů, inženýrů a dodavatelů

navrhlo různé alternativy, jak most postavit. Na konci výběro-

vého procesu to byl tým vedený sirem Fosterem a Eiffagem

a dodavatelskou firmou založenou Gustavem Eiffelem, který

zvítězil v soutěži. Viadukt je nepochybně praktický, splňuje

požadavky udržitelného rozvoje a je i příkladem současné

architektury a technického umu.

Burj Khal i fat Tower v Dubaji

V současnosti 848 m vysoká věž je nejvyšší budovou na světě.

Pro srovnání Eiffelovka je pouze 300 m vysoká a Petronas

Towers „jen“ 450 m. Prvních 610 m této věže bylo postaveno

z čerpaného vysokohodnotného betonu s pevností 80 MPa.

Posledních 218 m je tvořeno ocelovou konstrukcí.

Byl to profesor Kamal Khayat a jeho asistenti z university

v Sherbrooke, kteří optimalizovali složení betonu z materiálů

dostupných v Dubaji. Dodavatelem byla firma Samsung Korea,

čerpadlo bylo německé a inženýr zodpovědný za čerpání byl

Australan. Jak hezký příklad multinárodní spolupráce!

Hmotnost 100mm hliníkového potrubí, kterým byl beton čer-

pán do výšky 610 m, byla 50 t a pojmulo 12 m3 betonu, než

bylo dosaženo horní úrovně.

Profesor Kamal Khayat a jeho asistenti optimalizují slože-

ní 80MPa samozhutnitelného vysokohodnotného betonu,

který bude použit pro ještě vyšší stavbu v Jeddah v Saudské

Arábii. Tato stavba má mít výšku 1 200 m a konstrukce má

Obr. 12 Vnitřní ošetřování (samoošetřování) prostřednictvím nasáklého lehkého jemného

kameniva, a, b l Fig. 12 Internal curing with a saturated lightweight sand, a, b

Obr. 13 Vnější ošetřování betonu. Dostali zvlášť zaplaceno za ošetřování, takže to

provádějí svědomitě l Fig. 13 External curing – they are paid to water-cure concrete

and they do it diligently

Obr. 14 Vnější ošetřování pomocí membrány nastříkané na povrch čerstvého betonu l

Fig. 14 Application of curing membrane just after concrete casting

Obr. 15 Mlžení betonu kvůli zabránění plastickému smrštění l Fig. 15 Fogging in

order to avoid plastic shrinkage

Obr. 16 Vysokohodnotný beton je výhodnější než běžný beton, C – cement, C.A. – hrubé

kamenivo, F.A. – jemné kamenivo l Fig. 16 HPC is more sustainable than NSC



být výhradně z vysokohodnotného betonu. Ve skutečnosti

experti z firmy Samsung nechtěli stavět z oceli ani vyšší části

Burj Khalifat Tower, protože dva jeřáby byly na stavbě dva

měsíce dnem i nocí vytíženy jen dopravou ocelových dílů.

Pro výstavbu 1 200 m vysoké věže v Jeddah jsou zvažovány

dva scénáře:

❙ čerpání betonu do výšky 1 000 m prostřednictvím nové-

ho čerpadla, které je v současnosti vyvíjeno v Německu,

a doplnění tohoto čerpadla dalším pro výšku mezi 1 000

a 1 200 m,

❙ použití dvou 600m čerpadel v řadě.

Bude to stejný australský expert, kdo bude dozorovat čerpá-

ní. V tak inovativní konstrukci není důvod úspěšný tým měnit.

Zásobník na kapalné plyny v Osace

Původně byl kapalný plyn skladován v izolovaných ocelových

tancích, majících betonové krytí pro případ nehody. S tím,

jak bylo na umělém ostrovu stále méně a méně prostoru

pro výstavbu nových tanků, společnost Obayashi navrhla

Osace Gas postavit dodatečně předepnutý izolovaný beto-

nový zásobník s použitím konvenčního 30MPa betonu, který

může pojmout dvakrát více plynu na čtvereční metr.

První zásobník ještě ani nebyl dokončen a Osaka Gas už

objednala další, ovšem během stavby druhého zásobní-

ku navrhli inženýři z Obayashi postavit třetí dodatečně pře-

depnutý zásobník s použitím 60MPa samozhutnitelného

betonu. Tento by měl pojmout čtyřikrát více plynu na čtve-

rečný metr umělého ostrova a měl by být vybudován třikrát

rychleji.

Při stavbě dvou prvních zásobníků z betonu s pevností

30 MPa a se sednutím kužele 100 až 150 mm bylo nutné

omezit každou dodávku betonu na 1,2 m3 a využít velkého

množství pracovníků na vibraci betonu. Při použití 60MPa

samozhutnitelného betonu nebude nutné vibrovat. Zkrácení

doby výstavby se odrazí v nižších nákladech daleko výraz-

něji, než vyšší cena samozhutnitelného betonu s pevností

60 MPa.

Lávka v Sherbrooke, Kanada

Beton z reaktivních práškových složek (Reactive Powder

Concrete – RPC) představuje maltu či pastu s velmi nízkým

vodním součinitelem a ocelovými vlákny. Pierre Richard,

objevitel reactive powder concrete, pracuje s tímto typem

malt podobně jako se železobetonem, protože rozměrové

relace mezi vlákny a nejhrubšími zrny písku, použitými v RPC,

jsou podobné, jako poměry mezi ocelovou výztuží a nejhrub-

šími zrny kameniva v běžných betonech.

V tab. 1 je uvedeno složení RPC použitého pro stavbu lávky

v Sherbrooke. Je vidět, že obsahy cementu a křemičitých

úletů jsou velmi vysoké ne kvůli hydrataci maximálního

množství cementu ale spíše kvůli optimalizaci křivky zrnitos-

ti různých práškových materiálů použitých pro výrobu RPC.

Kromě toho vodní součinitel w/c, pokud má toto číslo v RPC

smysl, je velmi nízký, aby se zmenšila vzdálenost mezi jed-

notlivými částicemi pojiva spojenými mechanickými vazbami,

až se hydratace nedostatkem vody zastaví. Obsah ocelových

vláken je také velmi vysoký a poskytuje RPC určitou pseudo-

ductilitu. Ošetřování RPC je rovněž zvláštní – dva dny zrál při

okolní teplotě a další dva dny ve vodě teplé 90 oC pro dosa-

žení maximální hydratace všech příměsí v RPC.

Pevnost RPC byla 55 MPa po 24 h a 199 MPa po jeho ošet-

ření ve vodě teplé 90 oC. Tlaková pevnost RPC, vtlačeného

do nerezových ocelových trubek použitých na diagonály, byla

350 MPa a to díky Poissonovu efektu 3D sevření (confine-

ment) betonu. Tato tlaková pevnost je ekvivalentní pevnosti

oceli.

V lávce v Sherbrooke není jen výztuž z ocelových vláken, ale

i předem předepnuté a dodatečně předepnuté kabely. Lávka

byla postavena podobně jako ocelová konstrukce.

Literatura:

[1] Bentz D. P. (1997): Three-dimensional Computer simulation

of cement hydration and microstructure development, J. Amer. Ceram. Soc.,

80 (1), 3–21

[2] Bentz D. P., Aïtcin P.-C. (2008): The hidden meaning of water-to-cement ratio,

Concr. Inter., 30(5), 51–54

[3] Aïtcin P.-C. (2008): Binders for Durable and Sustainable Concrete,

Taylor and Francis, London, U.K., 500 p.

[4] Aïtcin P.-C. and Mindess S. (2011): The Sustainability of Concrete,

E and FN SPON, London, UK., 301 p.176

[5] Wittmann F. H. (2009): Heresies on shrinkage and creep mechanisms,

Creep, Shrinkage and Durability Mechanics of Concrete and Concrete Structures,

Tanabe et al (eds),Taylor and Francis Group, London, ISBN 978-0-415-48518-1,

p. 3–10

[6] Duran-Herrera A., Petrov N., Bonneau O., Khayat K.

and Aïtcin, P.-C. (2009): Autogenous Control of Autogenous Shrinkage,

ACI SP 256, ACI, Farmington Hills, Michigan, pp. 1–12

[7] Powers T. C. (1968): The properties of fresh concrete, John Wiley and Sons Inc.,

New York, 664 pp.

[8] Jensen O. M., Hansen P. F. (2001): Water entrained cement

based materials, Part I, Cement and Concrete Research, V.31, No.4,

pp. 647–654

[9] Topolář L., Pazdera L., Bílek V., Smutný J. (2011): Applying Acoustic

Emission Method at Monitoring of Lifetime Concrete Structure,

Proc. of 7th CCC (fib) Congress Innovative materials and technologies

for concrete structures, Balatonfüred, Hungary, ISBN 978-963-313-036-0,

pp. 167–170

[10] Morin R., Haddad G., Aïtcin P.-C. (2002): Crack-free high performance

concrete structures, Concr. Inter., V. 24, No.9, pp. 43–48

[11] Bílek V., Fiala C., Smolka H., Špalek R., Miklenda J.,

Horehleď J. (2011): Tenké zábradlí z vysokohodnotného vláknobetonu,

Sb. konf. 18. Betonářské dny 2011, ČBS Servis, ISBN 978-80-87158-30-2,

str. 369–374

Tab. 1 Složení betonu na bázi reaktivních práškových složek (RPC) pro lávku v kanadském

Sherbrooke l Tab. 1 Composition of concrete based on reactive powder components

(RPC) used for the footbridge in Sherbrooke, Canada

Složky Množství [kg/m3]

cement (typ II dle ASTM C 150) 705

voda 195

mikrosilika 230

písek 1 010

drcený křemen 210

ocelová vlákna 190

superplastifikátor (na bázi polysulphonátů) 19,8



Díky velmi vysoké pevnosti vysokohodnotného betonu je

možné ukázat, že RPC konstrukce splňují požadavky udr-

žitelného rozvoje lépe než podobné konstrukce z běžného

nebo vysokohodnotného betonu.

Rozšíření let iště Haneda v Tokiu

Přistávací a pojížděcí dráhy při rozšiřování letiště Haneda

jsou vybudovány nad mořem. Nosníky přistávací dráhy byly

prefabrikovány během roku a půl ze železobetonu s tlakovou

pevností 30 MPa s nasazením 145 dělníků. Stejná plocha

pojížděcí dráhy z prefabrikovaných desek z betonu na bázi

jemnozrnných reaktivních složek byla vyrobena za stejnou

dobu s nasazením jen 105 pracovníků s použitím Ductalu –

produktu pro přípravu RPC, registrovaného pod ochrannou

známkou firmou Lafarge.

Úspory plynoucí z toho, že rok a půl pracovalo o čtyřicet

pracovníků méně, bohatě kompenzovaly vyšší cenu Ductalu.

V Z D Ě L Á V Á N Í A T R A N S F E R Z N A L O S T Í

Profesor Aïtcin konstatuje: „Pamatuji si, jak mi před třice-

ti lety lidé ze stavebních firem v Quebecu říkali, že stavební

průmysl nepotřebuje pracovníky s inženýrskými nebo doktor-

skými tituly. Ovšem z šedesáti pěti inženýrů a doktorů, které

jsem během svého třicetipětiletého působení na Universitě

v Sherbrooke školil, pracují jen čtyři jako vysokoškolští učitelé

a všichni ostatní jsou v praxi. Jsou tam spokojení a úspěšní

a někteří dosáhli poměrně rychle vysokých postů. V sou-

časnosti je jeden z nich ředitelem a další zástupcem ředitele

ve stavebních společnostech.“

Tento trend směrem k větším technologickým znalostem

v praxi bude pokračovat, protože stavební průmysl bude

vyžadovat vzdělané pracovníky pro budoucí vývoj. Kromě

toho přechod končících studentů do stavebních firem zna-

mená transfer technologií mezi světem výzkumníků a světem

dodavatelů. Tím roste konkurence a soutěživost a zvyšuje se

udržitelnost rozvoje naší – tedy stavební infrastruktury.

Prof. Pierre-Claude Aïtcin

Department of CE

Université de Sherbrooke

Canada

Ing. Vlastimil Bílek, Ph.D.

ŽPSV, a. s.

Křižíkova 68, 660 90 Brno

e-mail: [email protected]

DESIGN YOUR CONCRETE

RECKLI GmbHMgr. Iveta Heczková · Gewerkenstr. 9a · 44628 Herne · Germany · Tel. +49 2323 1706-26 · Fax +49 2323 1706-50Mobile DE: +49 151 61339553 · Mobile CZ: +420 724 888 718 · www.reckli.de · [email protected]

RECKLI Strukturní matricepro všechny oblasti betonových staveb

Jak pro prefabrikáty, tak pro monolitní stavby.

Vyžádejte si náš katalog a obrázkové publikace s referencemi.



Současná technologie umožňuje výrobu vysokopevnostní-

ho betonu charakteristické pevnosti až 100 MPa bez pod-

statných problémů. V našich projektech se snažíme využívat

inherentní vlastnosti vysokopevnostního betonu, kterými jsou

nejen vysoká pevnost v tlaku a tahu, ale také vyšší modul

pružnosti a mrazuvzdornost. Protože prvky z vysokopevnost-

ního betonu mají, v porovnání s betonem normální pevnosti,

menší duktilitu, snažíme se zvýšit duktilitu řádným příčným

vyztužením – ovinutím. Tam, kde to není možné, jsme velmi

opatrní při využívání vysoké pevnosti.

U konstrukcí, které jsou převážně namáhány ohybem, vyu-

žíváme vysokopevnostní beton tehdy, pokud potřebujeme

redukovat konstrukční výšku anebo omezit dlouhodobé

deformace od dotvarování betonu. Je však zřejmé, že vyso-

kopevnostní beton může být nejlépe využit u převážně tla-

kově namáhaných konstrukcí, to je u sloupů, vzpěr a pylo-

nů. Zajímavé aplikace také představují betonové mostovky

samokotvených visutých a zavěšených konstrukcí, které jsou

namáhané nejen ohybem, ale i velkým tlakem.

Vysokopevnostní beton je také ideální materiál pro skořepiny,

oblouky a pro předpjatý pás [1]. To je zřejmé z obr. 1a , který

ukazuje trajektorie hlavních napětí v rovnoměrně zatíženém

prostém nosníku. Maximální namáhání vzniká jen uprostřed

rozpětí a jenom v horních a dolních vláknech. Nosník má

mnoho „mrtvé“ váhy, která nepřispívá k přenosu účinků vněj-

šího zatížení. Je zřejmé, že tak plýtváme kvalitním materiálem.

Pokud chceme redukovat tíhu nosníku, musíme co možná

nejvíce redukovat jeho nenosnou, „mrtvou“ váhu a co možná

nejvíce využít tahovou a tlakovou únosnost konstrukčních

prvků. Z nosníku tak dostaneme visutý kabel nebo oblouk,

v kterém je vodorovná síla přenášena vzpěrou anebo táhlem,

obr. 1b . Jsou-li základy schopny přenášet vodorovnou sílu,

lze vzpěru anebo táhlo nahradit tuhými základy, obr. 1c .

Tlakovou únosnost vysokopevnostního betonu lze také využít

u tažených konstrukcí tvořených přímo pocházenými kabe-

ly. Abychom mohli tyto konstrukce využít, musíme je ztužit,

KO N S T R U KC E V Y U Ž Í VA J ÍC Í V Y S O KO -P E V N O S T N Í B E TO N | S T R U C T U R E S U T I L I Z I N G H I G H -S T R E N GT H C O N C R E T EJ I Ř Í S T R Á S K Ý

Konstrukce z vysokopevnostního betonu jsou popsány s hlediska jejich architektonického a konstrukčního řešení i tech-

nologie jejich výstavby. Popsané konstrukce využívají inherentní vlastnosti vysokopevnostního betonu, kterými jsou nejen

vysoká pevnost v tlaku a tahu, ale také vyšší modul pružnosti a mrazuvzdornost. U konstrukcí namáhaných převážně

ohybem je vysokopevnostní beton navržen tehdy, kdy je nutno redukovat konstrukční výšku anebo omezit dlouhodobé

deformace. Vysokopevnostní beton je však zejména využit u konstrukcí anebo konstrukčních prvků namáhaných normá-

lovou silou, to je u oblouků, skořepin, předpjatého pásu, vzpěr a pylonů. | Structures from high-strength concrete are

described in terms of their architectural and structural solution and technology of their erection. The described structures

utilize inherent qualities of high-strength concrete, which are not only their high compression and tension strength, but

also higher modulus of elasticity and frost resistance. Structures stressed primarily by bending are designed from high-

-strength concrete when it is necessary to reduce the structural depth or decrease the long-term deformations. However,

high-strength concrete is mainly utilized in structures or structural members primarily stressed by normal force that is in

arches, shells, stress ribbons, struts and pylons.

Obr. 1 Oblouk a lano l Fig. 1 Arch and cable

Obr. 2 Ztužení lana l Fig. 2 Cable stiffening

Obr. 3 Ztužení předpjatého pásu l Fig. 3 Stress ribbon stiffening

Obr. 1 Obr. 2 Obr. 3



obr. 2a . Je všeobecně známo, že kabely mohou být ztuženy

zatížením stálým, obr. 2b , vnějšími kabely opačné křivos-

ti, obr. 2c , nebo vytvořením betonového předpjatého pásu,

jehož ohybová tuhost zajistí roznos zatížení a stabilitu tvaru,

obr. 2d .

Výhoda ztužení kabelu předpjatým pásem je zřejmá z obr. 3 ,

v kterém je porovnána deformace konstrukce ztužené zatí-

žením stálým (a) a betonovým pásem (b). Počáteční stav

obou konstrukcí je totožný. Z obrázku je zřejmé, že maximál-

ní deformace konstrukce tvořené předpjatým pásem je jen

48 % deformace konstrukce ztužené zatížením stálým. Rozdíl

mezi deformací konstrukce vyztužené soudržnými (bon-

ded) a nesoudržnými (unbonded) kabely je zanedbatelný.

S ohledem na omezení trhlin je však nutné pás předepnout.

Hodnota předpětí se volí tak, aby při maximálním zatížení

v pásu nevznikl tah a tlakové napětí od předpětí nepřevýšilo

jeho přípustné hodnoty.

U konstrukcí velkých rozpětí je tahové napětí od provozní-

ho zatížení a tomu odpovídající hladina předpětí příliš velká.

Proto, abychom udrželi rozumné rozměry předpjatého pásu,

je vhodné ho navrhnout z vysokopevnostního betonu.

Možnosti vysokopevnostního betonu jsou demonstrovány

na dále uvedených příkladech konstrukcí. Jejich podrobný

popis je uveden v publikacích [2] až [15].

K O N S T R U K C E P Ř E V Á Ž N Ě N A M Á H A N É

O H Y B E M

Prefabrikované nosníky

Na dálnici D1 byly v letech 2003 až 2007 postaveny tři mosty,

jejichž nosné konstrukce byly sestaveny z prefabrikovaných

nosníků a spřažené mostovkové desky. Konstrukce byly navr-

ženy tam, kde bylo nutno přenést velká zatížení anebo bylo

nutné postavit konstrukci co možná nejmenší stavební výšky.

Poprvé byly navrženy pro přemostění potoka, polní cesty

a biokoridoru u Brněnských Ivanovic [2]. Protože v místě

křížení má dálniční násyp výšku 14 m, byla navržena přesy-

paná konstrukce. S ohledem na velmi špatné geotechnické

podmínky, charakterizované dlouhodobými deformacemi

základové půdy, bylo nutno navrhnout konstrukci, která není

citlivá na rozdílné sedání opěr a pilířů. Proto byla navržena

staticky určitá konstrukce sestavená z prefabrikovaných nos-

níků délky 35,9 m, obr. 4 . Na opěrách jsou nosníky ztuženy

diafragmaty, které současně tvoří koncové stěny. Nosníky

jsou uloženy na neoprenových ložiscích umístěných na níz-

kých opěrách. Opěry jsou založeny na násypu zpevněném

geomříží, který je založen na podloží zlepšeném štěrkopísko-

vými pilotami. 4,5 m vysoký násyp je vytvořen z polystyrenu.

Prefabrikované nosníky výšky 1,5 m jsou navrženy z vysoko-

pevnostního betonu C60/75, dva experimentální nosníky byly

navrženy z betonu C90/105. Spřažená deska tloušťky 0,22 m

byla zhotovena z betonu pevnosti C55/67.

Nosníky mají jednoduchý ⊥ tvar. Jsou sestaveny ze tří kon-

taktně vyráběných segmentů. Kontaktní spáry, které jsou při

předpínání vyplněny epoxidovým tmelem, jsou navrženy se

smykovými ozuby. V koncových průřezech, kde jsou kotveny

předpínací kabely, jsou stěny nosníku rozšířeny.

Stavba mostu byla zahájena na podzim roku 2003 a dokon-

čena byla na podzim 2005. Podobný most byl v roce 2007

postaven u Kroměříže.

Nosníky z vysokopevnostního betonu byly také využity v roce

2007 na úseku dálnice u Bělotína, kdy pro přemostění potoka

Velička, obr. 5 , bylo nutno navrhnout konstrukci s co možná

nejmenší stavební výškou. I u tohoto mostu byly nosníky

sestaveny ze tří dílů při stavbě podepřených montážními pod-

pěrami, obr. 6 .

M O S T P Ř E S Ř E K U M O R A V U A O B T O K

V O L O M O U C I

Stavba obtoku, který zlepšuje povodňovou situaci v městě

Obr. 4

Obr. 5

Obr. 6



Olomouc, vyvolala stavbu nového mostu [3]. Most je situován

v místě, kde se obtok odděluje od řeky. Proto konstrukce pře-

mosťuje jak řeku, tak i obtok. Protože most je situován v sou-

sedství historické tvrze, nebylo možné postavit konstrukci

s nosným prvkem situovaným nad mostovkou. S ohledem

na úroveň hladiny velké vody a výšku navazujících komunikací

musela být nosná konstrukce co nejštíhlejší, obr. 7 . Pro ome-

zení dlouhodobých deformací bylo navrženo předpětí tak,

aby vyrovnalo účinky zatížení stálého. S ohledem na malou

konstrukční výšku však byla hladina předpětí velmi vysoká.

Proto byla nosná konstrukce navržena z vysokopevnostního

betonu C60/75.

Obr. 4 Most Brněnské Ivanovice l Fig. 4 Brněnské Ivanovice Bridge

Obr. 5 Most přes potok Velička l Fig. 5 Velicka Creek Bridge

Obr. 6 Prefabrikované nosníky l Fig. 6 Precast girders

Obr. 7 Most Olomouc l Fig. 7 Olomouc Bridge

Obr. 8 Mostovka mostu Olomouc l Fig. 8 Olomouc Bridge deck

Obr. 9 Most Olomouc l Fig. 9 Olomouc Bridge

Fig. 10 Most Olomouc l Fig. 10 Olomouc Bridge

Fig. 11 Most Olomouc l Fig. 11 Olomouc Bridge

Obr. 7

Obr. 8

Obr. 10

Obr. 9

Obr. 11



Most o dvou polích je tvořen spojitým nosníkem proměnné

výšky, který je vetknut do koncových opěr. Zatímco pře-

mostění řeky je kolmé, křížení s kanálem je šikmé. Proto má

střední široký pilíř lichoběžníkový půdorys. Světlost polí je

54,8 a 27,3 m.

Mostovka pole přes řeku má dvoutrámový průřez; trámy mají

proměnnou výšku a šířku, která se směrem od středu mostu

k opěrám spojitě rozšiřuje, obr. 8 . Mostovka nad obtokem má

plný deskovitý průřez proměnné výšky.

Na okrajích je mostovka ztužena okrajovými nosníky vystu-

pujícími nad vozovku. V nosnících jsou převážně situová-

ny předpínací kabely s uspořádáním odpovídajícím prů-

běhu ohybových momentů. Na vnějších konzolách jsou

situovány inženýrské sítě a chodníky. Protože konzoly

jsou rozděleny příčnými spárami, nepřispívají k přenosu

zatížení.

Most je založen na vrtaných pilotách. Aby byl umožněn

pohyb konstrukce od objemových změn, jsou piloty v horní

části zeslabeny. Piloty krajní opěry, v které je kotveno větší

rozpětí, jsou doplněny zemními kotvami. Protože tyto kotvy

jsou předepnuty, jsou piloty vždy tlačeny.

Most byl betonován v bednění podporovaném ocelovou pří-

hradovou skruží s jednou podporou v řece. Stavba mostu

začala v roce 2006 a byla ukončena na podzim roku 2007,

obr. 9 , obr. 10 a obr. 11 .

K O N S T R U K C E S T L A Č E N Ý M I

K O N S T R U K Č N Í M I P R V K Y – O B L O U K Y ,

V Z P Ě R A M I A P Y L O N Y

Most přes řeku Wil lamette, Eugene, Oregon, USA

V univerzitním městě Eugene přechází dálnice I-5 přes řeku,

místní komunikace a železnici po východním a západním

mostě délek 604,9 a 536,1 m [4]. Mosty nahrazují původ-

ní mosty postavené v padesátých letech minulého století.

Výsledné uspořádání vyplynulo z rozsáhlých architektonic-

kých, konstrukčních a ekonomických studií, které prokáza-

ly, že betonová oblouková konstrukce představuje optimální

řešení z hlediska estetiky i ceny. Ukázalo se, že vhodně navr-

žená oblouková konstrukce může být dokonce levnější než

trámová konstrukce betonovaná letmo.

Hlavní mosty přemosťující řeku jsou tvořeny spojitou oblouko-

vou konstrukcí o dvou polích délek 118,88 a 126,79 m a vze-

pětí 16,764 a 18,002 m, obr. 12 . Oblouky obou mostů jsou

tvořeny dvojicí žeber, která podpírají dvoutrámovou mostovku

šířky 20,47 m, obr. 13 . Osová vzdálenost obloukových žeber

je 14,33 m. Dvoutrámová mostovka je ve vzdálenostech

3,353 až 3,696 m ztužena příčníky. Oblouková žebra přechá-

zí ve středu mostu v trámy. Mezilehlé sloupy obdélníkového

průřezu jsou situovány ve vzdálenostech 13,106 až 15,392 m,

obr. 14 . Trámy, mostovková deska, oblouky a podpěry jsou

Obr. 12

Obr. 13 Obr. 14



železobetonové, příčníky, které jsou při stavbě osazovány

jako prefabrikáty, jsou předem předpjaté.

Oblouková žebra mají konstantní šířku 2,134 m, jejich výška

je proměnná, od 1,895 m v patce do 1,235 m v místě spo-

jení s mostovkou. Žebra nejsou spolu vzájemně spojena,

jejich příčná stabilita je dána rámovým spojením s podpěra-

mi vetknutými do široké mostovky. Zatímco oblouková žebra

jsou spojitá přes dvě pole, mostovka je nad vnitřní podpěrou

a u přilehlých polí oddilatována. Trámy jsou rámově spojeny

s dvojicemi sloupů. Vodorovná síla je do skalního podloží pře-

nášena dvakrát dvěma pilotami průměru 2,4 m.

Návrh obloukové konstrukce byl ovlivněn dvěma protichůd-

nými hledisky. Na jedné straně musely být oblouky co nejštíh-

lejší, aby co možná nejvíce omezily statické účinky od návr-

hového seismického zatížení, na druhou stranu musely být

dostatečně tuhé, aby zajistily bezporuchový provoz. Výsledné

řešení je kompromisem obou požadavků. Aby mohla být kon-

strukce štíhlá, jsou oblouková žebra navržena z vysokopev-

nostního betonu charakteristické válcové pevnosti 65 MPa.

Žebra jsou dále silně vyztužena podélnou výztuží dostatečně

svázanou hustou příčnou výztuží zajišťující jejich duktilitu.

Mosty se staví na pevné skruži. Po dokončení západního

mostu v červnu 2011 byl na něj převeden veškerý provoz

a prozatímní most byl demolován. Nyní se dokončuje východ-

ní most.

Nadjezd nad rychlostní komunikací R35

u Olomouce

Most je tvořen vzpěradlovým rámem o třech polích

10,1 + 30 + 19,5 m, obr. 15 až obr. 17 , [5]. Šikmé vzpěry jsou

tvořeny dvojicí prefabrikovaných prvků konstantní šířky a pro-

měnné výšky od 0,5 do 0,7 m. Protože základy šikmých vzpěr

jsou spojeny s koncovými příčníky tlačenými šikmými prvky,

tvoří most samokotvený konstrukční systém, který zatěžuje

základy jen svislými silami. Protože vzpěry jsou namáhány

velkými tlakovými silami, jsou navrženy z vysokopevnostního

betonu C60/75.

Obr. 12 Most Willamette River l Fig. 12 Willamette River Bridge

Obr. 13 Most Willamette River – konstrukce l Fig. 13 Willamette River Bridge

– structure

Obr. 14 Most Willamette River – konstrukce l Fig. 14 Willamette River

Bridge – structure

Obr. 15 Nadjezd nad komunikací R35 l Fig. 15 Overpass across R35 road



Obr. 15

Obr. 17 Obr. 16



Most přes Lochkovské údolí

Most přes Lochkovské údolí je situován na silničním okruhu

kolem Prahy, v úseku spojujícím dálnici D1 s dálnicí D5. Most

celkové délky 425,3 m přechází přes údolí ve výšce 65 m, [6].

Konstrukci mostu tvoří vzpěradlový rám s rozpětím 157,103 m,

obr. 18 .

Nosná konstrukce má pět polí s rozpětími 70 + 79,8 + 99,3

+ 93,8 m + 80,5 m. Mostovka šířky až 35,425 m je tvořená

spřaženým nosníkem sestaveným z ocelového koryta a beto-

nové mostovkové desky, obr. 19 .

Spodní stavba a diafragmata přenášející namáhání z ocelo-

vých prvků do skloněných pilířů jsou z betonu. Nosnou kon-

strukci tvoří spřažený jednokomorový nosník s velmi vylože-

nými konzolami sestavený z ocelového koryta a betonové

desky. Šířka mostovky je proměnná od 33,6 do 53,425 m,

výška nosníku v ose mostu je 4,8 m.

Svislé pilíře jsou tvořeny dvěma sloupy plného obdélníkového

průřezu 4 x 2,8 m, které jsou vzájemně spojeny příčně přede-

pnutými příčlemi. Skloněné pilíře délek 52,5 m jsou tvořeny

dvojicemi vzpěr komorového průřezu konstantní šířky 4,05 m

a proměnné výšky od 3,4 do 5,3 m. Vzpěry jsou po 5 m

vyztuženy prefabrikovanými diafragmaty. Síly ze vzpěr jsou

přenášeny do základů zesílenými plnými průřezy.

V horní části pilířů jsou vzpěry vzájemně spojeny hlavicemi,

které jsou svázány s podporovými příčníky nosníku. S ohle-

dem na koncentrace namáhání, které vzniká v místě spoje-

ní ocelového nosníku s betonovými vzpěrami, jsou hlavice

navrženy z vysokopevnostního betonu C50/60 a jejich příčné

deformace jsou omezeny podélným a příčným předpětím.

Vlastní spojení hlavic pilířů s ocelovými stěnami a přírubami

s betonovými příčníky je provedeno prostřednictvím předpí-

nacích tyčí, spřahovacích trnů, spřahovacích lišt a betonář-

ské oceli.

Zatímco opěry a svislé podpěry byly postaveny tradičně,

skloněné pilíře byly postupně betonovány v konzolách začí-

najících u jejich základů. Pilíře byly betonovány po 2,5 m

dlouhých segmentech v betonářských vozících zakotvených

v již vybetonovaných segmentech. Statické účinky v monto-

Obr. 18

Obr. 19

Obr. 20



vaných konzolách byly redukovány montážními kabely zakot-

venými v dočasných základech se skalními kotvami.

Most byl uveden do provozu v roce 2010, obr. 20 .

Most přes Rybný potok

U hranic s Německem přechází dálnice D8 přes hluboké

údolí Rybného potoka po mostě délky 356 m, obr. 21 , [7].

Most tvoří spojitý nosník o sedmi polích s rozpětími od 34

do 58 m. Nosnou konstrukci mostu šířky 30,5 m tvoří poměr-

ně úzký komorový nosník s velmi vyloženými příčně pře-

depnutými konzolami zhotovený z betonu C35/45, obr. 22 .

Konzoly jsou po 4 m podpírány prefabrikovanými vzpěrami

o rozměrech 0,4 x 0,5 m. Nosná konstrukce je v podélném

směru předepnuta vnitřními soudržnými a volnými nesoudrž-

nými kabely. Prefabrikované vzpěry byly navrženy z vysoko-

pevnostního betonu C60/70. Most byl postupně betonován

po segmentech délky 30 m a následně vysouván do projek-

tované polohy.

Most byl uveden do provozu v roce 2007, obr. 23 .

Zavěšený most přes řeku Odru a Antošovické

jezero

Dálnice D47 přechází u Ostravy po mostě délky 605 m přes

řeku Odru a přes Antošovické jezero [8]. S ohledem na vede-

ní trasy a plavební profil plánovaného plavebního kanálu bylo

nutno navrhnout konstrukci s minimální stavební výškou.

Protože most je situován v krásné rekreační oblasti, bylo

nutno navrhnout estetickou konstrukci. Z tohoto důvodu byla

přijata konstrukce zavěšená v ose mostu na jediném pylonu,

obr. 24 , obr. 27 a obr. 30 .

Most tvoří dva souběžné mosty, které jsou v zavěšených

polích vzájemně spojeny a zavěšeny na jediném pylonu situo-

vaném v ose mostu. Rozpětí polí je od 21,5 do 105 m, pylon

má výšku 46,81 m. Závěsy mají semi-radiální uspořádání;

v mostovce jsou kotveny po 6,07 m, v pylonu po 1,2 m.

Nosnou konstrukci každého mostu tvoří dvoukomorový nos-

ník výšky 2,2 m bez tradičních konzol. Spodní desky obou

Obr. 18 Most Lochkov l Fig. 18 Lochkov Bridge

Obr. 19 Most Lochkov – konstrukce l Fig. 19 Lochkov Bridge – structure

Obr. 20 Most Lochkov l Fig. 20 Lochkov Bridge

Obr. 21 Most Rybný potok l Fig. 21 Rybny potok Bridge

Obr. 22 Most Rybný potok – konstrukce l Fig. 22 Rybny potok Bridge – structure

Obr. 23 Most Rybný potok l Fig. 23 Rybny potok Bridge

Obr. 22

Obr. 21 Obr. 23



komor jsou skloněny a v ose nosníků jsou zakřiveny. V zavě-

šených polích jsou komorové nosníky vzájemně spojeny příč-

ně předepnutou mostovkovou deskou vybetonovanou mezi

nosníky a osamělými vzpěrami umístěnými v místě závěsů,

obr. 25 . Závěsy jsou kotveny v kotevních blocích situovaných

ve spojující desce. Prefabrikované vzpěry, kloubově spojené

s nálitky komorových nosníků, spojují spodní zakřivené části

nosníku a spolu se skloněnými deskami tvoří čistý příhradový

systém přenášející sílu ze závěsu do stěn nosníků. Mezi kot-

vami závěsů jsou ve spojující desce navrženy kruhové otvory.

Mostovka je spojena s pylonem horní deskou. Smykové síly

jsou přeneseny z žeber do pylonu skloněnými kabely, které

příčně předpínají podporové příčníky. Ve spojení je příč-

ný ohyb přenášen dodatečně předepnutou horní deskou

a vzpěrami situovanými po obou stranách pylonu, obr. 26 .

S ohledem na velké namáhání byly vzpěry navrženy z vyso-

kopevnostního betonu C60/75.

Pylon je tvořen ocelovým jádrem osmiúhelníkového průřezu

spřaženým s vnějším betonovým pláštěm. Uvnitř jeho horní

části jsou kotveny závěsy, spodní část je vyplněna betonem.

Pylon má konstantní tloušťku 3 m; jeho šířka pod mostovkou

je 4,1 m, nad mostovkou je 2,4 m. Pylon je navržen z vyso-

kopevnostního betonu C60/75. Pro závěsy je použit systém

VSL SSI 2000. Závěsné kabely jsou sestaveny z 55 až 91 lan

Obr. 24

Obr. 25

Obr. 26 Obr. 27



průměru 15,7 mm. Pasivní kotvy jsou v pylonu, aktivní kotvy

jsou v mostovce.

Mostovka byla betonována po polích v bednění zavěšeném

na dvou výsuvných skružích situovaných nad mostovkou.

S ohledem na rozpětí skruží bylo nutno v zavěšených polích

postavit montážní podpěry. Nejdříve byl postupně beto-

nován pravý most a po dokončení jeho prvních šesti polí

začala postupná betonáž levého mostu. Jakmile byla vybe-

tonována pole přilehlá k pylonu, bylo smontováno ocelové

jádro pylonu a postupně vybetonovány jeho vnitřní a vnější

části. Současně byly montovány vzpěry mezi nosníky a byla

betonována a příčně předepnuta horní deska mezi nosníky.

Potom byly smontovány a napnuty závěsné kabely. Následně

byly demontovány dočasné podpěry.

Most byl uveden do provozu v roce 2007, obr. 28

a obr. 29 .

M O S T O V K Y S A M O K O T V E N Ý C H V I S U T Ý C H

A Z A V Ě Š E N Ý C H K O N S T R U K C Í

Lávka přes Harbor Drive, San Diego, Kal i fornie,

USA

V březnu 2011 byla v kalifornském San Diegu otevřena

lávka pro pěší, která převádí pěší dopravu přes příměstskou

železnici, tramvajovou dráhu a komunikaci Harbor Drive [9].

Lávka spojuje nový Baseballový stadion situovaný směrem

ke středu města s garážemi, hotelem Hilton a Kongresovým

centrem, které jsou umístěny poblíž zátoky oceánu. S ohle-

dem na prominentní polohu požadoval investor, aby kon-

strukce vytvářela významnou dominantu a lávka měla neob-

vyklé architektonické a konstrukční řešení, obr. 31 , obr. 33

a obr. 34 .

Z řady navržených alternativ se investor se rozhodl pro půdo-

rysně zakřivenou konstrukci s mostovkou zavěšenou jen

na vnitřním okraji na visutém kabelu o dvou polích. Kabely

jsou podporovány skloněným pylonem vztyčeným v prosto-

ru mezi železnicí a silnicí. Na mostovku po obou stranách

Obr. 24 Most přes Odru l Fig. 24 Odra River Bridge

Obr. 25 Most přes Odru – konstrukce l Fig. 25 Odra River Bridge – structure

Obr. 26 Most přes Odru – konstrukce l Fig. 26 Odra River Bridge – structure





Obr. 28 Obr. 29

Obr. 30



navazují schodiště. Pro handicapované jsou navrženy výtahy,

jeden v garážích, druhý na parkovišti u stadionu.

Mostovku tvoří půdorysně zakřivený betonový nosník o třech

polích s rozpětími 13,54 + 107,6 + 21,97 m, který je vetknut

do krajních opěr. Poloměr zakřivení v ose chodníku je 176,8 m.

Nosník je nad vnitřními podpěrami výškově zalomen. V kraj-

ních polích má nosník plný průřez a vytváří schodiště, v hlav-

ním zavěšeném poli, má nesymetrický komorový průřez.

Komorový nosník výšky 0,914 m a šířky 5,988 m je tvo-

řen komorou s jednostranně vyloženou konzolou, obr. 32 .

Těžiště nosníku je tak situováno co nejblíže k jeho vnitřnímu

okraji. Aby mohl být nosník co neštíhlejší, je navržen z vysoko-

pevnostního betonu charakteristické válcové pevnosti 60 MPa.

Mostovka je předepnuta vnitřními kabely vedenými v horní

desce a vnějším radiálním kabelem vedeným v madle zábra-

dlí. Kabel, který je tvořen devatenácti 0,6“ lany zainjektova-

nými v trubce průměru 219 mm, je kotven v ocelovém sedle

situovaném nad vnitřními podpěrami. Kabel se zde překrývá

s vnitřními kabely předpínajícími krajní schodišťové nosníky.

39,8 m vysoký pylon je skloněn pod úhlem 59,6°. Jeho čoč-

kovitý průřez má konstantní šířku 1,78 m a proměnnou výšku

od 4,27 do 1,59 m. Pylon je kotven dvěma vnějšími kabely

a je předepnut vnitřními soudržnými kabely postupně kot-

venými a napínanými v pracovních spárách. Jak vnější, tak

i vnitřní kabely jsou kotveny v základu pylonu, který je založen

na čtyřech vrtaných pilotách průměru 2,13 m a délky 33 m.

Piloty jsou doplněny dvanácti zemními kotvami napnutými

tak, aby piloty byly od zatížení stálého namáhány rovnoměr-

ným tlakem. Vnitřní podpěry čočkovitého průřezu jsou rámo-

vě spojeny s mostovkou. Schodišťové nosníky jsou vetknuty

do krajních opěr, které tvoří kotevní bloky visutých a předpí-

nacích kabelů. Vnitřní podpěry i krajní opěry jsou založeny

na vrtaných pilotách.

Lávka přes dálnici D1 u Bohumína

Lávka převádí pěší a cyklistickou dopravu přes dálnici D1, sil-

nici I/67 a upravené koryto potoka Bajčůvky, obr. 35 a obr. 36 ,

[10]. Lávka celkové délky 115,26 m má dvě pole s rozpětí-

mi 54,94 + 58,29 m. Její osa je ve vrcholovém zakružova-

cím oblouku s poloměrem 500 m a ve výrazném půdorys-

ném oblouku s poloměrem 220 m. Mostovka celkové šířky

7,6 m je tvořena páteřním nosníkem vystupujícím nad povrch

komunikací a tvořícím přirozené rozhraní mezi částí pro pěší

a cyklisty, obr. 37 . Chodník šířky 2,25 m a cyklostezka šířky

3 m jsou vedeny po oboustranných konzolách. Aby nosník

nebyl namáhán kroucením, je delší konzola vylehčena kaze-

tou, obr. 38 . Aby mohla být mostovka co nejštíhlejší, je navr-

žena z vysokopevnostního betonu C55/67.

Mostovka je zavěšena na středním pylonu tvaru písme-

ne V prostřednictvím mnohonásobných závěsů semi-radiál-

Obr. 31 Obr. 32

Obr. 34Obr. 33



Obr. 31 Lávka Harbor Drive l Fig. 31 Harbor Drive Pedestrian Bridge

Obr. 32 Lávka Harbor Drive – konstrukce l Fig. 32 Harbor Drive Pedestrian Bridge

– structure



Obr. 35 Lávka Bohumín l Fig. 35 Bohumin Pedestrian Bridge


Obr. 37 Lávka Bohumín – konstrukce l Fig. 37 Bohumin Pedestrian Bridge –

structure

Obr. 38 Lávka Bohumín – kazety l Fig. 38 Bohumin Pedestrian Bridge – waffle

slab


Obr. 35

Obr. 36

Obr. 39

Obr. 37

Obr. 38



ního uspořádání. Pylon je ocelový, vyplněný betonem. Most

tvoří integrální konstrukční systém, v kterém je mostovka

rámově spojena s pylonem a vetknuta do krajních opěr.

Protože v půdoryse konstrukce působí jako oblouk vetknutý

do krajních opěr, vyvolávají objemové účinky změnu jeho vze-

pětí. Aby bylo namáhání pylonu co nejmenší, je pylon v příč-

ném směru co nejštíhlejší.

Zavěšení mostovky na ocelobetonový pylon je realizováno

sedmnácti symetrickými páry lanových závěsů. Jsou tvoře-

ny uzavřenými lany systému Pfeifer. Ocelobetonový pylon

tvaru písmene V má výšku 25,4 m a je tvořen dvojicí ocelo-

vých komůrkových průřezů 600 x 800 mm vyplněných beto-

nem. Spojení pylonu s mostovkou je rámové. Most je založen

na velkoprůměrových pilotách průměru 900 mm. Spodní

stavbu tvoří krajní opěry integrované s nosnou konstrukcí

a dvoustupňový základový blok pylonu. Mostovka byla beto-

nována na pevné skruži navržené tak, aby umožnila její příčný

pohyb vyvolaný napínáním závěsů.

Lávka byla uvedena do provozu v roce 2011, obr. 39 .

L Á V K Y P R O P Ě Š Í S M O S T O V K O U

T V O Ř E N O U P Ř E D P J A T Ý M P Á S E M N E B O

P L O C H Ý M O B L O U K E M

Lávka v Českém Krumlově

V roce 2007 vypsalo město Český Krumlov konstrukčně

architektonickou soutěž na návrh přemostění hlubokého

údolí oddělujícího sídliště Mír od nádraží a středu města. Pro

další zpracování projektové dokumentace vybralo město náš

návrh. Ukázalo se, že přemostění nejlépe vyhovuje konstruk-

ce z předpjatého pásu s poměrně velkým rozpětím 167,8 m,

obr. 40 . Pro konstrukci je charakteristický proměnný podélný

sklon přibližně odpovídající tvaru paraboly druhého stupně.

Aby mohli lávku používat i spoluobčané se sníženou pohyb-

livostí, je parabola velmi plochá; maximální průvěs uprostřed

rozpětí je jen 2,685 m.

Vzhledem k této geometrii je vodorovná síla, která namáhá

předpjatý pás, mimořádně velká. S ohledem na její omezení

má předpjatý pás co možná nejmenší rozměry a je navržen

z vysokopevnostního betonu C90/105. I přes to dosahuje

vodorovná síla velikosti až 60 MN.

Aby byla zajištěna stabilita konstrukce ve vodorovném směru,

je ztužena dvěma vnějšími horizontálními parabolickými kabely.

Předpjatý pás je sestaven z prefabrikovaných segmentů, které

jsou zavěšeny a předepnuty kabely situovanými v rýhách kraj-

ních nosníků. Každý segment je tvořen okrajovými nosníky

a mostovkovou deskou a ve spárách je ztužen diafragmaty.

Lávka pro pěší přes rychlostní komunikaci R35

u Olomouce

Lávka spojuje historické město Olomouc s rekreační oblastí

situovanou za novou rychlostní komunikací [11]. Lávku tvoří

předpjatý pás o dvou polích, který je podepřen obloukem

s rozpětím 64 m, obr. 41 . Předpjatý pás je vetknut do kotev-

ních bloků, které současně tvoří krajní opěry. Kotevní bloky

a základy oblouku jsou spolu spojeny prefabrikovanými kon-

covými vzpěrami.

Tvar a počáteční napětí v předpjatém pásu a oblouku byly

zvoleny tak, aby pro zatížení stálé a předpětí měla vodorovná

síla v předpjatém pásu a oblouku stejnou velikost. Protože

kotevní bloky předpjatého pásu jsou spojeny se základy

oblouku tlačenými vzpěrami, je vodorovná složka tahové síly

přenesena do oblouku. Proto konstrukce tvoří samokotve-

ný konstrukční systém, který namáhá základy jen svislými

silami. Moment vyvolaný dvojicí vodorovných sil je přenášen

momentem svislých sil vznikajících v kotevních blocích před-

pjatého pásu a základech oblouku.

Předpjatý pás délky 76,5 m je sestaven z prefabrikovaných

segmentů délky 3 m nesených a předepnutých dvěma vněj-

šími kabely, obr. 42 . Prefabrikované segmenty jsou z vysoko-

pevnostního betonu C70/85. Monolitický oblouk a koncové

vzpěry jsou z betonu C60/75. Ve středu mostu jsou předpja-

tý pás a oblouk vzájemně spojeny ocelovými hmoždinkami

přenášejícími smykové namáhání z pásu do oblouku. Patky

oblouku jsou založeny na vrtaných pilotách, krajní opěry

na mikropilotách.

Obr. 40



Most byl postaven v několika krocích. Po provedení zem-

ních prací a pilot byly smontovány koncové vzpěry a vybe-

tonovány krajní opěry. Oblouk byl vybetonován do bed-

nění podporovaného lehkou skruží. Když beton dosáhl

dostatečnou pevnost, byly smontovány a napnuty vnější

kabely. Potom byly na kabely osazeny prefabrikované seg-

menty, obr. 43 . Po úpravě napětí v kabelech byly vybe-

tonovány spáry mezi segmenty a po dosažení 80% pev-

nosti betonu spár byly kabely dopnuty na projektovanou

hodnotu.

Stavba mostu byla zahájena na podzim 2006, dokončena

byla na podzim roku 2007, obr. 44 .

Obr. 40 Lávka Český Krumlov l Fig. 40 Český Krumlov Pedestrian Bridge

Obr. 41 Lávka Olomouc l Fig. 41 Olomouc Pedestrian Bridge

Obr. 42 Lávka Olomouc – konstrukce l Fig. 42 Olomouc Pedestrian Bridge –

structure

Obr. 43 Lávka Olomouc – prefabrikovaný segment l Fig. 43 Olomouc Pedestrian

Bridge – precast segment

Obr. 44 Lávka Olomouc l Fig. 44 Olomouc Pedestrian Bridge

Obr. 41

Obr. 42

Obr. 43 Obr. 44



Lávka pro pěší přes řeku Svratku v Brně

Lávka pro pěší spojuje nově budované obchodní centrum

(Spielberk Office Centre) se starým centrem města [12]. Je

situována v blízkosti nového mezinárodního hotelu a prestiž-

ních kancelářských budov. V blízkosti mostu stojí starý více-

polový obloukový most s pilíři umístěnými v řece. Bylo zřejmé,

že nový most by měl být také tvořen obloukovou konstrukcí,

avšak se smělým rozpětím bez podpěr v řece. S ohledem

na špatné geologické podmínky by tradiční oblouková kon-

strukce, která vyžaduje přenesení velkých vodorovných sil,

byla příliš drahá. Proto byla navržena samokotvená konstruk-

ce tvořená obloukem a předpjatým pásem, obr. 45 a obr. 47 .

Jak předpjatý pás, tak i oblouk jsou sestaveny z prefabrikova-

ných segmentů z vysokopevnostního betonu a byly na místě

sestaveny bez montážních podpěr. Hladké křivky, které jsou

charakteristické pro konstrukce z předpjatého pásu, umožnily

také jemné navázání mostovky na obou březích.

Mostovku mostu tvoří předpjatý pás podepřený plochým

obloukem, obr. 46 . Protože předpjatý pás a plochý oblouk

jsou vetknuty ve společných koncových opěrách, konstrukce

tvoří samokotvený systém, který namáhá základy jen svislý-

mi silami. Poněvadž nábřeží jsou tvořena starými kamennými

zdmi, jsou opěry situovány za těmito zdmi. Opěry jsou pode-

přeny dvojicemi vrtaných pilot. Koncové opěry působí jako

Obr. 45

Obr. 46

Obr. 47 Obr. 48



tlakové vzpěry přenášející tahovou sílu z předpjatého pásu

do tlačeného oblouku.

Oblouk má rozpětí L = 42,9 m, vzepětí f = 2,65 m a poměr vze-

pětí k rozpětí f/L = 1/16,19. Oblouk je tvořen dvěma větvemi,

které mají proměnnou vzdálenost a spojují se v patce oblouku.

43,5 m dlouhý předpjatý pás je sestaven z prefabrikovaných

segmentů délky 1,5 m. Ve střední části mostu je pás podporo-

ván nízkými stěnami proměnné výšky. Oblouk a předpjatý pás

jsou vzájemně spojeny ocelovými hmoždinkami přenášejícími

smykové namáhání z pásu do oblouku. Předpjatý pás je nesen

a předepnut čtyřmi vnitřními kabely. Segmenty mají proměn-

nou tloušťku se zakřiveným podhledem. Oblouk a předpjatý

pás jsou z vysokopevnostního betonu C60/75.

Oblouk byl sestaven ze dvou obloukových segmentů, které

byly montážně zavěšeny na montážních kabelech zakotve-

ných v koncových opěrách, obr. 48 . Po vybetonování střední

spáry byly montážní kabely nahrazeny vnějšími kabely spo-

jujícími opěry. Následovala betonáž nízkých stěn a montáž

segmentů. Po osazení a napnutí kabelů získala konstruk-

ce navrženou geometrii. Následovalo odstranění vnějších

kabelů, vybetonování spár mezi segmenty a dopnutí kabelů

na požadované napětí. Tím získala konstrukce požadované

předpětí. Lávka byla postavena v roce 2007.

Lávka přes Johnson Creek, Oregon

Navrhovaná lávka je tvořena částečně samokotvenou visutou

konstrukcí s rozpětím 60,8 m, u které je tahová síla zachyce-

na tlakovou únosností přímopocházeného plochého oblouku

[13], obr. 49 . Plochý oblouk a visutý kabel jsou spolu vzájem-

ně spojeny vzpěrami tvaru písmene V zajišťujícími tvar kabe-

lu a přenos radiálních sil do oblouku. Jak plochý oblouk, tak

i kabel mají parabolický tvar; vzepětí oblouku 1,52 m je stejné,

jako je průvěsu kabelu. Mostovka je sestavena z prefabriko-

vaných segmentů a spřažené desky, v které jsou situovány

nosné kabely, obr. 50 . Aby konstrukce mohla být co nej-

úspornější, je mostovka z vysokopevnostního betonu charak-

teristické válcové pevnosti 60 MPa.

Popsaný most, bohužel, nebyl postaven. Protože jeho kon-

strukce byla navržena jako velmi úsporný konstrukční sys-

tém, rozhodli jsme se ji podrobně studovat a ověřit její cho-

vání na modelu postaveném v měřítku 1:10. Plochý oblouk

byl sestaven z prefabrikovaných segmentů a spřažené desky

C60/75, visutý kabel byl tvořen dvěma monostrandy průměru

15,5 mm. Vzpěry byly ocelové, úmyslně předimenzované, aby

neovlivnily únosnost základních nosných prvků.

Model byl postaven podobně jako navrhovaná konstrukce.

Mon táž byla vyvinuta z montáže konstrukcí z předpjatého

pá su. Nejdříve byly napnuty nosné kabely, které jsou situovány

ve spřažené části mostovky. Na kabely byly zavěšeny segmen-

ty s již osazenými ocelovými vzpěrami. Potom byly nataženy

a napnuty visuté kabely. Jejich napnutím se konstrukce vy -

zdvihla do projektované polohy. Byly vybetonovány spáry mezi

segmenty a spřažená deska. Dopnutím visutých kabelů byla

mostovka předepnuta a konstrukce získala potřebnou tuhost.

Konstrukce byla zkoušena pro tři polohy nahodilého zatížení

rozmístěného po celé délce, uprostřed a na jedné polovině

délky mostovky. Zkouška mezní únosnosti byla provedena

pro pozici nahodilého zatížení situovaného na jedné polovi-

Obr. 45 Lávka přes Svratku l Fig. 45 Svratka River Pedestrian Bridge

Obr. 46 Lávka přes Svratku – konstrukce l Fig. 46 Svratka River Pedestrian Bridge

– structure

Obr. 47 Lávka přes Svratku l Fig. 47 Svratka River Pedestrian Bridge

Obr. 48 Lávka přes Svratku – montáž obloukového segmentu l Fig. 48 Svratka

River Pedestrian Bridge – erection of the arch segment

Obr. 49 Lávka Johnson Creek l Fig. 49 Johnson Creek Pedestrian Bridge

Obr. 50 Lávka Johnson Creek – konstrukce l Fig. 50 Johnson Creek Pedestrian

Bridge – structure

Obr. 51 Lávka Johnson Creek – zkouška modelu l Fig. 51 Johnson Creek

Pedestrian Bridge – model test

Obr. 49

Obr. 50

Obr. 51



ně délky, obr. 51 . Konstrukce se porušila smykem v podélné

spáře mezi prefabrikovanými segmenty a monolitickou des-

kou při zatížení větším, než je zatížení mezní.

Půdorysně zakřivený plochý oblouk a předpjatý pás

V nedávné době bylo postaveno několik pozoruhodných

půdorysně zakřivených lávek pro pěší, které jsou na vnitř-

ním okraji zavěšeny na visutých anebo závěsných kabelech.

Půdorysně zakřivené konstrukce tvořené předpjatým pásem

anebo plochým obloukem však dosud nebyly realizovány.

Proto jsme se rozhodli tyto konstrukce studovat analyticky

a ověřit jejich chování na statickém modelu [13].

Půdorysně zakřivené konstrukce je vhodné navrhnout tak,

aby konstrukce nebyla od zatížení stálého kroucena. Jednou

z možností je doplnit průřez tuhými prvky tvaru L a zakot-

vit závěsy v jejich horní části. Geometrie kabelů se pak

navrhuje tak, aby závěsy směřovaly do středu krouce-

ní průřezu. Tento přístup byl zvolen při návrhu konstrukce

z předpjatého pásu. Konstrukci pásu tvoří zakřivená beto-

nová deska z vysokopevnostního betonu C70/85 doplněná

o zalomené ocelové L rámy podpírající desku. Horní části

rámů jsou spojeny trubkou, v které je veden vnější před-

pínací kabel zatěžující konstrukci radiálními silami. Svislá

složka radiálních sil vyrovnává zatížení stálé, horizontál-

Obr. 52

Obr. 53 Obr. 55

Obr. 54 Obr. 56



ní složka vyrovnává krouticí moment a zatěžuje konstruk-

ci vodorovnými radiálními silami. Protože pás je vetknut

do opěr, vyvolává tato složka v předpjatém pásu centrický

tlak.

Abychom omezili smyková namáhání od kroucení vyvola-

ného nahodilým zatížením, doplnili jsme konstrukci o torzně

tuhý prvek pětiúhelníkového řezu. Výsledné řešení je zřejmé

z obr. 52 až obr. 54 . Lávka s rozpětím 45 m je v půdorysném

oblouku s poloměrem 32,212 m. Maximální průvěs je 0,9 m,

podélný sklon u opěr je 7 %. Jak betonová deska, tak i ocelo-

vý nosník jsou vetknuty do kotevních bloků. Vnější kabely jsou

vedeny v madle zábradlí a jsou kotveny v koncových betono-

vých zídkách vetknutých do kotevních bloků. Vodorovná síla

je přenášena šikmými mikropilotami.

Podobně je navržena konstrukce tvořená plochým obloukem,

který je ve stejném půdorysném oblouku. Vzepětí oblouku

uprostřed rozpětí je 0,9 m, podélný sklon u opěr je 7 %.

Funkce obou konstrukcí jsme ověřili na statickém mode-

lu konstrukce postaveném v měřítku 1:6, obr. 55 . Abychom

omezili podélnou vodorovnou sílu, byl zakřivený pás zkoušen

společně s konstrukcí tvořenou zakřiveným plochým oblou-

kem podobného uspořádání.

Je zřejmé, že skutečná konstrukce může být postave-

na podobně. Vodorovná síla z předpjatého pásu může být

vyrovnána vodorovnou silou působící v plochém oblouku.

Tímto způsobem může být vytvořen velmi ekonomický kon-

strukční systém.

Obě konstrukce byly zkoušeny pro tři polohy nahodilého zatí-

žení a pro zatížení mezní. Nahodilé zatížení bylo umístěno

na levou polovinu konstrukce, na pravou polovinu a následně

na celou délku mostovky. Naměřené deformace a poměr-

ná přetvoření byly v dobré shodě s výsledky statické analý-

zy. Na závěr byl model zatížen mezním krouticím zatížením

situovaným po celé délce obou konstrukcí, obr. 56 . Zkoušky

potvrdily, že obě konstrukce mají dostatečný stupeň bezpeč-

nosti. Vysokopevnostní betonu umožnil návrh lehké a trans-

parentní prostorové konstrukce.

S K O Ř E P I N O V É A M E M B R Á N O V É

K O N S T R U K C E

Správně navržená skořepinová konstrukce má tzv. výsledni-

cový tvar, tzn. že má tvar, který zajistí, že od zatížení stálé-

ho je namáhaná jen tlakem. S ohledem na povahu zatížení

jsou mostní skořepinové konstrukce navrhovány jen zřídka.

Vzhledem k zatěžování mostů těžkými vozidly je nutno kom-

binovat skořepiny s ohybově tuhými prvky – trámy. To však

neplatí u lávek pro pěší, které jsou navrhovány na spojité zatí-

žení lidmi a na poměrně malé zatížení vozidel údržby, anebo

záchranné služby. Proto je při jejich návrhu vhodné využít

prostorové působení skořepin. I když jsou navrhovány zřídka,

je vhodné studovat jejich působení a snažit se je navrhnout

všude tam, kde je to vhodné.

V minulých letech jsme se zúčastnili dvou architektonicko-kon-

strukčních soutěží na návrh lávek, ve kterých jsme pro nosnou

konstrukci navrhli skořepiny z hliníku.

První soutěž, na které jsme pracovali s architektem Cezary

Bednarskim z Londýna, byla pro návrh přemostění městské

komunikace na ostrově Jersey, který je součástí Spojeného

Království. Konstrukci lávky tvořila skořepina s rozpětím 49 m,

která vznikla průnikem dvou válcových skořepin. Skořepina

byla tvořena hliníkovým roštem spolupůsobícím s krycími hli-

níkovými plechy. Ve středu rozpětí byla na skořepině zavěšena

ocelobetonová mostovka. Protože průnikem válcových sko-

řepin vyniká v konstrukci diagonální obloukové žebro, použí-

váme pro tuto konstrukci dále termín diagonální oblouková

skořepina.

Druhá soutěž, na které jsme pracovali s architektem Janem

Kaplickým z Londýna, byla pro návrh přemostění řeky

Leamouth v Londýně. Konstrukci lávky tvořil přímo pocháze-

ný půdorysně zakřivený tříkloubový oblouk s příčně zakřive-

ným parapetním průřezem. Protože ve spodní části oblouku

bylo nutno navrhnout schody, byl pro handicapované navr-

žen výtah. Boční stěny skořepiny byly odlehčeny elipsovitými

otvory, které byly také navrženy ve spodní desce. Otvory byly

kryty skleněnými panely. Vlastní konstrukci tvořil opět hliníko-

vý rošt, který spolupůsobil s krycími hliníkovými plechy. Pro

tuto konstrukci používáme dále termín parapetní oblouková

skořepina.

Po zpracování soutěžních návrhů jsme si uvědomili, že obě

konstrukce by bylo možné navrhnout jako hladké betonové

skořepiny bez žeber a krycích plechů a že tyto konstrukce

přímo volají po využití plastické tvárnosti betonu. Proto jsme

se těmito konstrukcemi podrobně zabývali. Konstrukce jsme

nejen detailně analyzovali, ale také ověřili na modelech.

Skutečnost, že cena práce je v porovnání s cenou základních

stavebních materiálů neustále vyšší a vyšší, vede k tomu, že

skořepinové konstrukce vyžadující náročné skruže jsou nyní

navrhovány jen zřídka. Proto je vhodné hledat způsob, jak

je stavět hospodárně. Jednou z možností je vytvořit mem-

bránové konstrukce tvořené lanovou sítí, na kterou se zavě-

sí jednoduché betonové prvky. Tuhost konstrukce se zajistí

předepnutím kabelů vedených ve spárách mezi těmito prvky.

Velmi úsporné jsou rotačně symetrické konstrukce a kon-

strukce tvaru hyperbolického paraboloidu navržené nad

kruhovým půdorysem. Zatímco prefabrikované prvky tvořící

membránu je vhodné navrhnout z lehkého betonu, kotevní

prstenec, který je namáhán čistým tlakem, je vhodné navrh-

nout z vysokopevnostního betonu.

Diagonální oblouková skořepina

Pro studijní návrh jsme vypracovali projekt konstrukce lávky

o jednom poli s rozpětím 62 m; její šířka je 7,5 m, obr. 57

a obr. 58 , [14]. Skořepina, která vznikla průnikem dvou válco-

Obr. 52 Plochý oblouk a předpjatý pás l Fig. 52 Flat arch and stress ribbon

Obr. 53 Plochý oblouk a předpjatý pás l Fig. 53 Flat arch and stress ribbon

Obr. 54 Plochý oblouk a předpjatý pás – konstrukce l Fig. 54 Flat arch and stress

ribbon – structure

Obr. 55 Plochý oblouk a předpjatý pás – zkouška modelu l Fig. 55 Flat arch and

stress ribbon – model test

Obr. 56 Plochý oblouk a předpjatý pás – zkouška modelu l Fig. 56 Flat arch and

stress ribbon – model test



vých ploch, má uprostřed rozpětí vzepětí 5,2 m a její maxi-

mální výška na koncích mostů je 7,55 m. Tloušťka skořepiny

je od 80 do 250 mm. Průnikem válcových skořepin vzniká

základní obloukové žebro, které diagonálně spojuje mostov-

ku. Na koncích lávky je na jednom okraji žebro přímo spojené

s mostovkou, na druhém okraji je podepřeno kyvnou stojkou

z nerezavějící oceli.

Mostovku lávky tvoří dva diagonální nosníky podporující mos-

tovkovou desku ztuženou okrajovými žebry tloušťky 400 mm.

Diagonální nosníky mají od opěr ke středu lávky proměnnou

tloušťku od 800 do 1 200 mm. U opěr jsou ukončeny konco-

vým příčníkem tvořícím současně opěru podepřenou vrtanými

pilotami. Konstrukce tak vytváří integrální systém bez ložisek

a dilatačních závěrů.

Uprostřed rozpětí je mostovka zavěšena na pěti závěsech

zakotvených v diagonálním žebru tloušťky 400 mm. Protože

závěsy jsou kotveny po 1,5 m, je zatížení z nosné konstruk-

ce rozneseno do skořepiny na vzdálenost přibližně 7,5 m.

Diagonální nosník, do kterého je vetknuto diagonální oblouko-

vé žebro, je předepnut. Je tedy zřejmé, že konstrukce vytváří

úsporný samokotvený obloukový systém tvořený diagonálním

obloukem, s kterým spolupůsobí skořepina, a diagonálním

nosníkem, s kterým spolupůsobí mostovka.

Architekt onické působení konstrukce a teoretické předpokla-

Obr. 57

Obr. 58 Obr. 60

Obr. 59 Obr. 61



dy analýzy byly také ověřeny na architektonickém a statickém

modelu konstrukce postaveném z betonu charakteristické

krychelné pevnosti 150 MPa v měřítku 1:20. Model je na rozdíl

od skutečné konstrukce, která bude vyztužena sítí z betonář-

ské výztuže, vyztužen jen ocelovými vlákny.

Architektonický model, který je vystaven v zasedací místnosti

ústavu, má skořepinu podepřenou betonovým roštem tvo-

řeným diagonálními nosníky a koncovým příčníkem, obr. 59 .

Mostovková deska je tvořená skleněnou tabulí.

Statický model byl podepřen ocelovým rámem ztuženým dia-

gonálním ocelovým nosníkem, obr. 60 . Nosník působil sou-

časně jako táhlo a jako zatěžovací rám. Zavěšení mostovky

na skořepině bylo vystiženo zatížením skořepiny osamělou

silou působící ve vrcholu skořepiny. Zatížení bylo vyvozeno

tahem předpínacího lana zakotveného do ztužujícího příprav-

ku, který byl uložen ve vrcholu skořepiny. Tah lana byl vyvozen

předpínací pistolí podepřenou ztužujícím rámem. Zatížení bylo

postupně zvětšováno do porušení skořepiny. Při zkoušce byly

měřeny deformace a napětí ve vybraných bodech skořepiny.

Zatěžovací zkouška prokázala dostatečnou shodu vypočíta-

ných a naměřených hodnot a prokázala dostatečnou provozu-

schopnost i únosnost skořepiny.

Při zpracování jedné alternativy lávky pro pěší v San Diegu,

Californii, jsme také studovali konstrukci tvořenou podobnými

dvěma na sebe spojitě navazujícími skořepinami s rozpětím

2 x 54 m, obr. 61 .

Parapetní oblouková skořepina

Studijní návrh vyšel ze soutěžního projektu, obr. 62 a obr. 64 ,

[14]. Tříkloubový oblouk s rozpětím 105 m a vzepětím 10,341 m

je v půdoryse tvořen dvěma protisměrnými oblouky. Lávka má

proměnnou šířku od 10,2 do 5,5 m, celková výška konstruk-

ce je od 1 do 4,5 m. Průřez konstrukce je tvořen skořepinou

proměnné výšky a šířky a proměnného zakřivení, obr. 63 .

Tloušťka skořepiny je od 10 do 450 mm. Skořepina je hladká,

bez ztužujících žeber, jen v místě kloubů je místně zesílena.

V zakřivených bočních stěnách a v podlaze jsou eliptické otvory.

Lávka je uložena na patkách podepřených šikmými mikropilo-

tami. Návrh předpokládá, že poloviny oblouků budou betono-

vány po segmentech délky 7 m ve svislé poloze do překláda-

ného bednění, následně se konstrukce pomocí hydraulických

vzpěr sklopí do projektované polohy. Potom se smontují výta-

hy a vybetonuje se rampa spojující konstrukci se sousedním

mostem. Podobně jako u předcházející konstrukce byly roz-

měry lávky navrženy na základě podrobné statické a dyna-

mické analýzy. Analýza prokázala, že konstrukce je schopna

bezpečně přenést nejen všechna normová zatížení, ale že má

i dostatečnou mezní únosnost.

Obr. 57 Diagonální oblouková skořepina l Fig. 57 Diagonal arch shell

Obr. 58 Diagonální oblouková skořepina l Fig. 58 Diagonal arch shell

Obr. 59 Diagonální oblouková skořepina – model l Fig. 59 Diagonal arch shell

– model

Obr. 60 Diagonální oblouková skořepina – zkouška modelu l Fig. 60 Diagonal

arch shell – model test

Obr. 61 Dvoupolová diagonální oblouková skořepina l Fig. 61 Two spans diagonal

arch shell

Obr. 62 Parapetní oblouková skořepina l Fig. 62 Channel arch shell

Obr. 63 Parapetní oblouková skořepina – příčné řezy l Fig. 63 Channel arch shell

– sections

Obr. 64 Parapetní oblouková skořepina l Fig. 64 Channel arch shell

Obr. 62

Obr. 63 Obr. 64



Zastřešení amfiteátru letního kina Karviná-Fryštát

Projekt membránové konstrukce zastřešení amfiteátru let-

ního kina Karviná-Fryštát vyšel z našich studijních projek-

tů membránové konstrukce dvojí křivosti, obr. 65 a obr. 66 ,

[15]. Střechu tvoří zborcená plocha podporovaná skloněný-

mi oblouky. Protilehlé rovinné oblouky jsou rámově spojeny

se šikmými stojkami, které jsou vetknuty do patek vzájem-

ně spojených předpjatým táhlem. Půdorysný průmět sklo-

něných oblouků má přibližně tvar paraboly druhého stupně.

Membrána je sestavena z prefabrikovaných prvků skladeb-

ných rozměrů 3 x 3 m nesených lany příčně pnutými mezi

oblouky. Tvar nosných lan odpovídá přibližně parabole druhé-

ho stupně. Poměr f/L2 všech lan je konstantní, proto je horizon-

tální složka tahové síly ve všech lanech stejná.

S ohledem na půdorysný tvar konstrukce jsou u oblouků pre-

fabrikované prvky doplněny monolitickými klíny betonovanými

spolu se spárami mezi prvky. Tuhost konstrukce je dána před-

pětím vyvozeným monostrandy situovanými jak v příčných, tak

i v podélných spárách. Prefabrikované čtvercové prvky o straně

délky 2,98 m jsou tvořeny 80 mm tlustou deskou na okrajích

ztuženou žebry. Jsou z lehkého betonu LC30/33. Skloněné

oblouky z vysokopevnostního betonu C70/80 mají pětiúhelní-

kový průřez.

Statický výpočet provedený programovým systémem ANSYS

Obr. 65 Obr. 66

Obr. 67 Obr. 68

Obr. 69 Obr. 70



zohlednil nelineární působení konstrukce a postup stavby,

při kterém se konstrukce tvořená prostorovou sítí lan změní

v předpjatou membránu. Vlastní tíhu lan, betonových prvků

a spár přenáší nosná lana zakotvená ve skloněných oblou-

cích. Všechna ostatní zatížení, tj. účinky předpětí, tíhu izolace,

sníh, vítr, možné nahodilé zatížení a objemové změny betonu,

přenáší předpjatá membránová konstrukce, která je namáhá-

na nejen tahem, ale i ohybem. Ohybové namáhání je výrazné

zejména v místě vetknutí membrány do oblouků.

Statické předpoklady a funkce studované konstrukce byly

ověřeny na statickém modelu postaveném v měřítku 1:10,

obr. 67 a obr. 68 . S ohledem na rozměry konstrukčních prvků

jsou skloněné oblouky tvořeny ocelovými trubkami průmě-

ru 152 mm vyplněnými vysokopevnostním betonem C70/85.

Betonové podpěry byly nahrazeny ocelovými prvky s patkou

přenášejícími zatížení do betonových bloků. Ocelové prvky

jsou vzájemně spojeny dvěma ocelovými táhly U průřezu

nahrazujícími předpjatá táhla.

Vlastní betonová membrána byla sestavena z čtvercových

prefabrikovaných prvků o straně délky 290 mm a tloušťky

10 mm, po obvodu ztužených žebrem tloušťky 20 mm. Prvky

byly vy robeny z lehkého konstrukčního betonu LC30/33.

S ohledem na tvar střechy byla část membrány u oblouků

vyskládána z trojúhelníkových a pětiúhelníkových segmentů

řezaných z panelů tloušťky 20 mm. Jak nosné, tak i před-

pínací kabely byly tvořeny monostrandy průměru 9,3 mm,

které byly situovány vně membrány. Předpětí membrány bylo

realizováno dopnutím nosných lan a předepnutím ztužujících

(předpínacích) lan.

Model byl zkoušen pro čtyři polohy nahodilého zatížení, které

bylo umístěno na celé ploše, na podélné a příčné polovině

a ve středu membrány. Nahodilé zatížení (sníh) bylo nahraze-

no zatížením pytli s pískem umístěnými na povrch membrány.

Naměřené deformace a poměrná protažení byla v dobré shodě

s výsledky získanými statickou analýzou. Na závěr byl model

zatížen mezním zatížením situovaným na podélné polovině

membrány. Konstrukce prokázala, že má dostatečný stupeň

bezpečnosti. První diagonální trhliny vznikly v membráně

u podpěr v místě, kde výpočtové modely ukázaly maximální

hlavní napětí.

Zastřešení amfiteátru letního kina v Karviné tvoří zborcená

plocha podporovaná skloněnými oblouky, obr. 69 a obr. 70 .

Rozpětí oblouků je 60 m, maximální rozpětí membrány je

45 m. Věříme, že konstrukce bude realizována a její stavba při-

nese další aplikace.

Z Á V Ě R

Z uvedených příkladů je zřejmé, že vysokopevnostní beton

umožňuje hospodárný návrh široké škály konstrukcí. Největší

přínos přináší tam, kde můžeme využít vlastní charakteristiky

betonu, tj. vysokou pevnost a plastickou tvárnost.

Popsané mosty byly navrženy projekční kanceláří Stráský, Hustý a partneři,

Brno. Diagonální oblouková skořepina byla navržena ve spolupráci s archi-

tektem Cazarym Bednarskim z Londýna, parapetní oblouková skořepina

ve spolupráci s architektem Janem Kaplickým z Londýna. Projektantem

lávky Harbor Drive v San Diegu byly firma T. Y. Lin International, San

Diego, California. Koncept řešení a kontrola projektu je prací „Professional

Partnership STRASKY + ANATECH“ tvořené firmami Jiri Strasky, Consulting

Engineer, Greenbrae, California a ANATECH, San Diego, California. Projekt

mostu přes řeku Willamette v Eugenu a lávky přes Johnson Creek byl vypra-

cován firmou OBEC, Consulting Engineers, Eugene, Oregon ve spolupráci

s Jiřím Stráským. Vývoj nových konstrukcí byl prováděn na Stavební fakul-

tě VUT v Brně. Při řešení projektu mostu byly využity výsledky projektu

Ministerstva průmyslu FI-IM5/128 „Progresivní konstrukce z vysokohodnot-

ného betonu“. Příspěvek byl vypracován v rámci výzkumného záměru MSM

0021630519 „Progresivní spolehlivé a trvanlivé nosné stavební konstrukce“.

Prof. Ing. Jiří Stráský, DSc.

Stavební fakulta VUT v Brně, Veveří 95, 662 37 Brno

tel.: 541 147 845

Stráský, Hustý and Partneři, s. r. o., Bohunická 50, 619 00 Brno

tel.: 547 101 882, e-mail: [email protected], [email protected]

Obr. 65 Předpjatá membrána – montáž l Fig. 65 Prestressed membrane – erection

Obr. 66 Předpjatá membrána l Fig. 66 Prestressed membrane

Obr. 67 Předpjatá membrána – stavba modelu l Fig. 67 Prestressed membrane

– model erection

Obr. 68 Předpjatá membrána – zkouška modelu l Fig. 68 Prestressed membrane

– model test

Obr. 69 Střecha amfiteátru l Fig. 69 Amphitheater roof

Obr. 70 Střecha amfiteátru l Fig. 70 Amphitheater roof

Literatura:

[1] Stráský J.: Stress ribbon and cable supported pedestrian bridges. ISBN: 0 7277 3282 X.

Thomas Telford Publishing, London 2005. 2 nd edition 2011

[2] Stráský J., Terzijski I., Konečný L., Svadbík P., Račanský J.: Dálniční most z vysokopev-

nostního betonu. Konstrukční beton v ČR 2002–2005, 2. fib Kongres, Neapol 2006

[3] Kolenčík P., Romportl T., Stráský J., Šrámek Z., Faltýnek Š.: Most přes řeku Moravu

a obtok v Olomouci. Konstrukční beton v ČR 2006-2009, 3. fib Kongres, Washington

2010

[4] Nečas R., Koláček J., Stráský J.: Stabilitní analýza obloukového mostu přes řeku

Willamette, USA, Betonářské dny, Hradec Králové 2009

[5] Stráský J., Dufek B., Romportl T., Kolenčík P., Šrámek Š.: Integrované mosty typu vzpě-

radlový rám a oblouk,. Konstrukční beton v ČR 2006–2009, 3. fib Kongres, Washington

2010

[6] Svoboda P., Stráský J., Kaláb P., Holba J., Mařík P., Dahinter K.: Most přes Lochkovské

údolí, Konstrukční beton v České republice 2006-2009, 3. fib Kongres, Washington 2010

[7] Vítek J., L., Stráský J., Brož R., Tvrz A., Smíšek P., Ševčík P.: Most přes Rybný potok.

Konstrukční beton v České republice 2002-2005, 2. fib Kongres, Neapol 2006

[8] Stráský J., Konečný L., Novák R., Romportl T., Šálek M., Pitoňák P., Bešta J.: Zavěšený

most přes řeku Odru a Antošovické jezero, Konstrukční beton v České republice

2006–2009, 3. fib Kongres, Washington 2010

[9] Stráský J., Nečas R.: Lávka přes Harbor Drive v San Diegu, Kalifornie, USA, Beton TKS,

4/2011

[10] Zapletalová L., Mojzík P., Stráský J., Pitoňák P.: Zavěšená lávka přes dálnici D1

v Bohumíně. Stavebnictví 02/12

[11] Stráský J., Hrdina L., Levíček M.: Lávka pro pěší přes rychlostní komunikaci R35

u Olomouce, Konstrukční beton v ČR 2006-2009, 3. fib Kongres, Washington 2010

[12] Stráský J., Štefan P., Mendl A., Pěček Z.: Lávka pro pěší přes řeku Svratku v Brně,

Konstrukční beton v České republice 2006–2009, 3. fib Kongres, Washington 2010

[13] Stráský J., Nečas R., Hrnčířová M., Kocourek P., Jurík M.: Vývoj lávek s mostovkou

z předpjatého pásu, Konstrukční beton v České republice 2006–2009, 3. fib Kongres,

Washington 2010

[14] Stráský J.: Pedestrian bridges utilizing high strength concrete, ISSN 0266-3511,

International Journal of Space structures, Vol. 22, No. 1, 2007

[15] Stráský J., Kaláb P., Nečas R., Terzijski I.: Vývoj membránových střech z předpjatého beto-

nu, Konstrukční beton v České republice 2006–2009, 3. fib Kongres, Washington 2010



Beton je již historický materiál a soustavně se vyvíjí.

Pomineme-li jeho vývoj v době předválečné, ještě v počát-

cích předpjatého betonu v 50. a 60. letech 20. století byl

beton vyráběn poměrně jednoduše z kameniva, cemen-

tu a vody. Běžná pevnost betonu v tlaku byla 20 a 25 MPa

a pro náročné předpjaté konstrukce se dosahovalo pevnosti

až 60 MPa. Tato relativně vysoká pevnost byla dosahována

použitím velmi kvalitního hutného kameniva, nízkého vodní-

ho součinitele a dlouhou účinnou vibrací. Čerstvý beton byl

pouze zavlhlý a obtížně zpracovatelný. Napětí uvnitř struktury

materiálu byla přenášena zejména zrny hrubého kameniva,

která na sebe dosedala a zatížení byla přenášena jejich kon-

taktem. Kontaktní napětí byla limitní pro únosnost betonu.

Od zavedení plastifikačních přísad se pevnost betonu neu-

stále zvyšuje. Zlepšená zpracovatelnost a snížení vodní-

ho součinitele vedly k nárůstům pevnosti v tlaku do oblasti

kolem 80 MPa. K dalšímu navýšení vedlo doplnění struktu-

ry o jemné složky se zrny menšími, než jsou zrna cementu,

a dalším vývojem plastifikátorů. Zvýšení pevnosti též ovlivnil

vývoj samozhutnitelných betonů jako důsledek změny slo-

žení kameniva a použití nové generace plastifikátorů na bázi

polykarboxyléterů.

V současné době lze obtížně mluvit o horní hranici dosaže-

né pevnosti betonu v tlaku, dle některých autorů cemento-

vých kompozitů bylo dosaženo v laboratorních podmínkách

až hodnot kolem 500 MPa [7]. Přesné kategorie hodnocení

betonů dle pevnosti neexistují, ale obecně se betony řadí

do tří základních pevnostních skupin. Betony pevnosti

v tlaku do 60 MPa se považují za běžné (normal strength

concrete). Betony s pevností přes 60 MPa se považu-

jí za vysokopevnostní. Na dnes již běžných stavbách se

můžeme setkat s betony s pevností do 120 MPa. Tak jsou

postaveny i příslušné normové předpisy. Eurokód 2 [1] má

v příslušných tabulkách hodnoty do pevnosti 90 MPa (třída

C90/105). Evropská norma pro specifikaci a výrobu betonu

[2] definuje ještě beton o pevnosti 100 MPa (třída C100/115).

Za jeden z nejmodernějších dokumentů v oblasti betono-

vých konstrukcí lze považovat Model Code fib 2010 [3]. Ten

připouští výstavbu konstrukcí z betonu do pevnosti v tlaku

120 MPa (třída C120/140). Všechny tyto předpisy předpoklá-

dají, že rozhodující údaj o pevnosti je válcová pevnost (cha-

rakteristická hodnota). To je asi správný předpoklad, protože

válcová pevnost nejvíce odpovídá jednoosé tlakové pevnosti

materiálu.

Přibližně od 80. let 20. století se objevují pokusy výrazné-

ho zvýšení pevnosti do oblasti kolem 200 MPa. Nejprve šlo

o laboratorní pokusy, ale později se objevily průmyslově vyrá-

běné produkty a realizace. Materiál o pevnosti vyšší než

150 MPa byl proto později nazýván „ultra high performan-

ce concrete (UHPC)“. V češtině lze tento beton nazývat jako

beton velmi vysokých pevností, ale vžívá se i přímé užívání

zkratky UHPC. Hranice, kdy se jedná o tento materiál, není

zatím přesně stanovena, ale nabízí se přijmout obvykle uzná-

vané označení např. [4] nebo [8], že jde o materiál s válcovou

pevností nad 150 MPa. To odpovídá i kategorizaci nižších tříd

betonu, která je uváděna v návrhových předpisech.

V [4] je uveden rozsáhlý seznam pokusů za minulých padesát

let, jak byly vysokopevnostní betony navrhovány. Zde uvádíme

jen nejvýznamnější z nich, tab. 1 . Je patrné, že vývoj se ubí-

ral různými směry a postupně se rozšiřoval z Francie a USA

po světě. Pro vývoj u nás je do jisté míry významná podpora

vývoje UHPC v Německu (výzkumný program DFG 2005 –

2012). Současně probíhá vývoj návrhových předpisů v rámci

komise č. 8 ve fib (fib – Mezinárodní federace pro konstrukč-

ní beton) a lze patrně konstatovat, že nejintenzívnější apliko-

vaný výzkum těchto materiálů probíhá ve Francii, Německu

a USA.

P R I N C I P D O S A Ž E N Í V Y S O K É P E V N O S T I

Beton je směsí kameniva a dalších součástí. V běžném beto-

nu zbývá velký objem vzduchových pórů, které nepřenášejí

žádné namáhání. Princip výrazného zvýšení pevnosti proto

spočívá v omezení vzduchových pórů a vyplnění tohoto pro-

storu pevným materiálem. Druhou podmínkou je rovnoměrný

průběh napětí v materiálu a odstranění napěťových špiček,

které tvoří potenciální místa porušení.

Protože póry jsou velmi malé, menší než zrna cementu, je

třeba je vyplňovat velmi jemnými materiály. Dnes se nejčastěji

V Y S O KO P E V N O S T N Í B E TO N Y A U H P C | H I G H S T R E N GT H C O N C R E T E A N D U H P CJ A N L . V Í T E K , R O B E R T C O U F A L

Vysokopevnostní beton a beton velmi vysokých pevností (UHPC) se rychle vyvíjí a objevují se aplikace v mnoha zemích.

České výzkumné ústavy i společnosti vedou výzkum směřující ke zvýšení pevnosti betonu. Článek stručně sumarizuje mezi-

národní vývoj a popisuje problémy spojené s výrobou a zkoušením nového materiálu. Jsou též prezentovány některé počá-

teční experimentální výsledky. | High strength concrete and ultra high performance concrete (UHPC) develops quickly

and applications appear in many countries. The Czech research institutes and companies lead research aiming at increase

of the strength of concrete. This paper briefly summarises international development and describes problems associated

with production and testing of the new material. We also present some results illustrating the early experimental results.



používá mikrosilika, popř. v poslední době ještě jemnější nano-

silika. Rovnoměrnější průběh napětí se dosahuje vyloučením,

popř. omezením množství hrubého kameniva. Omezení pórů

vyžaduje též snížení množství vody. Zpracovatelnost se pak

zajišťuje účinnými superplastifikátory.

Stanovení vhodné struktury patří mezi nejnáročnější součásti

návrhu složení UHPC. Zvýšení podílu jemných složek vede

též k výraznému navýšení množství cementu. V obvyklých

směsích, jejichž složení bylo publikováno, se obsah cementu

pohybuje v rozsahu 550 až 1 000 kg/m3 betonu. Při postup-

ném vývoji betonů velmi vysokých pevností se nejprve před-

pokládalo, že beton bude mít velmi homogenní strukturu

s malými zrny kameniva. Tak vznikl tzv. reactor powder con-

crete (RPC).

V [5] se uvádí hraniční velikost zrn kameniva 0,6 mm, proto-

že u větších zrn vznikají na jejich povrchu mikrotrhliny, které

snižují výslednou pevnost materiálu. Výzkum RPC se stal

základním zdrojem pro vývoj dnes průmyslově vyráběného

betonu Ductal (vyrábí Lafarge), který patří mezi jemnozrnné

betony. Během dalšího vývoje se ukázalo, že určitý obsah

hrubších frakcí kameniva (do 8 výjimečně 16 mm) nebrání

zvyšování pevnosti na úroveň cca 200 MPa.

Hutná struktura s minimálním obsahem vzduchových pórů

má za následek výrazné zvýšení pevnosti, ale porušení je

velmi křehké, a proto by takový beton mohl být nebezpečný

pro aplikaci v konstrukcích. Požadavek na zajištění větší hou-

ževnatosti vede k nutnosti vyztužit strukturu dalším prvkem,

a to obvykle ocelovými vlákny. Nejčastěji se používají ocelová

vlákna s délkou cca 12 mm a průměrem cca 0,2 až 0,3 mm.

Mají vysokou pevnost (1 000 až 3 000 MPa), aby při porušo-

vání nedocházelo k jejich přetržení, ale spíše k porušení sou-

držnosti s betonem.

P O Ž A D A V K Y N A B E T O N Y V Y S O K Ý C H

P E V N O S T Í

Požadavky na betony vysokých pevností jsou kategorizovány

podobně jako u betonů běžných pevností.

První skupina požadavků se týká složek pro jejich výrobu.

Je možné použít vyvinuté směsi s odzkoušenými vlastnost-

mi, např. produkt Ductal. Směs postačí smíchat správným

způsobem s vodou. Pro širší použití je však takový způsob

dodávky betonu náročný a neekonomický. Jako vhodnější

se jeví cesta, která se používá např. v Německu, a to výroba

betonu z lokálních surovin. Vývoj takového betonu však vyža-

duje dlouhodobý výzkum a odladění složení směsi včetně

technologie výroby.

Pevností kolem přibližně 130 MPa lze dosáhnout s přiměře-

ným úsilím. Další zvýšení pevnosti je možné už za velmi pečli-

vého výběru jednotlivých složek a použití podrobných metod

pro vyhodnocování zejména tvaru a vlastností zrn jednotli-

vých složek. Pak je možné zvýšit stupeň vyplnění prostoru,

a tím i pevnost budoucího betonu.

Druhou skupinou jsou požadavky na vlastnosti zatvrdlého

betonu. Kromě tlakové pevnosti, která je základním krité-

riem, které je nutné splnit, je důležitá též pevnost v tahu,

resp. v tahu za ohybu. Ta je výrazně ovlivňována obsahem

vláken. Při nižším obsahu vláken beton dosáhne své pevnos-

ti a po vzniku první trhliny dojde k poklesu přenášené taho-

vé síly při rostoucí deformaci. Takové materiály jsou vhodné

pro prvky s betonářskou nebo předpínací výztuží. UHPC je

však výhodné používat i pro prvky bez prutové popř. před-

pínací výztuže. Pak je z hlediska spolehlivosti prvků třeba,

aby i po vzniku trhliny nedošlo k poklesu přenášené tahové

síly. K tomu je třeba dávkování vláken min. 1 %, spíše více,

v závislosti na druhu směsi.

Složení UHPC dosahuje již tak hutné struktury, která posky-

tuje vysokou odolnost proti účinkům okolního prostředí. Proto

u těchto materiálů lze dosahovat výrazně vyšší trvanlivosti

než u betonů běžných a vyšších pevností. Důsledkem je mož-

nost snížení tloušťky krycí vrstvy, navrhování přímo pojíždě-

ných konstrukcí a použití pro tenkostěnné konstrukce vysta-

vené atmosférickým vlivům, jako např. fasády budov.

Z hlediska ekonomie výroby UHPC je zřejmá vysoká tech-

nologická náročnost. Používají se vysoce kvalitní materiály,

vysoké množství cementu a drahé přísady. Rovněž technolo-

gie výroby je velmi náročná na dodržení kvality složek a tech-

nologických postupů. Z toho plyne, že cena UHPC výrazně

převyšuje cenu kvalitního vysokopevnostního betonu.

Tab. 1 Vývoj vysokopevnostních cementových kompozitů (dle [4]) l Tab. 1 Development of high strength cement composities (acc to [4])

Rok fc [MPa] Zdroj/Ref. Název Poznámka

1981 až 1983 120 až 250 Bache, Hjort, Dánsko DENSIT, COMPRESSIT Malta a beton s běžným ošetřováním, s mikrosilikou

1980 120 až 150Bache, Jennings, Aitcin, Dánsko, USA, Canada

DSP (Densified Small Paricles) Lepší vyplnění prostoru, mikrosilika, superplastifikátory

1980 210 Lankard, Naaman, USASIFCON (Slurry Infiltrated Fiber

Concrete)Jemná malta s vysokým obsahem ocelových vláken

(8 až 15 % obj.)

1994 >150 De Larrard FrancieUltra High Performance

Concrete (UHPC)Optimalizované složení kameniva s velmi jemnými částicemi

1995 do 800 Richard, Cheyrezy, Francie RPC (Reactive Powder Concrete) Pasta a beton, tepelné a tlakové ošetřování, plná struktura

1998 a dále 200Lafarge (Chanvilliard, Rigaud,

Behloul), FrancieDuctal

90 °C tepelné ošetřování, ocelová vlákna 6 %, hotová směs, v prodeji

2000 200 Rossi et al., Francie CEMTEC, CEMTEC – Multiscale Do 9 % vláken hybridní kombinace

2005 140 Karihaloo, Velká Británie CARDIFRC Optimalizovaná struktura a proces míchání

2004 >150 Fehling, Schmidt, Německo 1. symposium o UHPC Mnoho receptur podobných jako Ductal

2005 200 Jungwirth, Švýcarsko CERACEMReceptura podobná jako Ductal, větší vlákna,

větší zrna kameniva

2005 Schmidt, Německo Udržitelná výstavba s UHPCIniciativa DFG (Deutsche Foschungs Gemeindschaft)

2005 až 2012

2011 >150 Accorsi, Meyer, USA UHPC Workshop 1. US Workshop

2011 do 290 Wille, Naaman UHP-FRCBez tepelného ošetřování, optimalizovaná struktura,

přímá tahová zkouška

2011 ACI UHPC Committee 239 1. schůzka říjen 2011

2012 >150 Fehling, Schmidt, Německo 3. sympozium o UHPC



V současné době by bylo obtížné cenu přesněji specifiko-

vat, protože klasický UHPC (s válcovou pevností v tlaku min.

150 MPa) ve velkém měřítku (tj. na konstrukci, nikoli v labo-

ratorních podmínkách) dosud u nás nebyl vyroben, cena

zdrojových surovin se může změnit při požadavcích na větší

odběr, cena výrobního procesu se pravděpodobně upraví

po získání zkušeností s výrobou atd. Lze tedy očekávat, že

potom, co se alespoň v omezeném měřítku UHPC začne

vyrábět, bude možné i ekonomické parametry přesněji spe-

cifikovat.

UHPC, jako nový materiál, je přínosný zejména díky pevnost-

ním parametrům (pevnost v tlaku využitelná hlavně u před-

pjatých konstrukcí, pevnost v tahu pro konstrukční prvky

s omezeným použitím výztuže) a díky zvýšené odolnosti proti

účinkům prostředí. Náklady na výrobu UHPC jsou značné

a ekonomickou výhodnost navrhovaných materiálů lze příz-

nivě posoudit za předpokladu zahrnutí všech vlastností kon-

strukcí z UHPC. Částečnými přínosy jsou snížení hmotnosti

konstrukce s její současnou vysokou odolností. Při uvažování

pouze snížené hmotnosti vlivem zeštíhlení konstrukce lze jen

obtížně konkurovat klasickým předpjatým nebo ocelovým

konstrukcím.

V Ý R O B A P R V K Ů A K O N S T R U K C Í Z U H P C

UHPC se vyrábí mícháním složek podobně jako běžný beton.

UHPC je však vzhledem k svému složení (vysoký obsah

jemných podílů a vysoká dávka PCE superplastifikátoru)

navrhován ve většině případů jako vysoce tekutý až samoz-

hutnitelný materiál, který do formy zatéká a v určitých pří-

padech nevyžaduje mechanické zhutňování. Pokud beton

není při ukládce vibrován, musí splnit požadavek na spoleh-

livý odvod vzduchu po celou dobu ukládky do forem. Toto

je závislé na složení betonové směsi a podmínkách v místě

ukládky. UHPC se dosud používal zejména na prefabrikova-

né díly. Důvodem je spolehlivější výroba, odpadá vliv dopra-

vy a ukládání za podmínek ovlivněných okolním prostředím.

Obr. 1 Obloukový most Wildbrücke s obloukem vyrobeným z prefabrikovaných dílců

z UHPC [12] l Fig. 1 Arch bridge Wildbrücke with precast segmental arch made of

UHPC [12]

Obr. 2 Ofrézovaný okraj segmentu oblouku (vzorek) l Fig. 2 Milled edge of the arch

segment (specimen)

Obr. 1

Obr. 2



Přesto existují i zkušenosti s použitím UHPC na monolitic-

ké konstrukce, např. přímo pojížděné mostovky [10], nebo

na monolitické spoje prefabrikovaných desek spřažených

mostů [11].

Pro vývoj pevnosti je významný způsob ošetřování. Při klasic-

kém způsobu ošetřování ve vlhkém prostředí se nedosahuje

nejvyšších pevností. Zvýšení pevností lze dosáhnout tvrdnutím

betonu za vyšší teploty. To je opět výhodné pro prefabrikované

prvky, které lze takto ošetřovat.

Dále je třeba připomenout, že vysoký podíl cementu má

za následek velké smršťování, zejména autogenní smršťování.

Toto smršťování je redukováno do určité míry spolupůsobením

s vlákny. Přesto např. u mostu Wildbrücke [12], obr. 1 , bylo

přistoupeno k frézování konců segmentů oblouku, aby byla

zajištěna jejich přesná délka. Obr. 2 ukazuje zafrézovaný okraj

vzorku segmentu oblouku.

Z K U Š E N O S T I S V Ý V O J E M U H P C V Č R

V ČR je vyvíjen beton vysokých pevností např. ve spolupráci

firem Skanska, Pontex a KÚ ČVUT [6]. Již byly publikovány

aplikace na prefabrikovaných konstrukčních prvcích. Výzkum

probíhá též na Stavební fakultě ČVUT, např. [9].

Autoři článku se zabývají vývojem UHPC ve spolupráci firem

TBG Metrostav a Metrostav. Ve spolupráci s Univerzitou

v Kasselu (Prof. Schmidt) byly navrženy základy betonových

směsí. V dalším textu jsou uvedeny některé první zkušenosti.

Návrh složení směsi

Jak již bylo zmíněno, je nutné dosáhnout maximální hutnos-

ti materiálu. Proto je zejména důležité optimalizovat křivky

zrnitosti použitých materiálů, včetně velmi jemných složek.

U kameniva a příměsí je nutné sledovat nejen podíly jednot-

livých frakcí, ale též tvary zrn. Samozřejmostí je použití kame-

niv bez nečistot, v pokud možno vysušeném stavu. Při použití

přirozeně vlhkého kameniva se zvyšuje riziko velkého kolísání

konzistence betonu, a tím i jeho pevností. Vhodnější je použí-

vat vysušené kamenivo.

Dalším důležitým parametrem je obsah vody. Nejčastěji je

udáván vodní součinitel (poměr voda/cement) a poměr voda/

pojivo (cement + mikrosilika). Vodní součinitel se většinou

pohybuje v rozmezí 0,22 až 0,28 a pojivový součinitel v roz-

mezí 0,18 až 0,22. Kvůli vysokým dávkám superplastifikátoru

(cca 25 až 30 kg/m3) se do součinitelů započítává i v něm

obsažená voda. Z vodního součinitele je vidět, že v těchto

směsích už není dostatek vody na plnou hydrataci cementu,

a cement tak částečně funguje jako plnivo.

Typ a kvalita cementu jsou dalším rozhodujícím parametrem

pro dosažení velmi vysokých pevností. Ve většině receptur

je použit čistý portlandský cement druhu CEM I s obsa-

hem slínku větším než 95 %, pevnostní třídy 52,5 nebo 42,5.

Dle německých zkušeností se doporučuje cement s níz-

kým obsahem C3A, aby se omezil vývoj hydratačního tepla,

které je vzhledem k vysokému množství cementu významné.

Současně se však ukazuje, že i s cementy vysokopecními

druhu CEM III lze dosahovat vysokých pevností, avšak nárůst

pevnosti je pomalejší.

Přísady pro dosažení stabilní a dostatečně tekuté směsi je

třeba odladit dle ostatních složek zejména cementu a jem-

ných příměsí. Plastifikační přísady na bázi PCE jsou nejčas-

tější vzhledem ke své vysoké účinnosti.

Vývoj byl zahájen odladěním složení vysokopevnostní malty,

do které byly teprve v další fázi doplněny hrubší frakce kame-

niva. V maltě se předpokládala velikost max. zrna kameniva

1 mm. Po pečlivém rozboru jednotlivých složek, které jsou

k dispozici v našich podmínkách, se přistoupilo k návrhu

směsi vysokopevnostní malty. Po řadě zkoušek se podaři-

lo docílit pevnosti malty mezi 170 až 200 MPa při současně

příznivé zpracovatelnosti. Vyšší pevnost malty je podmínkou

pro dosažení pevnosti betonu, který by měl mít pevnost pře-

sahující 150 MPa.

V další fázi laboratorních testů bylo přidáno „hrubé“ kamenivo

frakce 2/5 a 5/8 mm a vlákna v objemu 1 %. V laboratoři byly

dosaženy pevnosti až 190 MPa ve stáří 7 d při tepelném ošet-

řování. Zkoušky se prováděly na krychlích o hraně 100 mm.

V další fázi bylo možné zahájit zkoušky materiálu vyrobené-

ho v betonárně. Jde o kvalitativní rozdíl, přestože betonárna

má vysoce účinnou kvalitní míchačku. Je třeba kromě vlast-

ních poměrů jednotlivých složek zajistit spolehlivé dávkování

zejména mikrosiliky a drátků. Ve větších množstvích vzniká

problém s technickým zajištěním dávkování, neboť betonárny

nejsou na dávkování takových materiálů zařízeny.

Míchání a transport

Pro laboratorní míchání betonu typu UHPC je potřeba mícha-

cí zařízení s vysokou a nastavitelnou intenzitou míchání. Při

vývoji UHPC ve skupině TBG Metrostav a Metrostav byly

v prvních fázích vývoje využity plně vybavené laboratoře

na univerzitě v Kasselu.

Pro míchání v reálných podmínkách je potřeba intenzivní

míchačka s přesným dávkováním a s možností dávková-

ní velkého množství drátků, obr. 3 . Nevýhodou při míchání

UHPC je zejména velmi dlouhý míchací čas a malé obje-

my jednotlivých záměsí. Definitivní optimalizace směsi nyní

probíhá na betonárně TBG Metrostav v Praze. Zároveň je

zkoušena i možnost transportu tohoto typu betonu autodo-

míchávačem na místo ukládky. Doba jeho zpracovatelnosti je

pro transport dostatečná (2 h). Záleží ale na konkrétním slo-

žení a konzistenci směsi. Specifikem při přepravě je zejmé-

na vysoká lepivost směsi a její ulpívání na vnitřním povrchu

autodomíchávače.

Konzistence a zpracovatelnost

U tekutého typu UHPC, který se v TBG Metrostav zkouší, se

konzistence měří rozlivem Abramsova kuželu bez poklepu,

jako u samozhutnitelných betonů. Hodnota rozlivu, zajišťující

dobrou zpracovatelnost, minimum pórů a homogenitu směsi,

se pohybuje v rozmezí 700 až 850 mm, dle konkrétního typu

směsi. Viskozita a stabilita směsi se ověřuje měřením času

T500 a prostupností J-ringem, obr. 4 . I přes vysoké hodnoty

rozlivu je beton velmi viskózní a lepivý.

Velmi nízký obsah vody způsobuje, že beton velmi rychle

osychá a na povrchu se rychle tvoří vrstva, tzv. „kůže“, která

brání dalšímu odvzdušňování betonu a jeho zpracování.

Tomuto jevu se musí zabránit při odběru vzorků, výrobě zku-

šebních těles i při ukládce do konstrukce vhodným ošetřová-

ním. Správně navržený UHPC je možno i přes tekutou konzis-



tenci vibrovat, nesmí ale dojít k segregaci kameniva a drátků.

V případě segregace je směs špatně navržena a musí být

upravena. Vibrace směsi je vhodná pro urychlení odvzdušňo-

vání betonu. Vibrací se jednak zvýší hutnost směsi, ale hlav-

ně se sníží riziko ulpívání vzduchových pórů pod oschnutou

vrstvou betonu, „kůží“.

Ukládka do konstrukce

Transport betonu, ukládka do bednění a ošetřování byly ově-

řovány při výrobě filigránových desek, obr. 5 .

Při ukládce do konstrukce je důležitá zejména rychlost uklád-

ky a prostředí, v kterém ukládka probíhá. V našem případě

byly podmínky nejméně příznivé (sucho a větrno), umožňující

však vyzkoušet chování betonu v extrémních podmínkách.

Způsob ukládky je nutné detailně odzkoušet pro konkrét-

ní konstrukci a konkrétní recepturu UHPC. Zejména je to

nezbytné z hlediska kontroly homogenity rozložení a orienta-

ce drátků v konstrukci.

Z K O U Š E N Í V Y S O K O P E V N O S T N Í C H

B E T O N Ů

Základní zkoušky zahrnují zejména zkoušku pevnosti v tlaku

a pevnosti v tahu za ohybu.

Zatímco u běžných betonů se pevnost v tlaku zkouší na krych-

lích o délce hrany 150 mm, může u vysokopevnostních mate-

riálů vzniknout problém s dosažením potřebných zatěžova-

cích sil. Běžné zkušebny jsou vybaveny zatěžovacími válci

o kapacitě 3 000 kN, což umožňuje na krychlích o hraně

150 mm dosáhnout pouze pevnosti 133 MPa. Vhodnější jsou

proto standardní zkušební válce výšky 300 mm, kde je při této

kapacitě tlačného válce lisu možné zkoušet betony do pev-

nosti 170 MPa. Proto se často přistupuje ke zmenšení zku-

šebních těles, a to na krychle o straně 100, popř. až 40 mm.

Případně se pevnost v tlaku zkouší na zlomcích trámečků

o rozměrech 40 x 40 x 160 mm po zkoušce v tahu za ohybu.

Jak bude ukázáno dále, velikost vzorku ovlivňuje výsledky

dosti významně.

Dále je nutné připomenout, že pro vysokopevnostní betony,

obzvláště s obsahem vláken, neplatí obvyklý poměr mezi

krychelnou a válcovou pevností, který se uvažuje u běžných

betonů hodnotou přibližně 122 % ve prospěch krychelné pev-

nosti.

Na grafu, obr. 6 , je uvedena závislost pevnosti betonu v tlaku

na tvaru a rozměrech zkušebních těles. Zkoušeny byly tři

druhy betonu s různým obsahem ocelových drátků. Je vidět,

že, ač jsou hodnoty pevností v tlaku měřené na válcích z oce-

lových forem téměř stejné (135 až 142 MPa), hodnoty pev-

ností v tlaku na ostatních tělesech kolísají v rozmezí 122 až

182 MPa.

Graf, obr. 6 , ukazuje, že čím je těleso menší, tím vyšší pev-

nosti se dosahuje. Též je patrné, že má význam, zda je forma

plastová nebo ocelová (přestože byly použity nové kvalitní

plastové formy). Ocelové formy jsou tužší a umožňují dodržení

přesného tvaru tělesa. Čím je pevnost betonu vyšší, tím je vliv

nepřesnosti geometrického tvaru významnější. Ve zkoušeném

případě se ukázal také relativně malý vliv drátků na válcovou

pevnost.

Graf na obr. 7 ukazuje poměr krychelné a válcové pevnosti

v tlaku. Jako referenční je zvolena hodnota válcové pevnosti

zjištěná na válcích z ocelových forem (100 %). Pro daný mate-

riál vychází krychelná pevnost v rozmezí cca 89 až 110 %, dle

jednotlivých receptur. Proto nelze doporučit obvyklé značení

pevností betonu poměrem krychelných a válcových pevností.

U zkoušek v tahu za ohybu se považuje za standard zkouška

Obr. 3 Míchačka pro intenzívní míchání betonu v betonárně l Fig. 3 Mixer for

intensive mixing in the concrete plant

Obr. 4 Zkoušení konzistence a prostupnosti čerstvého betonu l Fig. 4 Testing of

consistence and passing ability of fresh concrete

Obr. 5 Betonáž filigránové desky l Fig. 5 Casting of the filigree slab

Obr. 4

Obr. 3

Obr. 5



na trámcích o průřezu 150 x 150 mm a délce 700 mm. Jsou

dvě možnosti zkoušení. Dle předpisů RILEM a též doporučení

Model Codu fib 2010 se preferuje zkouška na trámci s vru-

bem na rozpětí 500 mm při zatížení tříbodovým ohybem.

Německé předpisy pro vláknobetony, např. [13], doporučují

zkoušku na stejných trámcích na rozpětí 600 mm bez vrubu

se zatížením čtyřbodovým ohybem.

V grafu na obr. 8 jsou uvedeny naměřené pevnosti beto-

nu v tahu za ohybu. Byly porovnávány pevnosti v tahu

za ohybu naměřené na trámečcích o délce 160 mm dle

ČSN EN 13892-2 a na trámcích o délce 700 mm dle meto-

diky RILEM (tříbodový ohyb, rozpětí 500 mm se zářezem)

a zkouškou čtyřbodovým ohybem na rozpětí 600 mm.

Pevnosti zjištěné na trámcích o délce 160 mm jsou dle oče-

kávání vysoké, výsledky na trámcích s vrubem prokázaly

vyšší hodnoty i menší rozptyl než hodnoty zjištěné čtyřbodo-

vým ohybem, což je do jisté míry neočekávané.

Pro konstrukce z vysokopevnostních betonů je též význam-

ným parametrem náběh pevnosti v čase. Pro ilustraci je uve-

den příklad měření náběhu pevnosti na válcích. Graf na obr. 9

ukazuje, že náběh pevnosti je velmi rychlý, během prvních

7 d je dosaženo pevnosti přes 100 MPa a další nárůst neu-

stává ani po 90 d. V tomto případě beton tvrdnul za běžných

podmínek (bez tepelného urychlování). Pevnosti jsou namě-

řeny na betonu bez příznivého účinku vláken. Z grafu je patr-

né, že uvedený beton ve stáří 90 d splňuje pevnostní poža-

davky na beton typu UHPC.

Z měření na různých vzorcích (trámce a válce) byly zjišťová-

ny moduly pružnosti. Jejich hodnoty se pohybují v rozmezí

cca 49 až 54 GPa, což odpovídá i zahraničním zkušenostem

s podobnými, mnohdy i pevnějšími materiály.

U betonů s vysokým obsahem cementu dochází k výrazné-

mu smršťování. Proto byly provedeny pilotní testy a smrš-

ťování bylo dosud měřeno po dobu 86 d. Obr. 10 ukazuje

smršťování vysokopevnostního betonu bez drátků při ulože-

ní ve vodě a v běžném prostředí. Deformace od smršťování

0 7 2114 28 4235 49 56 63 70 77 84

Stáří betonu [dny]

Bez drátků – sucho

Bez drátků – voda

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Smrš

ťová

ní [m

ikro

stra

in]

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

110,0

120,0

130,0

140,0

150,0

160,0

170,0

180,0

190,0

Pevnost v tlaku zlomky trámečků

160 mm

Válcová pevnost300 mm - ocel

Válcová pevnost300 mm - plast

Krychlená pevnost100 mm


Pev

nost

[M

Pa]

0% drátků

1% drátků

1,5% drátků

Pevnost v tlaku zlomky trámečků

160 mm

Válcová pevnost300 mm - ocel

Válcová pevnost300 mm - plast



0% drátků

1% drátků

1,5% drátků

70,0

75,0

80,0

85,0

90,0

95,0

100,0

105,0

110,0

115,0

120,0

125,0

130,0

Pevn

ost

vzta

žená

k v

álco

vé p

evno

sti [

%]

0 7 2114 28 4235 49 56 63 70 77 84


Drátky 1,5% – sucho

Drátky 1,5% – voda

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Sm

ršťo

ván

í [m

ikro

stra

in]

čtyřbodový ohybrozp. 600 mm

tříbodový ohybrozp. 500 mm

Trámek160 mm

0% drátků

1% drátků

1,5% drátků

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Pevn

ost

v t

ah

u z

a o

hyb

u [

MP

a]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90


Válc

ová

pevn

ost

v t

laku

[M

Pa]

Obr. 6

Obr. 7

Obr. 8

Obr. 9

Obr. 10

Obr. 11



byly měřeny pomocí strunových tenzometrů zabetonova-

ných do standardních válců (150 x 300 mm). Je patrný rych-

lý nárůst autogenního smršťování, které se projevuje během

prvních hodin po zabetonování. Dále následuje poměrně

pomalejší, ale významný nárůst smršťování, a to i u vzor-

ků uložených ve vodě. Během cca 90 d se zdá, že dochází

k ustálení nárůstu deformace od smršťování.

Na obr. 11 jsou uvedeny deformace od smršťování měřené

na vzorcích s drátky. Opět byly sledovány vzorky uložené

ve vodě a v běžném prostředí. Obsah drátků je příčinou 23 až

30% poklesu autogenního smršťování ve stáří 1 d. Hodnota

smršťování v době 86 d je vlivem drátků o cca 25 % nižší než

u betonu bez drátků. Nárůst deformace se opět poměrně

rychle ustaluje (ve srovnání s běžným betonem).

Z Á V Ě R

Vysokopevnostní betony čekají na širší využití. Studie efektiv-

ního využívání betonu a zároveň udržitelného rozvoje dokazu-

jí, že i přes zvýšenou spotřebu cementu a další drahé kompo-

nenty jsou vysokopevnostní betony přínosné, neboť snížení

hmotnosti konstrukcí a zvýšení jejich odolnosti proti účin-

kům prostředí vede nakonec k návrhu konstrukcí, které jsou

z dlouhodobého hlediska velmi zajímavé. Dosavadní zkuše-

nosti ukazují, že betony s pevností do cca 130 MPa lze vyro-

bit s běžnými zkušenostmi. Naopak výroba betonů s pevností

nad 150 MPa přináší řadu problémů, které je nutné řešit.

Pečlivý výběr složek pro výrobu bude klást podstatně větší

nároky na dodavatele, zejména kameniva. Vlastní výro-

ba betonové směsi je náročná na přesné dávkování složek

a dodržování technologických postupů. Též doprava a uklá-

dání čerstvého betonu musí být na kvalitativně vyšší úrovni,

než je tomu u konstrukcí i z dnes označovaného vysokopev-

nostního betonu. Ošetřování UHPC má své podmínky, příz-

nivě se projevuje urychlování tvrdnutí za zvýšených teplot.

Přísné podmínky mohou být lépe splněny u prefabrikovaných

konstrukcí, avšak bude asi jen otázkou času, kdy se UHPC

více využije i v oblasti transportbetonu.

Pro zajištění duktility UHPC mají klíčový význam vlákna.

Jejich rovnoměrné rozdělení a vhodná orientace (která je

ovlivněna postupem betonáže) jsou významné parametry,

které ovlivňují působení hotového materiálu.

Kromě výroby UHPC je nutné mít k dispozici zkušební postu-

py, které ověří, zda materiál splňuje očekávané parametry.

Je nutné sjednotit zkušební postupy pro kvalifikaci jednotli-

vých druhů materiálů. Doposud se využívají různé zkušební

metody i tělesa, a výsledky jsou obtížně srovnatelné. Zdá se,

že nejvhodnějším kritériem pro porovnávání pevnosti jsou

zkoušky na válcích. Pro zkoušky v tahu za ohybu jsou obě

užívané metody (tříbodový a čtyřbodový ohyb) přibližně rov-

nocenné. Další zkoušky pro ověření rozdělení vláken je třeba

jednotně definovat.

Podobně je třeba modifikovat návrhové postupy. UHPC je

prakticky využitelný pouze s obsahem vláken. K tomu je

třeba sjednotit postupy, jak účinek vláken uvažovat ve static-

kých a dynamických výpočtech. Směrnice jsou připravovány

v rámci jednotlivých zemí, ale i v odborných společnostech.

V roce 2012 by měla být uveřejněna směrnice pro UHPC

ve Francii a problematika je zpracovávána v rámci činnos-

ti komise č. 8 fib. Pro používání vysokopevnostních betonů

u nás bude třeba mezinárodní směrnice převzít a jejich zása-

dy aplikovat, neboť současné normové předpisy tyto betony

neznají.

Výsledky uvedené v článku byly získány za podpory

Ministerstva průmyslu a obchodu ČR v rámci projektu č. FR-TI3/531.

Prof. Ing. Jan L. Vítek, CSc.

Metrostav, a. s.

Koželužská 2246, 180 00 Praha 8


www.metrostav.cz

Ing. Robert Coufal, Ph.D.

TBG Metrostav, s. r. o.

Koželužská 2246, 180 00 Praha 8


www.tbgmetrostav.cz

Literatura:

[1] ČSN EN 1992-1-1 Eurokód 2 Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná

pravidla a pravidla pro pozemní stavby, ČNI 2006

[2] ČSN EN 206-1 Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda, ČNI, 2001

[3] fib Model Code 2010, fib Bulletin No. 65, 66, fib Lausanne, březen 2012

[4] Naaman A. E., Wille K.: The Path to Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete

(UHP-FRC): Five Decades of Progress. Proc. of the 3rd Inter. Symp. on Ultra-High

Performance Concrete, University of Kassel, March 2012

[5] Richard P., Cheyrezy M.: Composition of reactive powder concrete. In: Cement and

Concrete Research 25, No. 7, S. 1501–1510, 1995

[6] Tichý J., Kolísko J.: Provozní zkoušky ultravysokohodnotného betonu v prefabrikaci,

Sb. 10. konf. Technologie betonu 2012, ČBS 2012, str. 142–147

[7] Schmidt M.: Ultra-high performance concrete – a challenge for engineers and archi-

tects, Sb. 10. konf. Technologie betonu 2012, ČBS 2012, str. 60–71

[8] Fehling E., Leutbecher T.: Ultrahochfester Beton – Bemessung und Konstruktion,

Schriftenreihe Baustoffe und Massivbau – Heft 7, ISBN 978-3-89958-347-2

[9] Hájek P., Kynčlová M., Fiala C.: Timber – UHPC composite floor structures – environ-

mental study, Proc. of the 3rd Internat. Symp. on Ultra-High Performance Concrete,

University of Kassel, March 2012

[10] Zimmermann W.: Erste Brücken in Österreich aus Ultrahochfestem Faserbeton

UHPFRC,Betontag 2010, ÖVBB Wien, April 2010, pp. 35–40

[11] Graybeal B. A., Swenty M.: UHPFRC for Prefabricated Bridge Component Connections,

Proc. of the 3rd Internat. Symp. on Ultra-High Performance Concrete, University of

Kassel, March 2012

[12] Hecht M.: Practical use of fibre-reinforced UHPC in construction – production of pre-

cast elements for Wild-Brücke in Völkermarkt, Proc. of the 3rd Internat. Symp. on Ultra-

High Performance Concrete, University of Kassel, March 2012

[13] Betonkalender 2011 Karftwerke, Faserbeton, Vol. 2, Erläuterungen zur DAfStb-

Richtlinie Stahlfaserbeton, Ernst & Sohn, Berlin, 2011

Obr. 6 Pevnost vysokopevnostního betonu v tlaku dle druhu zkušebního tělesa l

Fig. 6 Strength of high strength concrete in dependence on the testing specimen type

Obr. 7 Poměr pevností betonu v tlaku zjištěných na jednotlivých vzorcích vztažený

k válcové pevnosti l Fig. 7 Measured compression strength in different specimens

related to the cylinder strength

Obr. 8 Pevnosti betonu v tahu za ohybu získané různým druhem zkoušek l

Fig. 8 Flexural strength of concrete obtained by different tests

Obr. 9 Vývoj pevnosti vysokopevnostního betonu v čase l Fig. 9 Development of

the concrete strength in time

Obr. 10 Smršťování vysokopevnostního betonu bez drátků l Fig. 10 Shrinkage

strain of high strength concrete without fibres

Obr. 11 Smršťování vysokopevnostního betonu s drátky l Fig. 11 Shrinkage strain

of high strength concrete with fibres



Ultra vysokohodnotný beton (dále jen UHPC) se uplatňuje

především tam, kde je možno snížit hmotnost konstrukce

a vyloučit nebo omezit klasickou výztuž. Tento beton je silně

vyztužen drátky a má proto velmi vysokou pevnost v tahu

za ohybu (nad 15 MPa). Dynamický rozvoj UHPC probí-

há zejména ve vyspělých zemích světa, jako jsou Francie,

Německo, Nizozemsko, USA, Japonsko, Korea a Austrálie.

Firma Skanska a. s., závod Prefa ve spolupráci s dalšími spo-

lečnostmi začala v roce 2009 zkoušet UHPC, který byl zamě-

řen na prefabrikaci. Výsledky zkoušek byly od roku 2009

prezentovány na odborných konferencích Betonářské dny [1]

a [3], Speciální betony [2] a Technologie betonu [4].

Ve společnosti Skanska byly začátkem tohoto roku vyrobe-

ny a odzkoušeny mostní desky ztraceného bednění z UHPC

pro stavbu „Rekonstrukce mostu v Benátkách nad Jizerou“.

Kromě finančního efektu má stavba i ekologický charakter,

protože desky nahradily lešení pod mostovkou rekonstruova-

ného mostu a ušetřily spoustu pomocného materiálu. O prů-

běhu akce je v příspěvku podrobně pojednáno.

Ve světě

Pravděpodobně nejznámější UHPC je materiál Ductal® vyvinutý

společnostmi Lafarge a Bouygues ve Francii. Několik konstrukcí

z tohoto materiálu bylo postaveno v Severní Americe, Japonsku,

V Ý VO J U LT R A V Y S O KO H O D N OT N É H O B E TO N U ( U H P C ) N A B Á Z I S U ROV I N DO S T U P N ÝC H V Č R | D E V E LO PM E N T O F U LT R A H I G H P E R F O R M A N C E C O N C R E T E ( U H P C ) O N T H E B A S I S O F R AW M AT E R I A L S AVA I L A B L E I N T H E C Z EC H R E P U B L I CJ I Ř Í K O L Í S K O , J A N T I C H Ý , M I L A N K A L N Ý , P E T R H U Ň K A , P E T R H Á J E K , V L A D I S L A V T R E F I L

Ultra vysokohodnotný beton (UHPC) je dalším moderním a kvalitativně novým materiálem na bázi cementového pojiva s výji-

mečnými parametry v oblasti mechanických vlastností a trvanlivosti. V článku jsou prezentovány zkušenosti a výsledky

prací získané v rámci vývoje ultra vysokohodnotného betonu v podmínkách surovinové a technologické báze České repub-

liky. Obdobně jako u jiných technologií dobíháme i v tomto případě značný náskok zahraniční. Pro plnohodnotné aplikační

využití UHPC v našich podmínkách je před námi přeci jen ještě značný kus práce. Autoři z vlastní zkušenosti vědí, že je

to práce velmi zajímavá, skýtá velký prostor pro technologický rozvoj, avšak má také svá úskalí. Po řadě laboratorních

zkoušek v Kloknerově ústavu a BASF ČR a praktických aplikacích ve firmě Skanska a. s., byly společností Pontex navrženy

a ve Skanska a. s., závod Prefa vyrobeny mostní desky, které byly odzkoušeny v Kloknerově ústavu ČVUT v Praze. Mostní

desky byly vyrobeny pro rekonstrukci mostu v Benátkách nad Jizerou. Desky plnily funkci ztraceného bednění. V příspěvku

je dokumentován průběh výroby mostních desek, jejich přesná evidence, expedice a montáž přímo na stavbě. | Ultra

High Performance Concrete (UHPC) is another modern and new material based on cement binder. UHPC provides unique

characteristics in mechanical properties and durability. This article presents results and practical experience gained in the

development of Ultra High Performance Concrete in terms of raw material and technological base of the Czech Republic.

As with other technologies we are catching up a considerable advantage gained abroad. For full and common application

of UHPC in our conditions there is still a substantial piece of work in front of us. Authors know from their personal experi-

ence that this work is very interesting and offers great scope for technological development but also has its pitfalls. After

a series of laboratory tests in the Klokner Institute and BASF CR, and practical applications in the Skanska company, the

Pontex company has designed and Skanska produced a bridge deck constructed and tested in the Klokner Institute of the

Czech TU in Prague. These bridge plates were made for the reconstruction of the bridge in Benatky nad Jizerou. The plates

act as a permanent formwork. The paper will document the production process of bridge plates, their precise records,

shipping and on site assembly.



Austrálii a v západní Evropě. Nejčastěji nachází UHPC uplatně-

ní v mostních konstrukcích, zejména u lávek pro pěší a cyklisty.

První aplikací byl Sherbrook footbridge v Kanadě, lávka

postavená v roce 1997 přes řeku Magog. Rozpětí lávky je

60 m při tloušťce desky pouhých 30 mm. Prefabrikovaná

dodatečně předpjatá prostorová konstrukce neobsahuje žád-

nou konvenční ocelovou výztuž. Horní a dolní pásnice jsou

vyrobeny z UHPC o pevnosti v tlaku cca 200 MPa [5].

Další významné použití UHPC v prefabrikaci byla podle [6]

výroba 6 900 předem předpjatých žebírkových panelů roz-

měrů 7,82 × 3,61 × 0,25 m (celkem 192 000 m2) pro rozší-

ření letiště Haneda v tokijském zálivu, kterými byla dosažena

úspora 56 % vlastní hmotnosti, a tím i úspora na spodních

ocelových konstrukcích a zakládání.

V České republice

V České republice bylo postaveno několik staveb z vysoko-

hodnotného betonu (HPC), např. cyklistická lávka přes Vltavu

v Českých Budějovicích, pěší lávka přes řeku Svratku v Brně

nebo lávka přes rychlostní komunikaci R35 u Olomouce

ad.

UHPC je v ČR zatím na úrovni laboratorního výzkumu. První

provozní zkouška výroby mostních nosníků z UHPC proběhla

ve firmě Skanska a. s., závodě Prefa dne 13. srpna 2010 [3].

Z K O U Š K A M O S T N Í C H D E S E K

Popis desek a zkoušek

V únoru 2012 byly ve firmě Skanska a. s., v závodě Prefa

vyrobeny první mostní desky ztraceného bednění z UHPC

pro konkrétní stavbu „Rekonstrukce mostu ev. č. 272-008

na silnici II. třídy v Benátkách nad Jizerou“.

Tvar žebrové desky je patrný z obr. 2 . Desky mají půdorysné

rozměry 1 x 1,6 m, tloušťku 20 mm a celková výška podél-

ného a obvodových žeber včetně desky je 60 mm a celková

výška středového žebra 40 mm.

Obr. 1 Schéma uspořádání zkoušky únosnosti ve čtyřbodovém ohybu zkoušených desek

ztraceného bednění z drátkobetonu UHPC l Fig. 1 Scheme of the test of loading

capacity in four-point bending of the tested slabs of formwork from UHPC concrete with steel

fibres

Obr. 2 Uspořádání zatěžovací zkoušky desky tloušťky 20 mm s žebry 60 mm

a půdorysného rozměru 1 x 1,6 m s umístěním snímačů svislého přetvoření u podpor

a ve středu desky l Fig. 2 Arrangement of loading test of a 20mm thick slab with

60mm ribs and ground plan size of 1 x 1.6 m and sensors of deflection location next to

supports and in the middle of the slab

Obr. 3 Typický výsledek zatěžovací zkoušky desky, závislost průhybu ve středu desky

na zatížení l Fig. 3 Typical result of a loading test of a slab, dependence of the bend

in the middle of the slab on load

Obr. 4 Zkouška desky v KÚ, průběh trhliny pod zatížením l Fig. 4 Testing of the

plate in the Klokner Institute, typical damage of the slab after the bending test

F

32

1

4

533 533 533

65

7

Legenda:

1 – podlaha l 2 – nosníky sloužící jako krajní ploché podpory (dva spojené U-profily

o šířce pásnic 100 mm) l 3 – zkoušený vzorek desky z UHPC l 4 – roznášecí

profily HEB výšky 100 mm l 5 – roznášecí prvky zatížení tvořené dvěma svařenci

U-profilů výšky 100 mm l 6 – roznášecí prvek zatížení tvořený šroubově spojenými

dvěma profily U výšky 160 mm l 7 – roznášecí kolébkový kloub s podloženou ocelovou

destičkou tl. 15 mm l F – směr působícího roznášeného zatížení (osa zatěžovacího válce)

Obr. 1

Obr. 3

Obr. 2

Obr. 4



Desky byly převezeny do Kloknerova ústavu ČVUT a odzkou-

šeny v zatěžovacím stroji na pevnost v tahu za ohybu.

Uspořádání zatěžovací zkoušky je patrné z obr. 1 a obr. 2 .

Snímače síly a přetvoření byly napojeny na řídicí systém,

a deformace desek tak bylo možno sledovat průběžně.

S ohledem na následné vyhodnocení byl zvolen kontinuál-

ní způsob zatěžování až do dosažení únosnosti a porušení

desek (vznik a rozvoj trhlin). Zkoušky byly řízeny rychlostí

posunu zatěžovacího válce, a to v hodnotě 0,01 mm/s, rych-

lost zatěžování v sestupné větvi, tj. po dosažení maximál-

ní síly, pak byla postupně zvýšena na 0,02 až 0,03 mm/s.

Celková doba zatěžování desek byla cca 30 min.

Výsledky zkoušek

V rámci vývojových testů v rozmezí prosinec 2011 až duben

2012 bylo provedeno více jak dvacet zkoušek. Při zkouš-

kách byla sledována zejména závislost deformace desky

ve středu rozpětí na zatížení a maximálně dosažené zatí-

žení. Oba parametry byly současně předmětem teoretické

statické analýzy. Výsledky zatěžovacích testů byly s teo-

retickými předpoklady porovnávány a sloužily pro hodno-

cení kvality vyrobených desek a případné zásahy do jejich

výroby. Výsledkem každé zkoušky byl pracovní diagram.

Charakteristický pracovní diagram desky, který byl přijat jako

vyhovující, je na obr. 3 . Souhrn výsledků zkoušek je uveden

v tab. 1 .

Porovnání dosažených hodnot s teoretickými výpočty

Pro most v Benátkách nad Jizerou navrhla společnost

Pontex, s. r. o., tvar desky ztraceného bednění z UHPC. Její

tvar byl navržen na základě požadavku rovného dolního povr-

chu desky s ohledem na estetiku, zachování krytí betonář-

ské výztuže spřahující desky a zachování tloušťky spřahující

desky mostovky.

Navržený tvar byl ověřen na numerických modelech při výpo-

čtech hlavních napětí v betonu UHPC vyztuženém ocelový-

mi vlákny. Navržený tvar byl posuzován při zatížení čerstvým

betonem a pohybem osob.

Návrh zatěžovacích zkoušek připravila společnost Pontex,

s. r. o., tak, aby bylo možné určit pevnosti betonu v tahu

za ohybu a ve smyku, charaktery porušení a křivky deformací

během zkoušek čtyřbodovým ohybem.

K numerické analýze desek za předpokladu lineárního cho-

vání materiálu byl použit program LUSAS. Pružné chová-

ní desky je možné uvažovat do cca F = 14 kN celkové síly

ve válci zatěžovacího lisu, tzn. působení síly 7 kN v každé

třetině rozpětí desky ztraceného bednění.

V Ý R O B A M O S T N Í C H D E S E K

Popis technologie výroby

Mostní desky ztraceného bednění byly vyrobeny z UHPC

třídy C110/130 s rozptýlenou ocelovou výztuží dle fib Model

Code 2010, Final Draft 09/2011.

Čerstvý UHPC byl připraven na betonárně s maximálním

objemem míchačky 1,5 m3, s nuceným mícháním, vybave-

né automatickým ovládáním. Čerstvý UHPC byl dopravován

od betonárny do výrobní haly speciálním vozíkem a pak bádií

do forem. Postup dávkování, míchání a celé výroby mostních

desek byl přesně popsán v technologickém předpisu.

Ukládání čerstvého UHPC do ocelových forem, důkladně

očištěných od nečistot a opatřených separačním prostřed-

kem, probíhalo plynule bez jakéhokoliv zhutnění, UHPC se

pomalu rozléval sám, povrch byl zarovnáván latí. Poté byl

postříkán prostředkem proti odpařování vody a hlazen oce-

lovým hladítkem každých 5 min do doby, dokud se na povr-

chu nepřestaly vytvářet vzduchové bubliny. Průběh výroby je

znázorněn na obr. 5 .

Zkušenosti z výroby pi lotních mostních desek

Po prvních zatěžovacích zkouškách v Kloknerově ústavu

ČVUT v Praze se ukázalo, že některé mostní desky dosaho-

valy výpočtovou únosnost, některé ale měly únosnost nižší.

Z lomové plochy byly odebrány výřezy a ty důkladně pro-

zkoumány a analyzovány. Současně byly prověřeny detaily

výrobních procesů a vyhodnoceny pilotní výrobní testy.

Tab. 2 Porovnání výsledků měření a numerického modelu l Tab. 2 Comparison

of measurmenet results and the numeric model

Zatížení F [kN]

Průhyb v L/2 [mm]

Model 13 3,8

Zkouška KÚ, vz. 347/12 13 4,1

Tab. 3 Souhrnný přehled průměrných výsledků průkazní zkoušky při zahájení výroby l

Tab. 3 Summary overview of starup type tests of concrete C110/130 XF4 results

Zkouška Příslušná normaPrůměrná dosažená hodnota

Konzistence sednutí – rozlitím v čase 25 min

ČSN EN 12350-8 810 mm

Objemová hmotnost čerstvého betonu

ČSN EN 12350-6 2 450 kg/m3

Válcová pevnost v tlaku po 28 d ČSN EN 12390-3 125 MPa

Válcová pevnost v tlaku po 28 d – po zkoušce modulu pružnosti

ČSN EN 12390-3 127 MPa

Modul pružnosti po 28 d ČSN ISO 6784 45 GPa

Pevnost v tahu za ohybu po 28 d– trámce 150 x 150 x 700 mm se zářezem

ČSN EN 14651+A1 13,9 MPa

Pevnost v tahu za ohybu po 28 d při σ

1 pro CMOD 1,0 mm

ČSN EN 14651+A1 9,5 MPa

Pevnost v tahu za ohybu po 28 d při σ

4 pro CMOD 4,0 mm

ČSN EN 14651+A1 4,9 MPa

Hloubka průsaku tlakovou vodou ČSN EN 12390-8 0,5 mm

Odpad při odolnosti proti CH.R.L. – metoda C, 125 cyklů

ČSN 72 1326 18 g/m2

Tab. 1 Přehled výsledků ohybových zkoušek desek l Tab. 1 Results of bending tests

of plates

Číslo deskyStáří desky

[d] Dosažené zatížení F

max

[kN]

Průhyb ve středu rozpětí D

max

[mm]

5511004755 31 25,8 13,8

5511004754 32 28,3 16,2

5512000207 34 24,1 18,5

5512000208 14 23,5 16,4

5512000531 31 25,7 14,7

5512000533 31 21 12,6

5512000607 28 21,1 13

5512000608 28 24,5 15,2

Průměr 24,3 15



Opatření pro sériovou výrobu

Na základě důkladné analýzy počáteční pilotní výroby most-

ních desek a po komunikaci s projektantem a výrobním závo-

dem byla navržena a přijata opatření pro sériovou produkci

desek tak, aby bylo dosaženo požadovaných parametrů.

Tato opatření lze shrnout do následujících bodů:

❙ pro výrobu deseti kusů mostních desek byla stanovena

záměs 0,75 m3;

❙ všechny přísady a příměsi včetně drátků byly váženy

těsně před vstupem do míchačky;

❙ byla zavedena přesná a detailní evidence o každé mostní

desce, do které bylo zaznamenáváno datum, čas výroby,

přesné množství každé složky a podpis zodpovědného

pracovníka;

❙ složky UHPC byly uskladněny v suchém prostředí, aby

nemohlo dojít k nasátí vzdušné vlhkosti;

❙ konzistence čerstvého UHPC byla přesně stanovena

technologickým předpisem;

❙ každá deska byla přesně evidována s výrobním číslem

a zvážena závěsnou váhou.

Zavedená opatření zajistila homogenitu výroby a dosažení

vyhovujících parametrů únosnosti desek.

Doprovodné zkoušky betonu C110/130 XF4

V rámci výroby probíhaly také materiálové zkoušky. Před

zahájením sériové výroby byla provedena zkouška průkazní,

na kterou navazovaly kontrolní výrobní zkoušky.

Zkušební tělesa pro zkoušky pevnosti betonu v tlaku a modu-

lu pružnosti byly válce průměru 150 mm a výšky 300 mm.

Pevnost betonu v ohybu a stanovení zbytkové síly při zvolené

deformaci byly stanoveny na trámcích 150 × 150 × 750 mm.

Míchání směsi proběhlo na běžném zařízení v závodě Prefa.

Zpracování čerstvého betonu do forem bylo provedeno litím

v jedné vrstvě bez hutnění, povrch vzorků byl zahlazen oce-

lovým hladítkem. Zkušební vzorky byly ošetřovány ve vodě

dle EN 12390-2 až do zkoušek. Souhrnný přehled průměr-

ných vý sledků průkazní zkoušky při zahájení výroby je uveden

v tab. 3 .

Během sériové výroby desek byly odebírány válce 150 ×

300 mm pro kontrolní zkoušky v tlaku. Celkem bylo vyzkou-

šeno třicet čtyři válců s následujícími výsledky:

❙ průměrná válcová pevnost betonu v tlaku fc,cyl

= 120 MPa;

❙ průměrná objemová hmotnost betonu 2 430 kg/m3.

Z A T Ě Ž O V A C Í Z K O U Š K Y M O S T N Í C H D E S E K

Popis metodiky zkoušek

Desky byly navrženy tak, aby bezpečně přenesly zatížení

pohybujících se osob a vrstvu čerstvého betonu na horním

povrchu desky. S ohledem na aplikaci desek ztraceného

Obr. 6a Obr. 6b

Obr. 5bObr. 5a



bednění v náročných podmínkách stavby mostu, pod kterým

bez přerušení probíhal částečně omezený provoz dálnice,

byla pro desky zvolena velmi náročná přejímací kritéria pro

statickou zatěžovací zkoušku, dle kterých bylo rozhodováno

o možnosti jejich instalace. Deformace desek byly zkoušeny

v závodě Prefa, a. s. Skanska ve čtyřbodovém ohybu ve třech

zatěžovacích krocích, obr. 6 . Průhyb byl měřen každé 3 min

a odtížení zkušebního zatížení bylo provedeno až tehdy, kdy

změna průhybu ve dvou následujících měřeních byla menší

než 0,1 mm.

Velikost zkušebního zatížení byla zvolena na základě výsled-

ků zkoušek v Kloknerově ústavu. Z grafů průhybů závislých

na zatížení desek byla určena oblast jejich pružného chování.

Bylo zvoleno zatížení 13 kN při výchylce cca 4,1 mm. Na tuto

sílu byl navržen systém zatížení pomocí tří betonových desek

o rozměrech 1,5 × 0,8 × 1,6 m o celkové hmotnosti 1 330 kg

(440, 446, 440 kg).

Velikost zkušebního zatížení odpovídala cca 130 % provozního

zatížení během výstavby spřahující desky mostu. Zatěžovací

desky byly umístěny ve třetinách rozpětí desky ztraceného

bednění na dřevěné hranoly, které byly položeny na podélných

žebrech desky. Byl sledován průhyb v polovině rozpětí desky

mechanickými nebo digitálními výchylkoměry pod krajními

žebry.

Statická zkouška desek ztraceného bednění byla prováděna

přímo ve výrobně na zatěžovací stolici uzpůsobené pro zatě-

žování desek.

Výsledkem zkoušek bylo rozhodnutí, zda zkoušená deska

může být použita na mostě v Benátkách nad Jizerou.

Musely být splněny dvě následující podmínky, které vychá-

zejí ze splnění pružného chování desky při provozním

zatížení:

❙ celkový průhyb desky ustálený po 3 min nepřesáhne

5 mm;

❙ nevratný průhyb desky ustálený po odtížení nepřesáhne

1 mm.

Nesplnění těchto kritérií prakticky znamenalo, že i když

po instalovaném zkušebním zatížení nedošlo k výraznému

poškození nebo destrukci desky a deska zatížení přenesla,

nebylo připuštěno její využití v podmínkách stavby.

Pro každou zkoušenou desku byl veden protokol o zkouš-

ce, kde byly zapisovány identifikační údaje desky, datum

výroby, datum, čas a teplota při zkoušce a průběhy výchylek

v obou sledovaných místech během zatěžování, ustálení a po

odtížení.

Výsledkem statických zkoušek bylo určení, které desky ztra-

ceného bednění budou vyřazeny a označeny jako nevyhovující

pro použití na výstavbě mostu v Benátkách nad Jizerou.

Kromě měřených deformací desek se v průběhu testování

ukázal jako další zajímavý ukazatel spolehlivosti zkoušené

desky akustický zvuk při vzniku trhliny. Jestliže byl během

zkoušky (zatěžování břemeny) zvuk zaznamenán, znamena-

lo to i podle dále měřených průhybů nesplnění stanovených

podmínek pro použití na reálné konstrukci.

Vyhodnocení provedl zástupce společnosti Pontex, s. r. o.

Po podrobném vyhodnocení přísných výrobních kontrol-

ních testů navržených s ohledem na první aplikaci tohoto

prvku, nebylo při stavbě nakonec využito cca 15 % vyro-

bených desek a to i přesto, že po zatěžovací zkoušce

u těchto desek nedošlo k dosažení meze únosnosti a poru-

šení. Nebyly ale dodrženy deformační limity stanovené

projektantem.

Obr. 5 Výroba mostních desek, a, b l Fig. 5 Production of the bridge slabs, a, b

Obr. 6 Statická zatěžovací zkouška desek ztraceného bednění z UHPC l

Fig. 6 Static load bearing test of lost formwork slabs from UHPC

Obr. 7 Montáž mostních nosníků ztraceného bednění z UHPC na rekonstruovaném mostě

v Benátkách nad Jizerou l Fig. 7 Assembly of the bridge beams of lost formwork from

UHPC on the reconstructed bridge in Benatky nad Jizerou

Obr. 7



M O N TÁ Ž D E S E K N A R E K O N S T R U OVA N É M M O S T Ě

Vliv adhezního můstku na soudržnost UHPC

s běžným betonem

Před betonáží mostovky byla provedena v Kloknerově ústavu

ČVUT v Praze celá řada odtrhových zkoušek UHPC od běž-

ného betonu třídy C35/45. Bylo vyzkoušeno nadbetonování

na hladké desky z UHPC, na zdrsněné desky profilované bub-

linkovou fólií a to bud´ bez, nebo s aplikací adhezního můstku.

Takto připravené vzorky byly uloženy ve vodní lázni, nebo byly

uloženy 14 d v suchu a pak v sušárně s teplotou 70 °C. Tím

jsme chtěli napodobit teplotní šoky, které mohou v praxi nastat.

Zkouškami byl prokázán příznivý vliv adhezního můstku. Bez

něj byly dosahovány hodnoty soudržnosti od 0,7 do 1,3 MPa,

s použitím adhezního můstku stouply hodnoty soudržnosti

na 2,5 až 3,2 MPa. Překvapivě vyšší hodnoty soudržnosti byly

dosaženy u desek, na kterých byly simulovány teplotní šoky,

než u desek uložených ve vodě.

Vlastní montáž mostních desek ztraceného bednění

Z výsledků popsaných zkoušek byla pro lepší soudržnost

mostních desek ztraceného bednění z UHPC s běžným beto-

nem mostovky doporučena aplikace adhezního můstku, která

byla přesně popsána technologickým předpisem montáže.

Vlastní montáž UHPC desek na nosnou konstrukci opravo-

vaného mostu v Benátkách nad Jizerou proběhla ve dvou

etapách při zajištění výluky na rychlostní komunikaci R10 pro-

cházející pod mostem, nejdříve ve směru na Mladou Boleslav

a ve druhé etapě ve směru na Prahu.

Mostní desky tvořily ztracené bednění spřahovací desky

mostu. Byly dopravovány z provozovny závodu Prefa na stav-

bu pomocí návěsů. Při přepravě byly desky uloženy na sobě

a proloženy dřevěnými proklady. Montáž desek proběhla

s použitím mobilního jeřábu o minimální hmotnosti 40 t.

Pro urychlení montáže byl z návěsu na mostovku přemístěn

vždy celý stoh mostních desek, obr. 7 . Po jeho odložení na již

vyskládanou část mostovky byly jednotlivé desky osazovány

na předem určená místa. Pro montáž desek byly použity spe-

ciální závěsné prostředky, které byly navlékány na hlavu šrou-

bu, který byl našroubován v závitovém pouzdru v boku panelu.

Osazování jednotlivých panelů je patrné z úvodního obrázku.

Na horní pásnici ocelových „I“ profilů mostních nosníků byly

v místech dosednutí desek z UHPC instalovány samolepící

těsnící pásky profilu 25 × 8 mm z pěnobetonu. Připravené

opatření eliminovalo drobné výrobní nepřesnosti, které však

byly v rámci povolených tolerancí. Pěnobetonové pásky poz-

ději při betonáži mostovky zabraňovaly protečení cemento-

vého mléka na pohledovou stranu rekonstruovaného mostu.

Montáž byla dokončena osazením doplňkových panelů podél

pilíře a mostní opěry. Rozměry desek v těchto místech byly

upraveny zaříznutím podle požadavků výkresové dokumentace.

Z Á V Ě R

Tento, relativně malý, konkrétní příklad ukazuje, že vysoké

požadavky na UHPC lze splnit i za použití běžně dostup-

ných složek betonu z ČR. Dalším přínosem bylo ověření, že

je možné vyrobit materiál typu UHPC s obvyklým technic-

kým vybavením a v podmínkách výrobny prefabrikátů. Dále

se potvrdila možnost vyrobit ze surovin dostupných v ČR

tenkostěnný výrobek, který je po odformování bez kaveren

a vzduchových pórů.

Výsledky doprovodných zkoušek hotových desek potvrdily

návrhové předpoklady a postupy projektanta desek. Pevnost

použitého UHPC (materiálu desky) v tlaku byla zhruba dvoj-

násobně vyšší než pevnost v tlaku dnes běžného betonu.

Pevnost UHPC v tahu za ohybu byla pak ještě v relativním

srovnání mnohonásobně vyšší (cca 4 až 5krát) a jako nepře-

hlédnutelný bonus měl použitý materiál výraznou duktilitu.

Tato aplikace měla i zajímavý provozní i ekologický efekt.

Mostní desky ztraceného bednění z UHPC umožnily jejich

návrh jako samonosné konstrukce, a tudíž nebylo třeba leše-

ní, které by muselo být pro betonáž mostovky postaveno pod

rekonstruovaným mostem. Tím byla zjednodušena samotná

realizace stavby. Kromě uspořeného materiálu (dřeva a další-

ho pomocného materiálu) nebyla ani nutná zásadní dopravní

opatření omezující provoz pod mostem.

Z představené aplikace je zjevné, že materiály typu UHPC mají

velkou perspektivu a aplikační potenciál. Předpokládáme, že

zejména na stavbách pozemních komunikací nalezne UHPC

v budoucnu své velké uplatnění.

Článek vznikl za finanční podpory grantového projektu TAČR TA01010269 „Aplikovaný

výzkum ultra vysokohodnotného betonu (UHPC) pro prefabrikované prvky staveb“.

Doc. Ing. Jiří Kolísko, Ph.D.

tel.: 603 214 926, e-mail: [email protected]

Ing. Petr Huňka


oba: Kloknerův ústav ČVUT v Praze

Šolínova 7, 166 08 Praha 6, www.klok.cvut.cz

Ing. Milan Kalný

Pontex, spol. s r. o., Bezová 1658, 147 14 Praha 4

tel.: 602 347 692, e-mail: [email protected], www.pontex.cz

Ing. Jan Tichý, CSc.

Skanska a. s., Líbalova 1/2348, 149 00 Praha 4

tel.: 737 256 886, e-mail: [email protected], www.skanska.cz

Prof. Ing. Petr Hájek, CSc.

Kat. konstrukcí pozemních staveb, Fakulta stavební ČVUT v Praze

Thákurova 7, 166 29 Praha 6

Ing. Vladislav Trefil, Ph.D.

BASF Stavební hmoty, a. s.

Literatura:

[1] Tichý J., Štěrba A., Trefil V., Žaloudek I., (2009): „Ultravysokopevnostní beton

v prefabrikaci“, Hradec Králové, 16. Betonářské dny

[2] Tichý J., Karliak J., Kolísko J., Trefil V., Hájek P., Kalný M., (2010): „Možnosti použití

ultravysokohodnotného betonu u nás“, Skalský Dvůr, 7. konf. Speciální betony

[3] Tichý J., Kolísko J., Trefil V., Hájek P., Kalný M., Karliak J., (2010): „Další zkušenosti

s ultravysokohodnotným betonem v prefabrikaci“, Hradec Králové, 17. Betonářské dny

[4] Tichý J., Kolísko J., (2012): „Provozní zkoušky ultravysokohodnotného betonu

v prefabrikaci“, Pardubice, 10. konf. Technologie betonu

[5] Blais P. Y., Countere M., (1999): “Precast Prestressed Pedestrian Bridge

– World´s First Reactive Powder Concrete Structure”, Torino, PCI journal

ISSN 0887-9672

[6] Kalný M., Šrůma V., (2009): „Nové realizace konstrukcí z vysokohodnotného betonu

– poznatky z HSC/HPC symposia v Tokiu 2008“, Praha, 8. konf. Technologie betonu



www.skanska.cz

Nabízíme komletní dodávku hrubé stavby v rámci jedné smlouvy. Vlastními kapacitami provedeme potřebné zemní i bourací práce, navrhneme optimální založení stavby a vybudujeme hrubou monolitickou nebo prefabrikovanou konstrukci.

Na stavbu dodáváme beton z vlastních betonáren a ocelovou výztuž z vlastních armoven.

Disponujeme dostatečnou kapacitou mixů pro dopravu betonu, čerpadel betonových směsí pro jejich ukládání, vlastního bednění a potřebného stavu jeřábů.

Skanska a.s.divize Betonové konstrukceLíbalova 1/2348149 00 Praha 4 - OpatovTel: +420 267 095 777E-mail: [email protected]

Naši klienti se na nás mohou plně spolehnout

Betonáž monolitické konstrukce při výstavbě Městského okruhu, část Myslbekova - Prašný most



Projekty představené v článku jsou jen malou částí již dokonče-

ných staveb s použitím UHPC [1]. Byly vybrány pro své neob-

vyklé znaky, rysy, které přispěly k uskutečnění vizí architektů.

Železobeton změnil fasády domů na počátku 20. stole-

tí, neboť umožnil zvětšit rozměry oken obytných domů ale

zejména okenních výkladců obchodů. Podobně UHPC fasá-

dní prvky mění vzhled fasád 21. století. Ačkoliv je Ductal

(obchodní název jednoho z nejznámějších betonů ze skupiny

UHPC vyráběný společností Lafarge) relativně nový materiál,

v posledních letech byl učiněn opravdu velký pokrok v jeho

využívání (navrhování i výrobě) na nových a skutečně unikát-

ních fasádách a dalších obvodových konstrukcích.

Tlaková pevnost tohoto ultra vysokohodnotného betonu

(UHPC – ultra high performance concrete) dosahuje až neu-

věřitelných 200 MPa a jeho ohybová pevnost až 40 MPa [2].

(Organická nebo kovová vlákna mu dávají houževnatost

umožňující jeho využití v ohybově namáhaných prvcích.)

Architekti mohou navrhnout štíhlé dlouhé nebo ploché tenké

prvky, které jsou lehké, elegantní a inovativní a při tom mají

vysokou trvanlivost, danou hutností a nepropustností mate-

riálu, který zajišťuje vysokou odolnost prvků proti korozi

výztuže, abrazi a účinkům dynamického zatížení.

Nebývalé hodnoty mechanických vlastností Ductalu, které

vysoko překračují hodnoty dosažitelné u běžných betonů,

umožňují jeho použití na velmi tenké prvky, které jsou vysoce

trvanlivé a s dlouhou životností. Jejich odolnost vůči korozi,

abrazi, karbonataci, účinkům dynamického zatížení a požárů

z něj činí materiál vhodný pro konstrukce do drsného prostře-

dí (přístavní konstrukce nebo průmyslové objekty) a veřejné

budovy, které mají přísné požadavky na zajištění bezpečnos-

ti, údržbu a seismickou odolnost.

Protože jde o nový materiál se zajímavými vlastnostmi pro

jeho praktické použití, bylo potřeba vyvinout také odpoví-

dající závěsné a spojovací prvky a celé systémy stejně jako

povrchové úpravy. Každý nově navržený fasádní panel je

třeba vyrobit jako prototyp, zkoušet a vyhodnocovat všechny

jeho části včetně závěsných a spojovacích prvků. Betonové

prvky mohou být na jednu stranu velmi tenké, na druhé je

však třeba řešit mezní hodnoty dosažených průhybů a vibra-

cí, které mohou výslednou podobu prvku významně ovlivnit.

Využití UHPC se zdá neomezené. Po počátečních investicích

do vývoje speciálního bednění, míchání a ukládání betonové

směsi, lze vyrobit téměř jakýkoliv složitý tvar. Jemná matri-

ce betonové směsi a její dobrá tekutost umožňují vyplnit až

filigránské detaily na budoucím povrchu betonového prvku

– to jsou vlastnosti, které však vyžadují od výrobců forem

a bednění zcela jiný přístup, aby bylo možno využít široký

potenciál materiálu.

Architekti a projektanti v těsné spolupráci s technology

a výrobci teprve objevují rozsah možných variací betonových

fasád a jejich povrchů.

K Ř I V K Y

Plošně zaoblené UHPC panely umožňují obložit zaoble-

ná nároží budov panely vcelku beze spár. Celistvá plocha

nečleněná spárami je elegantní a efektivnější. Není třeba řešit

množství spojů ve spárách, jejich utěsnění, sníží se počet

závěsných prvků pro jednotlivé panely, které by všechny bylo

potřeba patřičně rektifikovat, aby výsledná plocha byla rovná.

Právě tyto důvody vedly architekta (DÁmbrosio Architecture

+ Urbanism) při návrhu fasády budovy The Atrium v kanad-

ské Britské Kolumbii k rozhodnutí použít panely vyrobené

z UHPC, obr. 1 , [1].

Unifikovaný systém závěsných fasádních panelů musel být

co nejtenčí, aby mohl překrýt posunuté rozvody klimatizace.

Vysoká pevnost a duktilita použitého materiálu vyztuženého

plastickými vlákny umožnila snížit tloušťku fasádních panelů

až na 20 mm. Tím došlo ke snížení vlastní váhy konstrukce

a průřezy nosných prvků mohly být zredukovány. Snížená

hmota stavby umožnila vyhovět všem požadavkům návrhu

konstrukce z hlediska seismického zatížení. (Viktoria je zahr-

nuta v Kanadě do nejvyšší seismické zóny.)

FASÁDY Z UHPC – BETONOVÉ „ZÁVOJE“ | UHPC FACADES – CONCRETE “VEILS”J A N A M A R G O L D O V Á

Moderní fasády jsou stále častěji vícevrstvé konstrukce, které musí splnit náročné požadavky konstrukční, funkční i este-

tické. Po skleněných co nejvíce odhmotněných lesklých plochách se pozornost nově zaměřuje na tvarování, materiálový

charakter a barvu fasád. UHPC – materiál na špičce inovací pro nové architektonické aplikace je kombinací mimořádných

vlastností, které dovolují navrhnout a vyrobit tenké prvky složitých tvarů, zakřivené a s různou texturou dle požadavků

klienta, a realizovat projekty dříve obtížné až nemožné v tradiční železobetonové technologii. Článek představuje některé

zajímavé stavby a upozorňuje na specifické možnosti materiálu využité na fasádních prvcích. | Modern facades are more

and more often sandwich constructions that must fulfil high demands on construction and function. After focusing on glass,

shiny, light as possible surfaces, attention is now focused on shaping, character of material and color of the facades. UHPC

– innovative cutting edge material for new architectural applications – is a combination of extraordinary which allow to

design and produce slim elements of intricate shapes, curved and with variable texture according to the client’s demands,

and to realiye project that were difficult or impossible in the traditional reinforced concrete technology. This article some

of the interesting constructions and brigs attention to specific features of the material used for the facade elements.



Obr. 1a

Obr. 1b

Obr. 1c

Obr. 1d

Obr. 1e



Bednění použité pro fasádní panely na budově Atria nebylo

příliš složité. S pečlivě načasovanou betonáží a odbedněním

se podařilo vyrobit panely s vnější plochou zdobenou jem-

ným žebrováním (výška žebra 5 mm a šířka 10 až 15 mm).

Podkladem pro žebrovaný vzor byl ručně kreslený návrh archi-

tekta, který byl později přenesen na matrice vkládané do forem.

Pro fasádu bylo vyrobeno cca 690 panelů ve třech různých

formách. Běžná betonářská výztuž nebyla vůbec použita.

Všechny panely jsou vysoké 1 300 mm a jejich šířka se mění

od 750 do 2 150 mm, přičemž nejvíce panelů bylo vyrobeno

v šířce 1 300 mm. Očekávané změny rozměrů panelu vyvolá-

vané změnami vnější teploty (rozdíl nejnižších zimních a nejvyš-

ších letních vnějších teplot může běžně dosahovat přes 55 °C)

jsou vyřešeny v rámci závěsného systému. Panely do šířky

1 450 mm jsou podepřeny ve čtyřech místech, širší v šesti.

T E X T U R A

Autobusové centrum RATP v Thiais na okraji Paříže (navržené

ateliérem ECDM – Emmanuel Combarel a Dominique Marrec)

je pokryto fasádou z UHPC (Ductal) s texturou v „Lego“ stylu,

která je symbolikou protismykové úpravy pojížděných povr-

chů [3]. Stavba jakoby vyrůstá z manipulační a odstavné plo-

chy autobusů a fasádní panely tloušťky 30 mm ji pokrývají

spojitě od země až po střechu. Výrazná pravidelná textura

Obr. 1 Fasády budovy The Atrium v Britské Kolumbii, Kanada, DÁmbrosio Architecture

+ Urbanism, a) fasády se zakřivenými parapetními panely, b) vstup do budovy, c) lití čerstvé

směsi UHPC do formy, d) detail panelu, e) detail povrchu panelu l Fig. 1 Facades

of The Atrium building in British Columbia, Canada, DÁmbrosio Architecture + Urbanism,

a) facades with curved windowsill panels, b) building entrance, c) pouring of the fresh UHPC

mixture into the form, d) detail of the panel, e) detail of the panel surface

Obr. 2 Autobusové centrum RATP v Thiais, Paříž, ateliér ECDM – Emmanuel Combarel

a Dominique Marrec, a) celkový pohled, b) detail povrchu panelu l Fig. 2 Bus centre

RATP in Thiais, Paris, ECDM Atelier – Emmanuel Combarel a Dominique Marrec, a) general

view, b) detail of the panel surface

Obr. 2a

Obr. 2b



povrchů panelů vytváří v barevných odrazech na skleněných

stěnách zajímavá moaré, obr. 2 .

Práci na projektu budovy předcházelo dlouhé období kon-

zultací, diskuzí o fasádě, výroby prototypů panelů a jejich

zkoušení. Obtížná byla i fáze návrhu a přípravy bednění pro

rovinné ale zejména zakřivené plochy. Na budově jsou použity

panely s konkávními i konvexními plochami. Přípravné obdo-

bí bylo ukončeno až po té, co bylo zřejmé, že projekt splní

všechny požadavky z hlediska trvanlivosti konstrukce a eko-

nomiky nákladů. UHPC byl klíčovým prvkem, jež tvoří obálku,

kůži stavby a dává jí neopakovatelný výraz. Tekutost materiálu

umožnila vytvořit mnohokrát opakované otisky forem v neob-

vyklé přesnosti a jemnosti. Tmavošedá fasáda s kruhovými

výstupky je zcela stejná na plochách přilehlých k budově, svis-

lých stěnách i zaoblených horních hranách střešní atiky.

Bylo vyrobeno 378 fasádních panelů o celkové ploše

12 000 m2. Bylo třeba vyřešit řadu technických a technolo-

gických problémů spojených se zajištěním přesného tvaru

97 000 nízkých výstupků tvaru komolého kuželu (24 mm prů-

měr, 7 mm výška) v pravidelném rastru s 12mm mezerou bez

ohledu na zakřivení plochy fasádního panelu. Pro výrobu forem

i vlastních panelů bylo třeba rozpracovat návrh do všech detai-

lů a přesně a pečlivě rozplánovat a popsat i všechny nutné

servisní práce (od skladování a čistění forem po přesnou iden-

Obr. 3a

Obr. 3b Obr. 3c



tifikaci všech panelů včetně jejich umístění v konstrukci), které

realizace projektu vyžadovala. Pro osazování panelů na fasádu

byl navržen a odzkoušen jednoduchý závěsný systém z prvků

z nerezavějící oceli, který celou fázi významně usnadnil.

F A S Á D N Í P A N E L Y S O T V O R Y

A M Ř Í Ž O V I N Y

Fasády sestavené z panelů s otvory geometrických tvarů nebo

rostlinnými motivy jsou velmi atraktivní a architekti je rádi pou-

žívají pro zastínění budovy před dopadem ostrého slunečního

světla, či přehřívání vnitřních prostor nebo ochránění před hlu-

kem a ruchem obklopujícího městského prostředí.

Obr. 3 Přístavba radnice v Plescop, Morbihan, Bretaň, Francie, ateliér L hyver-Brechet-

Lohé, a) celkový pohled na fasádu, b) a c) detaily fasády l Fig. 3 Annex to the Plescop

Town Hall, Morbihan, Bretagne, France, L hyver-Brechet-Lohé Atelier, a) general view, b) and

c) detail of the facade

Obr. 4 Rozšíření Městského muzea moderního umění v Lille, Manuelle Gautrand,

a) pohled na fasády dostavby z parku (fotografie Philippe Ruault), b) interiér výstavního

sálu (fotografie Max Lerouge), c) večerní kontrasty (fotografie Max Lerouge)

l Fig. 4 Annexe to the City Museum of Modern Arts in Lille, Manuelle Gautrand,

a) view at the annexe facade from the park (Photo Philippe Ruault), b) interior of the

exhibition hall (Photo Max Lerouge), c) night contrasts (Photo Max Lerouge)

Obr. 4b

Obr. 4a

Obr. 4c



Tradiční děrované fasádní panely jsou vyráběny z lakované

nebo nerezové oceli, hliníku, dříve se používala i litina. UHPC

(Ductal) nabízí alternativy k vytváření různých dekorativních

prvků, které jsou trvanlivé a jejich výroba vyžaduje významně

nižší množství energie a času.

Architektonický ateliér Lhyver-Brechet-Lohé navrhnul roz-

šíření radnice městečka Plescop v oblasti Morbihan na

jihu francouzské Bretaně [1]. Bílé, vyztužené panely s 50 %

otvorů jsou vyrobeny z Ductalu a pokrývají 2. NP budo-

vy, obr. 3 . Panely šesti různých typů, největší o rozmě-

rech až 5,5 x 3,9 x 0,1 m, pokrývají více než 170 m2

fasády.

Uspořádání muzeálních expozic často vyžaduje práci s den-

ním světlem. Ve stejném čase však vystavené exponáty musí

zůstat chráněny před možným poškozením dopadem UV

paprsků. Unikátní UHPC mřížovina fasády navržená archi-

tektkou Manuelle Gautrand pro rozšíření Městského muzea

moderního umění v Lille připomínající lehký závoj je krásným

příkladem, jak oba, zdánlivě neslučitelné, požadavky vyře-

šit, obr. 4 . Architektka vycházela při návrhu nových částí

muzea z jeho původních architektonicky cenných budov

(1983). Výraz nové přístavby však měl být zcela současný [4].

Umělecká díla jsou často velmi „křehká“ a je třeba je chrá-

nit, přičemž využití denního světla může významně přispět

Obr. 5b

Obr. 5a

Obr. 5c



k vytvoření správné atmosféry expozice. Z nové části muzea

se otevírají krásné výhledy do přilehlého parku a autorka je

citlivě využila ve svém návrhu. Závoj z Ductalu splnil funkční

i estetické požadavky a dal novým budovám jedinečný výraz.

Výrazně děrované (30 %) UHPC stěnové panely šířky 5,5 m,

výšky 3 až 8 m a tloušťky jen 70 až 90 mm pokrývají 185 m2

fasády nové přístavby.

Komunitní centrum ve francouzském Sedanu bylo postaveno

v roce 2008 jako část regeneračního programu problematic-

ké časti města. Architekt Philippe Gilbert navrhnul dvojitou

fasádu, aby ochránil vnitřní prostor oddělený bohatě proskle-

nou fasádou, obr. 5 , [1]. Na západní a jižní straně budovy jsou

fasády kryty stěnovými panely z Ductalu (2 x 4 m, tloušťky

45 mm) s hustou perforací (30 %) kruhovými a protáhlými

otvory, které dovolují dovnitř proniknout jen úzkým kuželům

slunečního světla. 330 m2 panelů bylo na fasády osazeno

během dvaceti dnů.

Jako část revitalizace průmyslové oblasti Rive Gauche ZAC

ve 13. pařížské čtvrti ležící na levém břehu Seiny, architekti

z ateliéru Badia-Berger navrhli několik bloků bytových domů,

které upoutají pozornost kolemjdoucích – zelené výhonky

vinně révy šplhají po fasádě a vytvářejí zajímavou vertikální

krajinu, obr. 6 , [1]. Bytové domy stojí v sousedství prestižní

budovy Národní knihovny (1996) a pařížské Školy architektury

Val de Seine (2006), proto architekti hledali něco nadčasového

než jen stěny porostlé zelení, jejichž udržování v dobrém stavu

je přece jen finančně dosti náročné. Zkusili převést představu

pnoucích se rostlin do abstraktní mřížoviny stínících fasádních

panelů. Výsledkem je 44 kusů panelů z UHPC (Ductal). Tvar

mřížoviny na panelech výšky 6,6 m (přes dvě podlaží) a šířky

2,3 m navrhla malířka Elisabeth Guilhem, která se ve své

tvorbě nechává často inspirovat rostlinou říší. Plochu panelu

(15 m2) tvoří 50 % materiálu a z 50 % otvory a při tloušťce 70 až

90 mm váží každý 1,8 t. Při jejich osazení na okraj balkónové

desky jsou dodržena všechna normová omezení pro zatížení

balkónů.

Obr. 5 Komunitní centrum v Sedanu, Francie, Philippe Gilbert, a), b) proměny fasády

během dne, c) detail rohu fasády, d) interiér budovy l Fig. 5 Community centre in

Sedan, France, Philippe Gilbert, a), b) changes of the facade during the day, c) detail of the

corner of the facade, d) interior of the building

Obr. 6 Fasáda bytového domu ZAC, Paříž, Francie, Badia-Berger a Elisabeth Guilhem l

Fig. 6 Facade of the apartment house YAC, Paris, France, Badia-Berger a Elisabeth

Guilhem

Obr. 6Obr. 5d



L E H K É F A S Á D Y

Nový samonosný fasádní systém s dlouhodobou trvanlivos-

tí je tvořen sendvičovými panely, kde je 200 a 300 mm silná

vrstva tepelné izolace kryta 30 mm UHPC (Ductal). Systém

brání vzniku tepelných mostů na styku stropní konstruk-

ce s fasádou, chrání fasádu proti pronikání srážkové vody

a dává naprostou volnost v umisťování okenních otvorů,

neboť panely neobsahují konvenční výztuž železobetonu.

Poprvé byl nový systém využit na budově mateřské školky

Pierre Budin Daycare (květen 2012) v 18. pařížském obvo-

du, kterou navrhnul architekt Dominique Marrec z ateliéru

ECDM, obr. 7 , [1]. Rohová budova na křižovatce rušné Rue

Obr. 7a Obr. 7c

Obr. 7b

Obr. 7d



Poissonniere a Rue Budin je navržena jako nízkoenergetická.

Její bílá fasáda o ploše 520 m2 vyrobená z Ductalu s příměsí

TiO2 je zvlněná ve vodorovném i svislém směru.

Dalo by se říci, že lehkou fasádou je i výrazně vykonzolova-

ná střecha Villy Navarra, obr. 8 , od architekta Rudi Ricciotti

[5]. Jen mírně vyspádovanou konstrukci střechy navrhnul

architekt ze sedmnácti 9,25 m dlouhých U nosníků širokých

2,35 m. Volná vykonzolovaná část přesahuje o 7,8 m přes

skleněnou fasádu a brání tak pohledům z okolí do vnitř-

ních soukromých prostor. Nosníky z Ductalu jsou po délce

vyztuženy nízkými žebry, která mají v hřebeni střechy výšku

510 mm a k okraji se snižují, až zcela vymizí. 1,41 m široký

pás podél podélného okraje střechy je na každém nosníku

odlehčen pěti 2,1 m dlouhými příčnými otvory. V těchto mís-

tech je panel střechy vysoký jen 30 mm. Sluneční paprsky

pronikají otvory v tmavé střeše a posunují po podlaze široké

terasy jasné ovály.

Z Á V Ě R

UHPC vyztužený jemnými vlákny (Ductal) přináší do archi-

tektonické tvorby nové inovativní možnosti. Svou velmi vyso-

kou pevností a houževnatostí dovoluje navrhovat štíhlé nebo

velmi tenké prvky v rozměrech ocelových konstrukcí avšak

bez komplikovaných spojů jednoduše lité do formy téměř

libovolného tvaru. Konstrukce překvapují minimálními nároky

na údržbu a vysokou trvanlivostí.

Samozřejmě, že je třeba počítat s úpravou norem, které

ve svých předpisech zahrnují všechna doporučení pro správ-

ný a bezpečný návrh konstrukcí, aby obsahovaly i charakte-

ristiky a chování nového materiálu. Avšak bez zájmu veřej-

nosti (trhu) o použití nového materiálu by nebyl žádný zájem

normy měnit.

Cena materiálu, která je důležitou položkou rozpočtu pro-

jektu, však bude vyvážena při komplexním pohledu na celo-

životní náklady stavby, nulovou cenou za další nepotřebné

konstrukční prvky (povrchové vrstvy a úpravy), nízkou cenou

za údržbu a vysokou trvanlivostí materiálu.

Ukázky použití UHPC představené v tomto článku jsou jen

malou částí úspěšných architektonických projektů, které byly

od roku 2000, kdy byl materiál představen veřejnosti, dokon-

čeny a předány vlastníkům a uživatelům.

Hranice možností využití ultra vysokohodnotných betonů jsou

posunovány dále invencí architektů a konstrukčních inženýrů.

Jen na nich záleží, jaké stavby vyrostou kolem nás v příštích

měsících a letech. Postupný růst obliby betonových materiá-

lů se projevuje i v české společnosti. Je proto velmi důležité

poskytnout veřejnosti dostatek informací, aby si uvědomila,

co vše může po architektech a inženýrech žádat.

Redakce časopisu Beton TKS děkuje společnosti Lafarge za všechny fotografie

publikované v článku.

Fotografie 1, 2, 3, 5, 6 a 7 Médiatheque Lafarge

Obr. 7 Pierre Budin Daycare Paříž, Francie, Dominique Marrec, ECDM, a), b) pohledy

na fasády, c) výroba teploizolačního panelu, d) osazování panelu na nosnou konstrukci

budovy l Fig. 7 Pierre Budin Daycare Paris, France, Dominique Marrec, ECDM,

a), b) view to the facades, c) manufacturing of the thermal insulation panel, d) mounting

of the panel onto the bearing structure of the building

Obr. 8 Villa Navarra, Rudi Ricciotti, a) konzola střechy odlehčená otvory (fotografie

Philippe Ruault), b) střešní nosníky ve tvaru plochého U (fotografie Philippe Ruault)

l Fig. 8 Villa Navarra, Rudi Ricciotti, a) cantilever of the roof with holes reducing dead

load (Photo Philippe Ruault), c) roof beams in the shape of flat U (Photo Philippe Ruault)

Literatura:

[1] www.ductal-lafarge.com

[2] Henry K. A., Seibert P. I.: Filigree dreams, opus C, 6.2011, str. 42–46

[3] Combarel E., Marrec D.: Administrativní budova a operační centrum autobu-

sové dopravy v Thais na okraji Paříže, Beton TKS 1/2011, str. 8–9

[4] Gautrand M.: Rozšíření Muzea moderního umění ve francouzském Lille,

Beton TKS 1/2011, str. 10–13

[5] Vila Navarra, Beton TKS 1/2010, str. 27–29

Obr. 8a Obr. 8b


069V L Á K N O B E T O N | F I B R E R E I N F O R C E D C O N C R E T E

C O J E V L Á K N O B E T O N A O D K U D P Ř I Š E L

V současné stavební praxi je vláknobeton stále většinou

považován za nový materiál. Samotný princip přimíšení pev-

ných vláken za účelem snížení přirozené a nežádoucí křeh-

kosti běžné stavební hmoty je však dávný vynález. Už staří

Babyloňané přišli na to, že je lepší stavět ze sušených cihel,

v kterých byla do jílu ještě v měkkém stavu přimíšena pevná

přírodní vlákna, např. sláma. Užitečné vláknité kompozity toho

druhu jsou už tedy v použití po tisíciletí a v některých čás-

tech světa přetrvávají dodnes. Prostý beton je také starobylý

stavební materiál, je pevný, ale křehký. První zdařilé uplatnění

vláken pro snížení jeho křehkosti a tedy vývoj moderního vlák-

nobetonu využitého ve stavební praxi, lze najít na počátku 20.

století. Byl to azbestocement, na jehož masovou výrobu byla

přizpůsobena existující papírenská technologie.

Začátkem šedesátých let 20. století nastalo nové období vel-

kého zájmu o „vyztužování“ křehkých stavebních hmot vlák-

ny. Objevily se první drátkobetony (SFRC) a sklovláknoce-

ment (GRC). Nastal rychlý rozvoj technologie různých vláken

se stále vyššími technickými parametry, jako pevnost v tahu

a modul pružnosti (uhlíková vlákna, aramidová aj.). Současně

byly potvrzeny karcinogenní účinky azbestu a bylo nutno najít

rychle náhradu. Navíc, se stářím azbestocement také značně

křehnul. Do betonu byla tedy pokusně přidávána nejrůznější

vlákna; první uplatnění ve stavební praxi však našly tři druhy:

ocelové drátky, skelná vlákna a polypropylenová vlákna.

Náhrada azbestocementu byla posléze nalezena ve směsi

celulózových a skelných vláken.

Vývoj nových vláken povzbuzovaly optimistické předpovědi

výroby kompozitů na základě cementu/betonu s mechanic-

kými vlastnostmi řádově vyššími než u běžných stavebních

materiálů. Navíc, vysoká pevnost byla docilována s nízkou

celkovou hmotností. Vycházelo se z předpokladu plného vyu-

žití vysokých vlastností jak nových vláken, tak vylepšených

cementových/betonových matricí (pevnost) a jejich plného

teoretického spolupůsobení. V některých případech to sku-

tečně bylo v laboratorním prostředí docíleno a vláknobetony

se staly velmi populárním tématem výzkumu po celém světě.

Očekávalo se, že vynikající vlastnosti povedou ke zvýšené

poptávce a výrobě a následnému poklesu počátečně vždy

vyšší ceny vláknobetonů na přijatelnou úroveň.

H L A V N Í P Ř I D A N É H O D N O T Y

V L Á K N O B E T O N U

Původní, velmi optimistické předpovědi pro uplatnění vlák-

nobetonu předvídaly celou řadu nových a zvýšených

vlastností:

❙ Současně vyšší pevnost i houževnatost ve srovnání

s prostou matricí. Očekávalo se, že vláknobeton bude

v pevnosti soutěžit s klasickým železobetonem a navíc

bude zaručeně mnohem houževnatější. S růstem hou-

ževnatosti obvykle souvisí zvýšení odolnosti při namá-

hání rázy, explozí a jinými formami dynamického zatí-

žení, které může dosahovat hodnot řádově vyšších než

u prosté matrice.

❙ Úplná nebo částečná záměna tradiční výztuže

v podobě ocelových prutů za rozptýlená a relativně krátká

ocelová vlákna umožní zrychlení, zjednodušení a tedy

zlevnění výroby nosných stavebních prvků. Vyloučení

pracovních spár u podlah, eliminace smykové výztuže.

Odpadla by často složitá výroba a umisťování tradičních

sestav výztuže do bednění.

❙ Výroba stavebních prvků v tvarech, které nebylo

možno vyrobit z normálního železobetonu – vlákno-

beton z krátkých nebo ohebných vláken lze použít pro

složité tvary, které dříve nešlo vyztužit.

❙ Výroba tenkostěnných stavebních prvků, zvláště

s využitím větší volnosti tvaru, vedoucí ke snížení

celkové hmotnosti konstrukce při zachování pevnosti

a k následným úsporám na dopravě, montáži a celko-

vé váze konstrukce. Výsledkem jsou nižší požadavky

na základy a také lepší seizmická odolnost.

V L Á K N O B E TO N | F I B R E R E I N F O RC E D C O N C R E T EP E T E R J M B A R T O Š

Oblast kompozitů kombinujících matrice na základě cementu (žádné nebo jen jemné kamenivo) nebo betonu a nejrůznější vlákna se za posled-

ních několik desetiletí velice rozšířila. Komplexní posouzení všech vláknobetonů a současného stavu jejich využití ve stavebnictví, srovnání

s dřívějšími předpoklady a identifikace všech míst nedostatečně pokrytých výzkumem by vyžadovalo studii zcela mimo možný rozsah této

publikace. Po krátkém přehledu historického vývoje vláknobetonu a možných „přidaných hodnot“ je obsah článku zaměřen na hlavní důvody,

proč původní předpovědi využití nebyly splněny, a kde je podle názoru autora ještě zapotřebí více výzkumu. | Last few decades have seen

a substantial widening of the range of composites in which a concrete matrix is reinforced with a variety of fibres. An all-embracing review of

current performance and practical uses of such composites in construction together with identification of all areas where additional research

may be needed is beyond the scope of this publication. The paper therefore begins with a brief outline of historical development of main

types of fibre reinforced concrete and reviews key potential advantages and ‘added values’, as they were predicted in early stages of their

development. Initial predictions of performance and applications of selected fibre reinforced concretes are then compared with those found

in current construction practice. Main reasons why not all of the optimistic aims and predictions have been achieved are then discussed and

specific topics where research and development is still required are pointed out.


070 V L Á K N O B E T O N | F I B R E R E I N F O R C E D C O N C R E T E

❙ Vyšší trvanlivost vláknobetonu, vzhledem k tomu, že

při překročení pevnosti nebo limitu přetvoření matrice

nedochází k tvorbě velkých ojedinělých trhlin. Místo toho

se postupně tvoří velké množství velmi úzkých trhli-

nek, omezujících průnik korozivních látek do beto-

nu. To platí zejména v případě použití vláken odolných

proti korozi, ale i tenká vlákna z normální oceli se ukázala

překvapivě odolná vůči postupu koroze od konců vláken

exponovaných na jeho povrchu dovnitř stavebního prvku.

❙ Použití přírodních vláken, zvláště vláken, která dosud

neměla komerční využití a byla často odpadem z jiné-

ho průmyslového procesu. Pevná přírodní vlákna dávají

možnost výroby levného a udržitelného vláknobeto-

nu zvláště pro potřeby výstavby v rozvojových zemích.

Výrobní proces nevyžaduje velké investice, snižují se

náklady na dopravu a dovoz ze zahraničí.

P R O Č N E N Í V L Á K N O B E T O N V Í C E

R O Z Š Í Ř E N Ý ?

Po desetiletích výzkumu, nepřeberném množství vědeckých

článků a publikací a velkém úsilí se vláknobeton skutečně

užívá v současné stavební praxi. K očekávanému, opravdu

širokému uplatnění a podstatnému nahrazení tradičních sta-

vebních hmot však dodnes nedošlo. Předpovědi se ukázaly

příliš optimistické a komerčně únosná výroba zůstává obtížná

a omezená. Dodnes je uplatnění vláknobetonu ve všech jeho

různých formách mnohem menší, než lze usoudit z dlouhého

seznamu přidaných hodnot, které vláknobeton může přinést.

Důvodů k uvedenému stavu je celá řada a jednotlivé vlivy jsou

často vzájemně závislé a propojené a jejich závažnost je pro-

měnlivá. Některé z těch podstatných jsou:

Pevnost a houževnatost

Zvýšení základní pevnosti kompozitu (max. zatížení tahem

či ohybem, při kterém se objeví první trhlina) způsobené

vlivem rozptýlené vláknité výztuže, oproti pevnosti matrice

samé, a docílené v praktické výrobě, je dosud vesměs

malé, často zanedbatelné. Pevnost v tlaku se dokonce může

snížit, např. přidáním některých polymerních vláken.

Rozptýlená vlákna však mohou podstatně zvýšit konečnou

pevnost, tj. maximální zatížení, které zkušební prvek snese.

To je však docíleno až po značném přetvoření (např. průhy-

bu), které ve většině praktického použití převyšuje přijatelné

praktické hodnoty, současně s tvorbou mnoha velmi úzkých

trhlinek. Příkladem byla průmyslově vyráběná tenkostěnná

cementová krytina s polymerními vlákny. Takový vláknobeton

měl vysokou konečnou pevnost, ale až při velkém průhybu

a v doprovodu velkého množství sice velmi úzkých avšak

viditelných trhlinek. Zákazníky se nepodařilo přesvědčit, že

výrobek je bezpečný a provoz po čase zanikl.

Problémy s pevností vedly k soustředění propagace vlák-

nobetonů na jejich unikátně vysokou houževnatost.

Vláknobetony běžně vykazují vysokou přetvárnou práci

související se schopností udržovat užitečnou únosnost i při

velkých přetvořeních. Houževnatost a přidružené vlastnosti

vycházejí z lomového procesu kompozitu, při kterém dochází

k vytahování a přetrhávání vláken současně s růstem počtu

a šířky trhlin v křehké matrici. Na rozdíl od pevnosti, houžev-

natost lze docílit snadno i u průmyslově vyráběných vlák-

nobetonů. Houževnatost je užitečná vlastnost, po které se

poptávka postupně zvedla, málokdy je avšak specifikovaná.

Spolupůsobení mezi vlákny a matricemi

Prvotní optimistické předpovědi širokého využití vláknobeto-

nů předpokládaly plnohodnotné „kompozitní“ spolupůsobení

vláken a betonové matrice. To závisí na soudržnosti mezi vlák-

ny a matricemi. Soudržnost je tedy jedním ze základních

parametrů a její změny jak se stářím kompozitu, tak v ode-

zvě na různé druhy zatěžování/přetváření mají převládající vliv

na jeho chování.

Velká většina vláken s praktickým využitím ve vláknobetonu

(ocelové drátky, polymerická vlákna aj.) vykazuje velmi nízkou

přirozenou soudržnost se zatvrdlým betonem. Běžné oce-

lové drátky mají modul pružnosti dostatečně vyšší než beto-

nové matrice, nabízejí tedy skutečné „vyztužení“ a vysokohod-

notný výsledný kompozit (pevnost i houževnatost). Problém

však je, že bez přirozené soudržnosti (adheze) se taková vlák-

na během přetvoření kompozitu ve velké většině jen vytahují

z matrice, a jejich vysoká pevnost tak není využita. Kompozitní

chování se proto zlepšuje různými druhy zvyšování soudržnos-

ti na základě mechanického „zakotvení“. Nejběžnější, výrobně

nejsnazší a nejméně nákladné, je vytvoření „háků“ na koncích

jednotlivých drátků, nebo je možno drátky ve výrobě různým

způsobem deformovat. Tím je docílen „mechanický“ odpor

při jejich vytahování. Postupující vytahování a zvyšování počtu

tenkých trhlin dává takovému vláknobetonu jeho houževnatost.

Existují vlákna, např. z „kovového skla/amorfní oceli“ (Fibra-

flex), která mají neobvykle vysokou přirozenou soudržnost

s cementovou matricí. Taková vlákna plně spolupůsobí

s matricí bez jakéhokoliv „mechanického kotvení“ a kompo-

zit nabývá značně na pevnosti. Vlákna jsou ohebná, dobře

mísitelná bez zvláštních opatření a mají pevnost v tahu kolem

2 400 MPa. Jsou však křehká, a protože vysoká soudržnost

nedovoluje jejich vytahování z matrice v dostatečné míře (krát-

ká kritická kotevní délka), vláknobeton je sice pevnější, ale

zůstává křehký s malým přírůstkem houževnatosti. Podobné

výsledky je možno docílit použitím vysokopevnostních matricí

s jinými druhy vláken, kde je vyvinuta soudržnost dostatečná

pro zvýšení základní pevnosti při první trhlině, ale opět na úkor

houževnatosti.

Zcela ojedinělá situace nastává při použití skelných vláken.

Běžná skelná vlákna jsou vyráběna ve svazcích o počtu kolem

200 vláken, každé cca 10 μm v průměru. Při výrobě kompozi-

tu se některé svazky rozpadnou do menších, avšak ne na jed-

notlivá vlákna. Svazky vláken zde představují základní

prvek výztuže. Chování a vlastnosti skelné výztuže se navíc

mění s časem, v podstatě podle změn hodnoty soudržnos-

ti jak mezi okrajovými vlákny svazku a matricí, s kterou jsou

v doteku, tak mezi jednotlivými vlákny uvnitř svazku. Existuje

stav, v kterém sklovláknobeton nabývá jak vyšší pevnosti

(vysoká soudržnost mezi okrajovými vlákny svazků a souse-

dící matricí), tak houževnatosti (nízká soudržnost mezi vlákny

uvnitř svazků) a při přetvoření proto dochází k „teleskopic-

kému“ typu lomu. V tom případě okrajová vlákna přispívají

k pevnosti kompozitu, zatímco vlákna uvnitř svazku jsou akti-

vována později a postupně se vytahují či přetrhávají. Vnitřní



vlákna tak dodávají kompozitu jeho houževnatost. To je velice

vítané, optimální chování, v praxi je však omezeno na krátké

období po výrobě. Soudržnost ve sklovláknobetonu se mění

s časem a vlivem okolního prostředí. Jak soudržnost roste,

tak počáteční houževnatost klesá. V případě skelných vláken

jsou v praxi používána vlákna odolná proti korozi v alkalickém

prostředí betonů z obyčejných druhů cementu.

Současné přidání dvou druhů vláken: s vysokou soudržností

(vyšší pevnost, vlákna se přetrhávají) a s nízkou soudržností

(vlákna se vytahují) a modulem pružnosti nabízí teoretickou

alternativu ke svazkům skelných vláken. Taková „hybridní“

vláknitá výztuž však v praktické výrobě naráží na značné

problémy s rovnoměrným rozptýlením obou druhů vláken,

na interference mezi oběma druhy vláken a kamenivem,

a snížením jejich prakticky dosažitelné celkové koncentrace.

Zhutňování čerstvé směsi je obvykle obtížnější.

Koncentrace a rovnoměrnost rozptýlení vláken

Účinnost rozptýlených vláken nezáleží jen na soudržnos-

ti. Všechny vláknobetony se v praktickém uplatnění potýkají

s nevyhnutelnými problémy správného množství a koncentra-

ce vláken a jejich rovnoměrného rozptýlení a orientace.

Obsah vláken v běžných vláknobetonech na základě kovových

(ocelových) drátků je obvykle menší než 2 % podle objemu.

Velmi tenká vlákna, kterých je při stejné koncentraci mnoho-

násobně větší počet na jednotku objemu kompozitu, znatelně

ovlivňují vlastnosti vláknobetonu už při obsahu kolem 0,1 %,

nebo i méně. U sklovláknobetonu je při nejběžnějším výrobním

postupu stříkáním docilován obsah nejvýše 5 % řezaných vlá-

ken. Zamícháváním lze docílit dostatečně homogenní sklovlák-

nobeton s obsahem vláken jen do 3,5 %.

V současné době není k dispozici praktický způsob, jak zvýšit

koncentraci ocelových vláken a dostat se do rozmezí přibližně

2 až 7 %. Obsah ocelových vláken lze zvýšit nad cca 7 %, ale

jen použitím náročného výrobního postupu „Sifcon“. Zde jsou

nejdříve vlákna samotná uložena do formy či bednění a meze-

ry mezi vlákny jsou potom vyplněny vysokohodnotným čerst-

Obr. 1 Drátkobetonová podlaha ve skladové hale, použita ocelová vlákna KrampeHarex

DE 50/1,0 N (fotografie KrampeHarex CZ, s. r. o.) l Fig. 1 A large warehouse with

a steel fibre reinforced concrete floor, steel fibres KrampeHarex DE 50/1,0 N (Photo courtesy

of KrampeHarex CZ, s. r. o.)

Obr. 1



vým jemným betonem, nebo cementovou kaší, za pomoci

vibrace. V laboratoři byly docíleny koncentrace ocelových

vláken 15 % i více, podle druhu drátků a při intenzivní vibraci

zkušebních těles během výroby.

Tak vysoká koncentrace vláken zcela mění chování kompozi-

tu. Reakce na zatěžování, zejména v tlaku, vykazuje „zpevňo-

vání při deformaci“, podobně jako při zkoušení kovů. Konečná

pevnost (tah, ohyb) je vysoká a houževnatost takového kom-

pozitu je extrémně vysoká. Nutnost silně vibrovat celou formu

během výroby však po mnoho let velice omezovala praktic-

ké využití. V souvislosti s vývojem samozhutnitelného betonu

byl vyvinut nový druh „Sifconu“, který lze vyrobit bez vibrace,

a tím umožňuje výrobu reálných stavebních nosných prvků

a konstrukcí.

Účinnost rozptýlených vláken navíc závisí na jejich orientaci

vzhledem k směru hlavního napětí. U nahodile rozptýlených

vláken je jenom velmi malý počet vláken rovnoběžný s napě-

tím nebo v mezích malé úhlové odchylky. Docílit často před-

pokládané, rovnoměrné trojrozměrné rozptýlení vláken je však

možné jen teoreticky.

Praktické výrobní postupy totiž nevyhnutelně ovlivňují orien-

taci vláken, kterou je obtížné kontrolovat. Tvar stavebního

prvku, výrobní proces včetně ukládání čerstvého vláknobe-

tonu a případné zhutňování také silně ovlivňují rozptyl vláken.

Obr. 2b Obr. 2c

Obr. 2a



Vlákna mají navíc tendenci se automaticky umísťovat do urči-

té převládající orientace, což znamená, že v jiných směrech je

jich méně. Vláknobeton vyrobený v praxi tedy vykazuje téměř

vždy velmi značnou anizotropii. Jeho vlastnosti (např. pevnost)

se výrazně liší podle úhlu mezi převládající orientací vláken

a směrem zatížení nebo vnitřního napětí.

Vlákna orientovaná jen s malou odchylkou od směru napě-

tí dávají největší přínos pevnosti kompozitu v daném směru.

Vlákna s vyšším úhlem jsou však často ta, která nejvíce přispí-

vají k houževnatosti a jsou „aktivována“ někdy jen po docílení

značného přetvoření kompozitu. Vlákna orientovaná v úhlu

k napětí kolem 90o a za předpokladu, že nemají přirozenou

soudržnost s betonem, pak působí negativně na pevnost

kompozitu. Anizotropie může být někdy vhodná a využitelná,

pokud většina vláken má orientaci ve směru hlavního napětí

a jejich orientace je spolehlivá a kontrolovatelná.

Srovnávání účinností různých vláken v různých koncentracích

je obtížné, protože je nutno vzít v úvahu, kolik vláken je v jed-

notkovém objemu kompozitu v určitém směru. Další snížení

účinnosti, ve fázi po první trhlině, závisí navíc na efektivních

délkách vláken přemosťujících trhliny. Ověření skutečné-

ho rozptýlení vláken ve vláknobetonu je všeobecně obtížné

a nákladné, v některých případech prakticky neproveditelné.

To působí praktické problémy při ověřování kvality výrobků

z většiny vláknobetonů.

Projektování

Nedostatek růstu pevnosti vedl k soustředění optimistické

propagace vláknobetonů na zvýšenou houževnatost, která je

snadno dosažitelná. Předpovědi rychlého a širokého uplatnění

vysoké houževnatosti vláknobetonů v nosných konstrukcích

však nevzaly dostatečně v úvahu stávající projektovou praxi.

Statici-projektanti uvítali materiály, které k požadované pev-

nosti daly navíc značnou houževnatost, za předpokladu jen

mírného zvýšení nákladů. Na rozdíl od požadavků na pev-

nost a modul pružnosti však neexistovaly podklady ani zku-

šenost s definováním požadavků na užitečnou houževnatost.

Souvislosti mezi houževnatostí samotného vláknobetonu

a houževnatým chováním nosného prvku (tvar, velikost atd.)

nebo i celé konstrukce z daného kompozitu také nebyly jasné.

Výzkumné projekty přicházely s množstvím různých způso-

bů, jak houževnatost definovat a měřit. Teprve po roce

2000 došlo ke standardizaci zkušebních postupů pro měření

základních mechanických vlastnosti vláknobetonů s rozptýle-

nými ocelovými vlákny (drátky) a skelnými vlákny a k sjedno-

cení interpretace jejich výsledků. Dodnes však není úplná jed-

nota v základním přístupu k měření houževnatosti. Měřicí zaří-

zení plně vyhovující normovým požadavkům jsou navíc drahá

a nejsou běžným vybavením zkušeben pro stavební hmoty.

Projektová praxe také vyžadovala vytvoření teoretického,

numerického modelu schopného spolehlivě předvídat pře-

tváření různých druhů vláknobetonů v různých zatěžovacích

situacích, který by mohl sloužit jako podklad pro spolehlivé

statické výpočty. Stavební praxe zde zpočátku musela spo-

léhat na značně empirické návody a zkušenosti, nejčastěji

vycházející od samých výrobců vláken, protože numerické

modely z výzkumu byly většinou jen „popisné“, neschop-

né spolehlivých předpovědí. Česká Republika je už řadu let

ve vedoucí mezinárodní pozici v oblasti navrhování drátko-

betonů. První nezávislé a prakticky zaměřené směrnice pro

navrhování zde byly vytvořeny mnohem dříve než jejich mezi-

národní normovaná verze.

Výrobní proces

Tradiční směrnice pro výrobu normálního betonu nedoporu-

čovaly používat kamenivo, které bylo jehlicového tvaru, kde

délka značně převládala nad ostatními rozměry. Přidávání vlá-

ken tedy znamenalo přidávání nevhodné součásti do čerstvé

betonové směsi. Výroba vláknobetonů v praxi pak nevyhnu-

telně narazila na řadu problémů.

Míchání samotné přináší nebezpečí nedostatečného rozptý-

lení vláken, případně jejich nahromadění a tvorbu „ježků“

z tuhých drátků. Různí výrobci vláken řeší zamíchávání různý-

mi technikami, podle druhů vláken. Často je nutno přizpůsobit

normál ní výrobní proces betonu, což zvyšuje výrobní náklady.

Velmi běžné řešení je spojení drátků vodorozpustným lepidlem

do plochých „svazků“ a některé jiné typy (melt-extract, fibra-

flex) je také možno rovnou přidávat do čerstvé směsi jako jiné

kamenivo.

Vláknobetony nejsou vždy vyráběny mícháním. Většina pro-

dukce sklovláknobetonu je stříkáním, vlákna jsou průběžně

řezána a přidávána do směsi přímo ve stříkacím zařízení.

Obdobně je tomu se stříkaným betonem s ocelovými drátky.

Optimalizace délky a průměrů/průřezů drátků vzhledem

k vlastnostem kompozitu a jeho výrobnímu procesu přináší

další obtíže. Všeobecně, čím delší je vlákno, tím vyšší je jeho

teoretická účinnost, ale dlouhá vlákna (> 100 mm) se jen velmi

těžko zamíchávají do čerstvé směsi. Vlákna s větším průmě-

rem nebo průřezem (nemusí být kruhový) mají obvykle vyšší

Obr. 2 a) Prefabrikované betonové ostění tunelu, polypropylénová vlákna PM 12/18;

b) formy s betonářskou výztuží připravené k zalití vláknobetonem, polypropylénová vlákna

PM 12/18; c) doprava hotových prefabrikovaných prvků tunelového ostění, ocelová vlákna

KrampeHarex DE 50/0,8 M (DE 60/0,8 M) (fotografie KrampeHarex CZ, s. r. o.) l

Fig. 2 a) Precast segments of a tunnel lining made of steel fibre reinforced concrete,

polypropylen fibres PM 12/18; b) formwork with main steel reinforcement, ready for

filling with fresh steel fibre reinforced concrete (SFRC), polypropylen fibres PM 12/18;

c) precast SFRC tunnel segments en route to a site, steel fibres KrampeHarex DE 50/0,8 M

(DE 60/0,8 M) (Photo courtesy of KrampeHarex CZ, s. r. o.)

Obr. 3 Nástřik drátkobetonu pro primární tunelové ostění, ocelová vlákna KrampeHarex

DE 30/0,5 N (fotografie KrampeHarex CZ, s. r. o.) l Fig. 3 Sprayed steel fibre

reinforced concrete used as primary lining of a freshly excavated tunnel, steel fibres

KrampeHarex DE 30/0,5 N (Photo courtesy of KrampeHarex CZ, s. r. o.)

Obr. 3



tahovou kapacitu, ale jsou většinou neohebná, podstatně

zhoršují zhutnitelnost čerstvé směsi. Tenká vlákna jsou lépe

zamíchatelná, ale velmi tenká mikrovlákna opět silně snižují

zpracovatelnost čerstvého vláknobetonu.

Výroba vláknobetonů s přírodními vlákny (sisal, vlákna z ole-

jových palem, kokosová vlákna aj.) se přes řadu pokusných

provozů nedokázala udržet. Hlavním důvodem nebyly mecha-

nické vlastnosti vláken, ale jejich kvalita. Proces získávání pří-

rodních vláken byl často složitý a zaručit přijatelnou kvalitu

a úroveň kritických charakteristik (délka, pevnost) se ukázalo

být velmi obtížné. Docílit stálou kvalitu a trvale nízké náklady

a uplatnit takové vláknobetony v prostředí tropických rozvojo-

vých zemí se zatím nepodařilo.

Ekonomika

Klíčovým faktorem, běžně opomíjeným ve vědeckých pracích

o znamujících další a další vynikající výsledky z laboratoří, je

cel ková ekonomika vláknobetonu. Není vyloučeno, že téměř

všech na existující vlákna, včetně „exotických“ typů vyrobených

původně pro jiné kompozity nebo využití (např. carbon nano-

-tubes), byla už také pokusně zamíchána do betonu, často bez

ohledu, zda by nový kompozit mohl mít užitečné vlastnosti nebo

cena vláken byla v rámci přijatelnosti. Vysoké ceny jak různých

vysokohod notných druhů vláken (např. mikrovlákna), tak spe-

ciálních matricí (reaktivní pojiva atd.) automaticky zvyšují cenu

Obr. 4a

Obr. 4b



kompozitu a podstatně omezují širší praktická použití. Uplatnění

je potom jen v mimořádných, často jen „ukázkových“ projek-

tech, kde je po užití vláknobetonu buď nezbytné, nebo náklady

nehrají hlavní roli.

Relativně malé praktické využití pak znamená, že jen málo

pracovníků jak v projekci, tak ve stavební praxi získává

nezbytnou osobní zkušenost a s tím i důvěru v možnosti

a spolehlivost vláknobetonu. Současná ekonomická situa-

ce, která zvýšila konkurenci, znamená, že řadový projektant

nemá čas na hledání informací a nastudování nových postu-

pů. Má-li výběr, zvolí běžný, méně nákladný přístup. Statické

navrhování nosných prvků jak z ocelového drátkobetonu, tak

ze sklovláknobetonu, stejně jako jejich specifikace a kontrola

docílené kvality vyžadují získávání nových znalostí.

Výroba vysokohodnotných vláknobetonů, jako jsou sklovlák-

nobetony, vyžaduje vyšší než běžný stupeň výrobní kontroly

a práci s všeobecně menšími tolerancemi. Zaučování pracov-

níků přináší další náklady. Bez dostatečného zaučení může

dojít k chybám, které mají nejen finanční dopad na jednotli-

vého dodavatele, ale vyvolávají negativní publicitu a podlamují

důvěru v uplatnění vláknobetonů všeho druhu. Příkladem byl

sklovláknobeton, jehož rychle stoupající uplatňování koncem

sedmdesátých let bylo na více než desetiletí zcela zabrzděno

ztrátou důvěry v důsledku řady problémů s kvalitou dokon-

čených projektů. Problém nebyl materiál sám, ale podceně-

ní nutnosti vyšší úrovně dohledu a zručnosti zaměstnanců,

které nebyly běžné v normální betonářské stavební výrobě.

Další, všudypřítomný ekonomický faktor, který stojí za sou-

časnou situací a nezdá se být na ústupu, jsou nedostatečné

investice do výzkumu/vývoje zaměřeného na problematiku

přenosu výsledků laboratorního výzkumu do stavební

praxe, na trh stavebních hmot. Investice do takového vývoje

musí přijít jak ze strany výrobců vláken, tak ze strany budou-

cích dodavatelů staveb a navíc i z národních/mezinárodních

zdrojů. Informace o nových vláknobetonech přicházející jen

od výrobců vláken nejsou nezávislé a nemusí být ucelené.

Bez srozumitelných návodů, jak vláknobetony specifikovat,

Obr. 4 Fasádní prvky z vytlačovaného, lisovaného a ohýbaného sklovláknobetonu,

a) administrativní budova Main Point Karlín v Praze, 1. místo na veletrhu MIPIM 2012,

architektonický ateliér DaM, Ing. arch Jiří Hejda, b) detail barevných fasádních prvků

(fotografie Filip Šlapal) l Fig. 4 Facade cladding elements made of pressed,

post-formed, glassfibre reinforced concrete (GRC), a) Main Point Karlin – office building

in Prague, designed by Ing. arch. J. Hejda, DaM Architects, 1st prize at MIPIM exhibition,

2012, b) detail of the multicoloured cladding elements, (Photo of Filip Slapal)

Obr. 5 Sklovláknobetonové fasádní prky stříkané do formy, vnější orámování okenních

výkladců na bytovém domě s tělocvičnou na Petrském nám. v Praze 1 – technologie

umožňuje vyrobit 3D prvky a nároží, architektonický ateliér DaM, Ing. arch Petr Burian

(fotografie Andrea Thiel-Lhotáková) l Fig. 5 GRC cladding, window surrounds,

cornices and corner elements produced by spraying, the process enabled complex 3D

elements to be made, an apartment building with an indoor gym at Petrske sq., Prague 1,

designed by Ing. arch. Petr Burian, DaM Architects, (Photo of Andrea Thiel-Lhotakova)

Obr. 5a Obr. 5b



ekonomicky vyrobit a jejich v praxi docílené „přidané hodno-

ty“ spolehlivými zkouškami ověřit, nelze očekávat podstatné

rozšíření jejich uplatnění.

P R O B L E M A T I K A V Ý Z K U M U

Výzkum betonu samotného je obtížný a přítomnost vláken

nejrůznějšího druhu, tvaru a rozptýlení vše silně komplikuje.

Experimentální práce s vláknobetony je nevyhnutelně

mimořádně obtížná a nákladná, množství vlivů a proměn-

ných je extrémně vysoké. To je základní důvod, proč je získává-

ní znalostí v oblasti vláknobetonů stále relativně pomalé, přes-

tože výzkum má už za sebou několik desetiletí a velké množství

výzkumných projektů.

Situaci nepomáhají výzkumníci, kteří neplánují dostatečně

své experimentální práce, jejichž výsledky jsou potom malého

užitku, zvláště ve srovnání s vynaloženými náklady. Běžným

nedostatkem je neuvedení (nebo i neznalost) hodnot mnoha

parametrů a proměnných veličin ovlivňujících chování vlákno-

betonů. Výrobní postup zkušebních vzorků z vláknobetonu

nebývá dostatečně popsán a jeho vliv analyzován. Vzácné

jsou projekty, ve kterých je dán patřičný důraz na zjištění

míry vzájemné závislosti mezi ovlivňujícími faktory a ověření

spolehlivosti publikovaných závislostí a závěrů. To je zvláště

zjevné v případech, kdy ovlivňující faktory nejsou numericky

proměnné, např. vliv druhu vláken na vybranou vlastnost.

Téměř každý výzkumný projekt na téma vláknobetonu má

jako nezbytnou, často hlavní součást vytvoření nového

numerického modelu. Užitečnost modelů vynechávajících

spolupůsobení a vlivy, které nejde kvantifikovat, je však mini-

mální. Numerické, kvantitativní údaje, které jsou publikovány,

např. o soudržnosti mezi vlákny v různých etapách přetvá-

ření, jsou často hodnoty odvozené z teoretického modelu,

hodnoty, které je nutno dosadit do určitého numerického

modelu, aby jeho výsledky co nejblíže souhlasily s výsled-

ky specifické zatěžovací nebo jiné zkoušky prvku z vlák-

nobetonu. Nejsou to tedy nezávislé experimentálně zís-

kané hodnoty, které lze použít k ověření platnosti daného

modelu.

Spolehlivé měření a posléze možnost dlouhodobé kontroly

soudržnosti nejen ve sklovláknobetonu ale ve všech vlákno-

betonech je nezbytné pro další podstatné přiblížení výsledků

z praxe k teoreticky dosažitelným vlastnostem vláknobetonů.

Přímé měření soudržnosti, jak „adhesivní“ (před počátkem

vytažení), tak „třecí/mechanické“ (během vytahování), je veli-

ce technicky a experimentálně náročné. To se vztahuje nejen

na zkušební zařízení, ale také na správnou interpretaci výsled-

ků zkoušek soudržnosti a jejich začlenění do skutečně „před-

vídajících“ numerických modelů. Příkladem je jedno z prvních

využití nanotechnologie ve stavebnictví – na výzkum soudrž-

nosti a lomových procesů ve sklovláknobetonu, který umožnil

zatěžovat jednotlivá mikro-vlákna uvnitř svazku a měřit přetvo-

ření v nano-hodnotách.

Velké mezery znalostí zůstávají v oblasti měření rozptýlení

vláken během výroby a vlivu jejich orientace na vlastnosti

kompozitu. Jaký kvantitativní přínos (negativní nebo pozitivní)

dávají vlákna v poloze více než 60° k hlavnímu napětí (v dvou-

a třírozměrném prostoru) je dosud velmi málo známo a pou-

žívají se jen „rozumné“ odhady. Mnoho také záleží na druhu

vlákna. Bylo zjištěno, že vlákna mají jinou pevnost (mezní únos-

nost), když jsou zatěžována v „nakloněném tahu“ nebo „naklo-

něném smyku“ a jejich přínos je menší než jejich běžně známá

uniaxiální pevnost v tahu. Systematický výzkum v tomto směru

stále chybí.

Vlastnosti polymerních vláken, včetně mikrovláken, se neustále

zlepšují a některá dodávají vláknobetonům vlastnosti a chová-

ní už srovnatelné s ocelovými drátkobetony. Výrobci takových

vláken poukazují na výhody oproti oceli, jako zaručená odol-

nost proti korozi a obvykle jednodušší výroba čerstvé směsi

a její ukládání. Naopak chování takových vláknobetonů v čer-

stvém stavu není dobře doloženo. Chování nosných poly-

merických vláknobetonů při zvýšených teplotách nebo

požáru rovněž vyžaduje větší pozornost. Vzhledem k tomu,

že s použitím polymerních vláknobetonů na nosné prvky kon-

strukcí je velice malá zkušenost, bez příslušného výzkumu –

vývoje není jejich podstatně širší uplatnění na blízkém obzoru.

K D E N A J D E M E N E J Č A S T Ě J I

V L Á K N O B E T O N Y V E S T A V E B N Í P R A X I ?

Vláknobeton s ocelovými vlákny/drátky postupně našel

praktické uplatnění tam, kde byl zřejmý požadavek na to, aby

konstrukční prvek vykazoval nosnost i po značné deformaci,

nevykazoval široké trhliny a v případě poruchy zůstal co nejdé-

le v „jednom kuse“. V takových případech byla rovněž užitečná

vyšší pevnost proti zatížení rázem a jinými dynamickými vlivy.

To se odráží v běžném použití „drátkobetonů“ na velké průmy-

slové podlahy s těžkým provozem nebo vysokým zatíže-

Obr. 6a



ním, obr. 1 , a prefabrikované stavební prvky, jako segmentové

prefabrikáty pro ostění tunelů, obr. 2 . Vláknobeton, většinou

s ocelovými drátky, je také často používán ve stříkané formě

v tunelování, obr. 3 , a podobných aplikacích, kde zachování

„integrity“ je stejně důležité jako pevnost.

Sklovláknobeton najdeme nejvíce na fasádách nejrůzněj-

ších typů pozemních staveb, obr. 4 a obr. 5 , včetně výško-

vých budov, replik historických architektonických stylů a sta-

veb pro rekreaci jako ozdoby nebo jiné dekorativní prvky.

Vysokohodnotný fotokatalytický sklovláknobeton (eGRC) se

právě začíná objevovat v architektonické praxi. Dosud největší

projekt, ve kterém byl použit fotokatalytický sklovláknobeton,

je nedávno dokončené velké muzeum 1911 Xinhai Revolution

ve Wuhan v Číně, obr. 6 . Je to příklad využití schopnosti tohoto

materiálu nejen vytvořit mohutnou, vizuálně působivou fasá-

du (textura hrubého kamene) z velkých, ale lehkých prvků,

s vysokým stupněm „samočištění“ povrchu. Velmi podstatný

faktor při výběru projektu byla také schopnost eGRC aktivně

přispět ke snížení zamoření okolního ovzduší, které je vysoké

ve velkoměstě jako Wuhan. Jiné běžné uplatnění je ve formě

ztraceného bednění pro mostní stavby nebo vnitřní vyložení

odpadních stok atd.

Polypropylenový vláknobeton je používán pro stavební

prvky odolné proti rázu, ale i dynamickému zatížení. Vlákna

jsou zde přidávána ne jako skutečná „výztuž“, ale pro kontrolu

pohybu vody v čerstvém betonu a snížení tendence k trhlinám

ze smršťování a při použití jako protipožární ochrana pro oce-

lové nosné konstrukce.

Z Á V Ě R

Technologický pokrok v oblasti vláken samotných bude rovněž

pokračovat, stejně jako v oblasti vysokohodnotných cemen-

tových či betonových matricí a ve výrobních procesech vlák-

nobetonů. Bude-li doprovázen vývojem směrnic a návodů,

jak každý z nových vláknobetonů specifikovat, ekonomicky

vyrobit a spolehlivě zkoušet a ověřovat, bude reálná možnost

zavedení nových a podstatného zlepšení existujících druhů

vláknobetonu. Hovoříme-li o vláknobetonu, je nezbytně nutné

vždy uvést o jaká vlákna a matrice se jedná. Vláknobeton

nepředstavuje jen jeden druh, zejména nejvíce známý „drátko-

beton“, ale velice široký výběr kompozitů s nejrůznějším slože-

ním a často unikátními „přidanými hodnotami“.

Půlstoletí výzkumu moderního vláknobetonu nevedlo k jeho

širokému využití v každodenní stavební praxi, jak se předpo-

kládalo. Uplatnění v několika užších sektorech stavebnictví

však už vytvořilo dostatečně pevnou základnu pro sice rela-

tivně pomalý, ale bezpochyby pokračující rozvoj vláknobeto-

nů. Vláknobeton už ve stavební praxi zůstane, jeho pozice

mezi stavebními hmotami se nejen udrží ale i upevní.

Prof Dr Ing Peter JM Bartos

tel.: +44 141 9561 706, e-mail: [email protected]

Obr. 6 Stavba muzea Xinhai Revolution ve Wuhan, Čína. Mohutný objekt je obložen

30 000 m2 červeného fotokatalytického sklovláknobetonu. Foto s povolením fy Nanjing Beilida

Industrial Co. Ltd, odpovědné za výrobu a instalaci všech panelů, Architekt: Wuhan Institute of

Architectural Design, a, b) vizualizace návrhu, c) detail fasádního prvku, d) montáž fasády

l Fig. 6 Construction of the massive Museum on Xinhai Revolution ve Wuhan, China,

all the facade elements (30 000 m2) were made of red fotocatalytic glassfibre reinforced

concrete (eGRC). Photo countersy of Nanjing Beilida Industrial Co. Ltd, which produced and

installed the eGRC panels. Architectural design was by Wuhan Institute of Architectural

Design, a, b) design visualization, c) detail of the facade element, d) assembling of the facade

Obr. 6b

Obr. 6c

Obr. 6d


079S T Ř Í K A N Ý B E T O N | S P R A Y E D C O N C R E T E

„Postavení Darwinova centra představuje jeden z nejdů-

ležitějších počinů Přírodovědného muzea od jeho přestě-

hování na současnou adresu v roce 1881.“ – slova Sira

Neila Chalmerse, emeritního ředitele Přírodovědného muzea

v Londýně.

Z R O D V I Z E

Budova Přírodovědného muzea (National History Museum

– NHM) navržená vynikajícím architektem viktoriánského

období Alfredem Waterhousem a v současnosti uváděná

na seznamu nejpozoruhodnějších památek Londýna, byla

na Exhibition Road otevřena v roce 1881. Původně přitahova-

la pozornost návštěvníků na sbírky z Britského muzea, které

nyní přesahují 70 miliónů položek v pěti hlavních odděleních:

botanika, entomologie, mineralogie, paleontologie a zoologie.

Nové Darwinovo centrum nabídlo rozšíření prostor sbírek;

v budově Phase One je vystavováno 22 milionů vzorků ucho-

vávaných v alkoholu, zatímco ve Phase Two je umístěno 17

milionů entomologických a 3 miliony botanických vzorků.

Phase One je otevřena veřejnosti od září 2002 a hned v prv-

ním roce uvítala 320 000 nadšených návštěvníků. Budova

„Phase Two“, předmět této kapitoly, byla otevřena v září

2009 jeho královskou výsostí Princem Williamem, který při

této příležitosti řekl: „Jak je na nejnovějším vybavení nového

Darwinova centra vidět, Přírodovědné muzeum je na samé

špičce výzkumu a jeho úžasné nové křídlo posouvá jeho jedi-

nečnou pověst ještě dál.“

NHM připravilo unikátní koncept nového způsobu přístupu

veřejnosti do rozsáhlých muzejních sbírek a přímo k vědecké-

mu výzkumu. Sir Neil Chalmers, bývalý ředitel NHM to vyjádřil

slovy: „Je to výzva pro architekty a celý projektový tým: vyře-

šení otázek, jak umožnit přístup veřejnosti do míst, kde běžně

pracují vědci a badatelé, a zajistit, aby se obě skupiny vzá-

jemně nerušily. Naším cílem je zaujmout, povzbudit, vzdělávat

a současně umožňovat více lidem než kdykoliv předtím dosáh-

nout opravdového pochopení přírody a světa kolem nás.“

V listopadu 2001 byl dánský architektonický ateliér CF Moller

Architects vyzván, aby s podporou inženýrské kanceláře

Arup rozpracoval svou vizi Musea do třech základních částí

projektu.

Ochrana

Základní funkcí budovy je ochrana, konzervace a zajištění

existence suchých entomologických a botanických sbírek

v prostorách odolných plísním a se stabilními podmínkami

z hlediska teploty, výměny vzduchu a vlhkosti, kde je riziko

vzniku požáru a jakýchkoliv jiných poškození sbírek skutečně

minimální.

Přístup veřejnosti

Od počátku bylo zřejmým záměrem celého projektu zvyšo-

vání veřejného povědomí o sbírkách a jejich důležitosti pro

výzkum, což mělo být realizováno prostřednictvím nápadité

architektury, která umožní větší interakci návštěvníků, badate-

lů a sbírek. Tradiční koncept muzea jako instituce vystavující

historické artefakty byl zamítnut.

Výzkum

Bylo důležité, aby světově uznávaní odborníci dostali pro svou

práci flexibilní, funkční, architektonicky zajímavé a uživatelsky

příjemné prostory laboratoří a pracoven se snadným přístu-

pem ke sbírkám.

DA R W I N OVO C E N T R U M P Ř Í RO DOV Ě D N É H O M U Z E A V LO N DÝ N Ě , 2 . FÁ Z E P RO J E K T U | DA R W I N C E N T R E P H A S E T WO, N AT U R A L H I S TO R Y M U S E U M, LO N DO NE D C L A R K , E D N E W M A N - S A N D E R S

Článek popisuje budování nové části Přírodovědného muzea v Londýně od prvních vizí, přes projekt úzce související s vyře-

šením otázky volby technologie výstavby a její optimalizace z hlediska nákladů, času výstavby, kvality budoucího vnitřního

prostředí a inovativnosti stavebních postupů. Výsledná konstrukce samonosné prostorové skořepiny ze stříkaného betonu

s leštěným povrchem získala řadu významných ocenění. | The article describes construction of the new part of the

Natural History Museum in London from the first visions over the choice of technology of construction solution, its opti-

malization re costs, time of construction, quality of the future interior and innovative construction procedures. The final

self-bearing construction of space shell from sprayed concrete with polished surface won a number of significant awards.


080 S T Ř Í K A N Ý B E T O N | S P R A Y E D C O N C R E T E

P O P I S K O N S T R U K C E

NHM je jeden z kulturních drahokamů Anglie, jeho žluto-

modrohnědá budova je uznávanou architektonickou památ-

kou Londýna, obr. 1 . Zatím co Phase One Darwinova centra

byla postavena jako samostatná budova za severozápadním

rohem původní budovy nazývané „Waterhouse“, Phase Two

nyní završila původní schéma z roku 1868 doplněním západ-

ního křídla současnou architekturou, která propojuje vikto-

riánskou budovu s Phase One, obr. 2 .

Architektonický ateliér odpověděl na předloženou výzvu návr-

hem minimalistické devítipodlažní skleněné vitríny, která uvnitř

chrání a současně vystavuje ohromný kokon – zámotek. Je to

ten zámotek, který symbolicky i skutečně uvnitř chrání prostře-

dí sbírkových fondů. Hlavním inženýrským úkolem pro Arup

tedy bylo navrhnout efektní a realizovatelné konstrukční řeše-

ní pro zámotek elegantního geometrického tvaru délky 65 m,

šířky 12 m a výšky přes osm podlaží, obr. 3 .

„Suché“ sbírky jsou uchovávány v mobilních regálech, z nichž

je do stropních konstrukcí přenášeno předpokládané zatížení

12,5 kPa. Nosná železobetonová konstrukce, jejíž obvod má

v půdoryse tvar písmene C, obr. 4 , sestává z plochých desek

podpíraných sloupy a stěnami. Základová deska a opěrné

suterénní stěny jsou také železobetonové, založené na zákla-

dových nosnících uložených přes hlavice vrtaných pilot.

V jednopodlažním suterénu je umístěno technické vybavení

zodpovědné za udržování předepsaných vnitřních podmí-

nek v celém zámotku. Za zámotkem je ještě severní křídlo,

v kterém jsou umístěny další pracovny vědců a samostatná

devítipodlažní kurátorská budova s pracovnami zaměstnanců

a sociálním zázemím.

Hlavní nosná konstrukce atria ze svařovaných ocelových

profilů nese především skleněnou fasádu a třívrstvé prů-

svitné ETFE (ethylene tetrafluoroethylene) střešní „polštá-

ře“. Konstrukce atria je nezávislá samostatně stojící, pouze

v horní části západní a východní fasády je propojena prefab-

rikovaným nosníkem spojovacího průchodu s železobetono-

vou konstrukcí kokonu, obr. 5 až obr. 7 .

Vnější konstrukci zámotku tvoří stříkaná železobetonová sko-

Obr. 1

Obr. 2

a

b

c



řepina tloušťky 250 mm vzepřená vnitřními plochými strop-

ními deskami. Zvolené řešení maximalizovalo užitné plochy

bez nutnosti vnitřních sloupů, tepelnou setrvačností hmoty

betonu je zajištěna stálá teplota uvnitř zámotku a dispozice

konstrukce poskytuje flexibilitu všem službám a minimalizuje

místa nepřístupná nebo špatně dostupná pro úklid.

Budova je příčně stabilizována svislými železobetonovými

jádry, chovajícími se jako konzoly, a smykovými stěnami.

Příčné zatížení je do těchto konstrukcí přenášeno stropními

deskami působícími jako tuhá diafragmata. Skořepina zámot-

ku získala stabilitu natažením přes desky stropů, které jsou

rozpírány tuhými jádry.

Obr. 1 Pohled ze zahrady muzea na dokončené Darwin Centre Phase Two stojící

vedle Viktoriánské architektury původní Waterhouse Building (fotografie CFM Arch.) l

Fig. 1 Viewed from the Museum’s Wildlife Garden, the completed Darwin Centre Phase

Two complements the Victorian architecture of the original Waterhouse Building (Photo

courtesy of CFM Arch.)

Obr. 2 Letecký pohled na komplex budov Přírodovědného muzea, Blue Sky Google Earth,

a – Darwin Centre Phase One, b – Darwin Centre Phase Two; c – Waterhouse Building l

Fig. 2 Aerial view of the Natural History Museum showing Blue Sky Google Earth,

a – Darwin Centre Phase One; b – Darwin Centre Phase Two; c – Waterhouse Building

Obr. 3 Podélný řez budovou Darwin Centre Phase Two l Fig. 3 Longitudinal section

through Darwin Centre Phase Two

Obr. 4 Typické podlaží l Fig. 4 Typical floor plan

Obr. 5 Pohled z vnitřku atria na dokončený zámotek l Fig. 5 Internal view of the

completed cocoon

Darwin Centre Phase Two

WhaleHall

Spencer GalleryCollections

Darwin Centre Phase One

Curatorialarea

Offices

Waterhouse building

Obr. 3

Obr. 4 Obr. 5



Z Á M O T E K , K U K L A – C O C O O N

Koncept

Zámotek je normálně místem, kde se larva hmyzu přeměňuje

v dospělého jedince. Architekt rozšířil tuto analogii na před-

stavu, že zámotek je vhodné místo, které chrání tělo, které

v něm původně vzniklo, před poškozením i po smrti. Hlavními

příčinami škod na sbírkách byly v předchozí budově muzea

plísně, které rostly na jednotlivých botanických a entomolo-

gických exponátech a neustále se obnovovaly a šířily.

Zámotek je ikonické centrum budovy a svou stříkanou beto-

novou skořepinou, v bezprecedentní velikosti, formuluje

přesnou odpověď na otázky průniku architektonické formy

a požadavků prostředí. Dilatační spáry v leštěné omítce vnější

plochy zámotku rozšiřují tuto analogii na představu hedváb-

ného vlákna křížícího se na povrchu kukly, obr. 7 .

Potřeba formovat náročnou geometrii konstrukce bez deva-

stujících nákladů na její realizaci byla jednou z nejnáročněj-

ších výzev celého projektu. Zámotek mění svou křivost a její

nepravidelná změna znemožňuje konvenční přístup s užitím

efektivního dělení na opakované konstrukční prvky nebo

bednění. Dodavatel hledal nějakou homogenní a inovativní

stavební technologii. Byly zkoušeny různé možnosti, např.

ocelová podpůrná konstrukce panelů bednění, prefabrikova-

ný beton, monolitický beton formovaný bedněním vyřezaným

pomocí NC strojů z polystyrénu, ale postupně byly všechny

zamítnuty ve prospěch stříkaného betonu.

Stříkaný beton může být nejen tvarován do požadované

geometrie při udržení stálé tloušťky a s leštěným konečným

povrchem, ale může být nastříkáván po vrstvách tak, aby byl

sám schopen udržet svůj tvar a přenášet vodorovná zatížení

s omezeným počtem dočasných podpor. Proto se toto ele-

gantní inženýrské řešení stalo nejvhodnějším a nejrychlejším

způsobem výstavby. Použití ocelové podpůrné konstrukce či

výroba složitě tvarovaného bednění by byly časově výrazně

náročnější a vedly by ke zpoždění termínů dokončení stavby.

Dalším významným faktorem, který působil pro zvolenou

technologii výstavby, byl požadavek na vestavěné zařízení pro

ochranu proti plísním (IPM – Integrated Pest Management),

které zajistí, aby živé plísně nezničily mrtvý hmyz a suché

rostliny ve sbírkách. Toho je dosaženo řízením teploty vnitřní-

ho prostředí pomocí tepelné setrvačnosti hmoty betonu a její

schopnosti akumulovat tepelnou energii a hladkým, snadno

udržovatelným a čistitelným vnitřním povrchem bez spár, trh-

lin a pórů, kde by se spóry plísní mohly usazovat a bujet.

Idea použít pro výstavbu obtížně tvarované konstrukce stří-

kaný beton přišla od inženýrské organizace Arup, která už

měla zkušenost s touto technologií v podobném měřítku, a to

na fasádě, dnes již ikonického, obchodního domu Selfridges

v anglickém Birminghamu [1] (arch. Jan Kaplický, pozn.

redakce). Zámotek je další generace evolučního vývoje této

technologie. Skořepina zde tvoří část základní svislé nosné

konstrukce, v které byly eliminovány všechny pohyblivé spoje.

Očekávalo se, že použitá technologie nepochybně vyvolá

reakci, která se projeví „převzetím“ technologie také pro jiné

navrhované budovy – očekávání se potvrdila a amorfní tvary

konstrukcí se rychle staly architektonickou normou.

Geometrie

Filozofie architektonického návrhu může být chápána násle-

dovně: „Je to otázka zázraku, nikdy neuvidíte najednou celý

zámotek.“ Sděluje nám zprávu, poselství, ideu o svém účelu,

smyslu, zejména, že uvnitř skrývá dvacet miliónů sbírkových

položek, obr. 8 . 90 % všech světových druhů však přesto

stále ještě čeká na své objevení a klasifikování. To ukazuje, jak

je příroda nesmírně rozmanitá a že nemůže být nikdy viděna

v celé své šíři. Podobně, nedá se najít žádné výhodné místo,

z kterého by byl vidět zámotek celý.

Klíčovým bodem k úspěšnému návrhu z inženýrsko-kon-

strukční perspektivy byla spolupráce architekta s konstrukté-

ry ústící do tvaru, který uspokojil ambice projektu a dle pozo-

rování by se měl chovat jako skutečná konstrukční skořepina.

Po nalezení odpovídajícího tvaru mohla být skořepina hned

v raných stadiích projektu rozvržena na tenké stěnové prvky

a volné otvory s vědomím, že konstrukční celistvost nebude

kompromisem. V takovém stavu (tvaru) mohla být počáteč-

Obr. 6 Obr. 7



ní analýza jednoduchá a intuitivní a nemusela se už v raných

fázích spoléhat na užití sofistikovaného softwarového systé-

mu, založeného na MKP metodě.

Pro jemné úpravy tvaru amorfního povrchu a vytvoření digi-

tálního modelu celé budovy včetně všech vnitřních a zákla-

dových konstrukcí byl použit software Rhinoceros. Z tohoto

modelu byly přímo generovány výkresy, podle kterých doda-

vatel budovu postavil. Bez znalosti použité stavební technolo-

gie by však nebylo možné správně určit, kudy mají procházet

generované řezy a které svislé a vodorovné rozměry mají být

na výkresové dokumentaci uvedeny, obr. 9 .

A N A L Ý Z A A N Á V R H K O N S T R U K C E

Skořepina zámotku byla navrhována s užitím široké škály růz-

ných postupů analýzy konstrukcí, inženýrské intuice a zkuše-

ností z realizací. Výstavba skořepiny s dvojí křivostí byla vel-

kou výzvou sama o sobě, proto bylo od počátku cílem návrhu

vytvořit typický, obecně použitelný, příčný řez s konstantní

tloušťkou a zejména způsobem vyztužení, který by byl pou-

žitelný pro většinu skořepiny. Po přijetí strategie minimalizace

materiálových nákladu se přínosy zjednodušeného návrhu

procesu výstavby brzy projevily v úsporách materiálu.

Výsledný tvar konstrukce umožňuje rovnoměrné rozdělení

namáhání po celé skořepině, takže ani při zvolené konstantní

tloušťce konstrukce a stejnoměrně rozdělené výztuži nedo-

chází ke vzniku míst se špičkami hodnot napětí, které by

dosahovaly materiálových pevností.

Návrh střední části konstrukce

Skořepina konstrukce zámotku-kokonu má dvojí křivost

ve všech bodech svého povrchu, ale protažení skořepiny

podél severo-jižní osy umožňuje řešit její střední část alespoň

v počátečních analýzách jako rovinný rám s hlavní křivostí

ve svislém směru, obr. 10 .

V příčném řezu působí skořepina ve střední části jako jed-

noduchý oblouk výšky cca 8 m nad stropní deskou 6. NP

(5. patrem). Na východní straně je oblouk opřený do sloupů

v 6. NP a vodorovná síla je tak přenášena stropní deskou

6. NP. Na opačné, západní, straně nepřenáší síly z oblou-

ku stejná stropní deska, ale jsou zachyceny řadou vnitřních

ramp, které je přenášejí do konstrukce stropní desky 5. NP,

obr. 11 . Rampy a desky jsou uspořádány tak, aby přenášely

síly do řady vnitřních tuhých konstrukcí. Protože tahové reak-

ce z oblouku působí na stropní desky v různých úrovních,

bylo třeba k jejich přenesení navrhnout mezi obě desky smy-

kové stěny.

Západní strana oblouku pokračuje dále dolů až na úroveň

1. NP (přízemí), kde stěna skořepiny přenáší síly do kolmých

suterénních stěn a dále do základů. Přenos síly ze skořepi-

ny do stěnových pilířů probíhá přes vysoké smykové stropní

nosníky nepřímo přes malé dosedací plochy, kde by dochá-

zelo k obrovské koncentraci napětí. Takto je možno zachovat

konstantní tloušťku skořepiny po celé výšce. Na úrovni příze-

mí bylo také možno navrhnout dle požadavků výstavních pro-

stor v příčných stěnách velké otvory. Prvotní návrh otvorů byl

počítán pomocí strut-and-tie metody ručně, po té byl ověřen

MKP analýzou a vyřešen do všech detailů.

Oblouk zámotku nad 6. NP je tvarován tak, že v příčném řezu

vzniká malé ohybové namáhání konstrukce; největší ohybové

momenty působí rampy a desky, které jsou se stěnami spo-

jeny a někde přímo z nich vykonzolovány. Stěna zámotku je

ve svislém směru mezi stropními deskami ve všech bodech

zakřivená, což v ní vyvolává ohybové namáhání, ale největší

Obr. 6 Ocelová konstrukce atria l Fig. 6 Atrium steelwork

Obr. 7 Leštěná omítka na zaoblených koncích zámotku dělená dilatačními rýhami l

Fig. 7 Cocoon end showing polished plaster finish with expansion joints

Obr. 8 Darwin Centre Phase Two zabezpečuje 20 mil. sbírkových prvků l

Fig. 8 The Darwin Centre Phase Two houses 20M specimens

Obr. 9 Digitální model konstrukce zámotku, sw Rhino l Fig. 9 Cocoon structure

modelled using Rhino

Obr. 8 Obr. 9



momenty vznikají v místech připojení 350 mm silných strop-

ních desek. Osové zatížení ve stěně pomáhá při řešení těchto

spojů.

Předpokládáme-li, že konstrukce se chová ve svislém řezu

jako rovinný rám, ohybové momenty lze určit z poměrně jed-

noduchého statického modelu ručním výpočtem. Výztuž byla

navržena na pokrytí těchto momentů a jejich interakcí s oso-

vou sílou a po té byl návrh kontrolován pomocí 3D modelové

analýzy. Výsledkem byl návrh „základního“ uspořádání výztu-

že, ke kterému byly místně přidávány další pruty k zesílení

tam, kde si to vyšší momentové namáhání vyžádalo.

Návrh konců zámotku

Vyšší křivost v obou směrech v koncových částech zámotku

je příčinou toho, že konstrukční analýza těchto částí je nároč-

nější a jejich ohybové namáhání nelze určit jednoduchými

metodami. Avšak, detailní sledování tvaru a chování kon-

strukce pomohlo i zde ke ztužení stěn a snížení ohybových

momentů. Pro určení namáhání skořepiny byla použita ana-

lýza 3D modelu a konečný návrh výztužných prutů byl prove-

den individuálně „ručně“.

Nejvíce namáhanými oblastmi konstrukce zámotku je spodní

část stěny skořepiny, kde je křivost v obou směrech největší.

Zde vyšší vodorovná křivost stěny způsobuje vyšší vodorov-

né napětí, které pomáhá vodorovnému sevření, které přená-

ší tahové síly vyvolané svislým zakřivením. Silnější stěnové

sekce s vyšším vyztužením jsou odpovědí na vyšší namáhání

této oblasti.

Výkresy rozdělení osových sil a momentů (kladné i záporné)

v obou směrech působení byly použity pro racionální vytvo-

ření skupin oblastí plochy s dvojí křivostí, kde namáhání je

obdobné a jejichž vyztužení může být určitým způsobem

zobecněno. Souběžně byl vytvořen 3D model výztuže celé

konstrukce, který byl podroben kontrolní analýze.

Chování betonu bylo simulováno s použitím nelineárního

materiálového modelu včetně simulace vzniku trhlin na sko-

řepině. Výsledky ukázaly, že vzniklé trhliny jsou jen malé, pro-

tože převážná část skořepiny je namáhána tlakem a působící

ohybové momenty jsou malé a jen v omezeném počtu míst.

Analyt ický model

Tvar konstrukce vyžadoval vytvořit plně 3D FE model, který

by umožňoval přesně určit síly a zkontrolovat „ruční“ výpočty

vnitřních sil a momentů působících ve skořepině a deskách Vertical and horizontal reactions Transfer structure forces

Openings

Discretelinks toshear walls

WEST EAST

Varies

Varies

Varies

Varies

7th

6th

5th

4th

3rd

2nd

Principal

ExistingSpencerGalleryGround

Obr. 10

Obr. 11

Obr. 12 Obr. 13



a výpočty namáhání od smršťování betonu. Dlouhodobé

působení dotvarování na šikmých plochách spolu s možným

rozdílným osovým zkrácením tuhé skořepiny a připojených

sloupů bylo také analyzováno.

Tvar zámotku byl odvozen z a dále existuje jako soubor

NURBS1 ploch v Rhino modelu. Připojené konstrukce byly

modelovány jako střednicové plochy desek nebo stěn a osy

sloupů pomocí software Rhino. Projektanti pečlivě a trpěli-

vě hledali optimální protnutí jednotlivých os a střednicových

ploch tak, aby FE model konstrukce byl přiměřeně jednodu-

chý a zabránilo se vytvoření oblastí s vysokou koncentrací

malých prvků i za cenu občasných malých odchylek od její

skutečné geometrie. Části konstrukce, které bezprostředně

nesouvisely s konstrukcí zámotku, byly modelovány v hrub-

ším měřítku, takže jejich geometrie byla více zjednodušena.

Stěny vnitřních jader byly modelovány jako 1D prvky s přiřa-

zenou odpovídající tuhostí, která byla určena samostatnou

analýzou. To výrazně pomohlo velmi zjednodušit 3D model

a umožnilo tak určit smykové síly a ohybové momenty půso-

bící ve stěnách vnitřních jader.

Střednicová plocha celého zámotku byla rozdělena na čtyř-

úhelníkové prvky napojené na střednice desek a slou-

pů. Geometrický model byl importován ze software Rhino

do AutoCadu a plochy byly předefinovány a rozděleny

na síť v požadované hustotě pomocí samostatného modulu

Sofistik´s, obr. 14 .

Pro popsání modelu, vlastností prvků, specifikaci zatížení,

postupů analýzy, zadání kombinací zatěžovacích stavů, návrh

a určení parametrů výztuže a extrakci výsledků byly opakova-

ně používány textové interfaces FE programu. Místo plošné

grafické prezentace výsledků, která byla vzhledem k velikosti

analyzované konstrukce poněkud zdlouhavá a nepřehled-

ná, byla dávána přednost přehledným tabulkám vloženým

přímo do textových souborů, kde byly výsledky diskutovány.

Vícenásobné opakované analýzy a návrhy jednotlivých částí

byly pouštěny automaticky přes noc bez nutnosti otvírání

základního velkého modelu.

Návrh výztuže

Racionalizace návrhu výztužných prutů byla klíčová pro jed-

noduchost, efektivnost a úspěch projektu i realizace kon-

strukce. Rozložení výztužných sítí bylo vyřešeno na počátku

projektového procesu ještě před tím, než bylo známo koneč-

né množství nutné výztuže. Dvojí křivost vyžadovala, aby

výztužné pruty byly umístěny pečlivě a zamezilo se zbytečné-

mu překrývání jednotlivých vrstev v místech, kde se orientace

prutů na povrchu měnila a naopak se dosáhlo pravidelného

rovnoběžného uspořádání ve svislém a vodorovném směru

ve středové části skořepiny.

Radiální uspořádání bylo zvoleno pro severní a jižní konec

skořepiny. Zde vodorovné pruty v konstantních vzdálenostech

tvoří rovnoběžky, zatímco svislé pruty se rozbíhají jako poled-

níky a mezi ně byly vkládány přídavné pruty, aby byla zajištěna

1 NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) jsou matematické reprezentace 3D geome-

trie, pomocí kterých lze přesně popsat jakýkoliv tvar od jednoduché 2D linie, kruhu,

oblouku nebo křivky až po komplexní 3D organické tvary ploch či těles. Vzhledem

k jejich flexibilitě a přesnosti jsou NURBS modely užívány v různých procesech pro

popsání ploch a těles nebo animaci jejich výroby.

Obr. 10 Vyznačení ploch stejných křivostí na povrchu zámotku l Fig. 10 Cocoon

curvature contours

Obr. 11 Síly v konstrukci l Fig. 11 Forces in the cocoon

Obr. 12 Návštěvnický prostor l Fig. 12 Visitor space in the cocoon

Obr. 13 Badatelé z molekulární laboratoře mají výhled na celý zámotek, archív NHM l

Fig. 13 Scientists in the molecular laboratory looking over the cocoon, courtesy of NHM

Obr. 14 MKP model v sw Sophistik l Fig. 14 Sofistik FE model

Obr. 15 Výztuž prostorové skořepiny l Fig. 15 Cocoon reinforcement

Obr. 16 Povrch dokončené betonové konstrukce l Fig. 16 Completed concrete

structure surface

Obr. 14

Obr. 15

Obr. 16



minimální požadovaná vzdálenost výztužných prutů. V horní

a spodní části na koncích plochy byly použity pruty o menším

průměru, aby je bylo možno snadněji ohýbat přímo na místě

a zjednodušilo se řešení jejich vzájemných překryvů, obr. 15 .

Skořepina byla rozdělena do malých ploch určených dle stu-

dia předběžných výsledků analýzy 3D modelů. Plochy byly

setříděny do skupin podle podobné úrovně namáhání a byla

pro ně navržena výztuž tak, aby individuální úpravy na jed-

notlivých plochách byly co nejvíce minimalizovány. Z jednot-

livých skupin výztuže byl sestaven 3D FE model a pomocí

MKP analýzy bylo provedeno jeho posouzení. Tak byl vytvo-

řen jednoduchý referenční systém pro realizaci.

200mm wet sprayconcrete

50mm polystyreneinsulation

25mm dry sprayconcrete

Innerreinforcement

Outerreinforcement

25mm polishedplaster

25mm dry sprayconcrete

Expamet mesh

Obr. 19a

Obr. 20a

Obr. 20b

Obr. 19b

Obr. 21

Obr. 17 Obr. 18



M E T O D I K A V Ý S T A V B Y

Betonová skořepina

Dočasné šikmé železobetonové sloupy, které byly umístěné

po obvodu zámotku a podpíraly jednotlivé stropní desky, byly

po dokončení skořepiny a dosažení navrhované pevnosti

betonu demolovány. Na počátku byly obavy, že tento přístup

nesplní očekávání do něj vkládaná, ale výsledné úspory opro-

ti použití obvyklých ocelových podpůrných konstrukcí odpo-

vídaly úvodním propočtům, obr. 19b a obr. 21 .

Dle původního návrhu dodavatele měly být dočasné sloupy

demolovány pomocí malých pneumatických kladiv. To však

bylo po stížnostech vědců z přilehlých budov na vysokou

míru hluku zamítnuto a nahrazeno rozřezáním sloupů na kusy

a odstraněním po částech. Stropní desky byly dočasně míst-

ně podepřeny, aby kusy betonu mohly být po deskách pře-

váženy velkými vysokozdvižnými vozíky.

Vzhledem k neobyčejně složité geometrii konstrukce bylo

použití běžných 2D výkresů pro její realizaci nepřehledné

a časově velmi náročné. Místo toho dodával projektant doda-

vateli informace o konstrukci ve formě souborů 3D mode-

lů. Tak měl dodavatel možnost si kdykoliv dle svých potřeb

vyextrahovat z konstrukce potřebné řezy, půdorysy, pohledy

i 3D detaily všech problematických míst, jak aktuální potřeby

realizace vyžadovaly.

Tvar zámotku byl definován pro každé podlaží v úrovni hrany

stropní desky a průřezy svislé výztuže byly navrženy tak, aby

nebylo třeba výztuž skořepiny předem ohýbat. Plochý oblouk

prutů mezi jednotlivými deskami bylo možno vytvořit až

na místě uchycením k okrajům stropních desek a vypnutím

do požadovaného tvaru. Před montáží svislých prutů musely

být ohnuty přesahy výztuže stropních desek dle předepsané

geometrie skořepiny, obr. 19 a obr. 20 .

Na svislé pruty vnitřního systému výztuže byla upevněna síť

z tahokovu, obr. 20 . Z vnější strany byla přímo na síť stříkána

střední 200 mm tlustá vrstva vlhké betonové směsi – jádro

stěny skořepiny, obr. 17 a obr. 22 . Na něj bylo z vnější i vnitř-

ní strany nastříkáno dalších 25 mm suché betonové směsi.

Z vnější strany byla dále připevněna 50mm izolační vrstva

polystyrénu a na něj byla nanesena konečná leštěná omítka.

Mokrá betonová směs byla na místo použití pumpována,

zatímco suchá směs s jemnějším kamenivem byla dodávána

v pytlích. Použití suché betonové směsi s přidáváním vody až

do trysky stříkací pistole umožnilo věnovat uhlazení koneč-

ného povrchu dostatek péče bez časového tlaku, který by

určitě vznikal, pokud by dole stál mix s mokrou betonovou

směsí, která se čerpáním musí včas dopravit na místo spo-

třeby, obr. 23 .

Leštěná omítka

Dilatační spáry vytvářejí na bílém leštěném povrchu vzor při-

pomínající vlákno namotávané na zámotek. Nekonečná linie

je přímá, nikde není „zvlněná“, opakovaně se protíná a „krájí“

omítku až k polystyrenové izolační vrstvě na množství nepra-

videlných různě velkých prostorově zakřivených trojúhelníků,

čtyřúhelníků a pětiúhelníků.

Omezujícími požadavky na výsledný vzor na vnější ploše

zámotku byly velikost plochy a délkový rozměr mnohoúhel-

níků, jejichž největší hodnota byla určena z podmínky, že

v povrchu cementové omítky nesmí vzniknout žádné trhliny

od smršťování, obr. 24 .

Realizace skořepiny ze stříkaného betonu proběhla během

Obr. 17 Řez betonovou skořepinou l Fig. 17 Section through cocoon shell

Obr. 18 Vnitřní betonové konstrukce a dočasné sloupy l Fig. 18 Internal cocoon

structure and temporary columns

Obr. 19 a) Výztuž trámu ve stropní desce, b) dočasné sloupy l Fig. 19 a) Reinforced

girder inside of floor slab, b) temporary columns

Obr. 20 a) Přesahy výztuže stropní desky, ohnuté a napojené na výztuž skořepiny,

b) detail l Fig. 20 a) Expanded metal mesh connected to the inner shell

reinforcement, b) detail

Obr. 21 Realizace skořepiny ze stříkaného betonu, v popředí dočasné železobetonové

sloupy l Fig. 21 Temporary columns with spraying of the concrete shell in progress

Obr. 22 Stříkaný beton, mokrá technologie l Fig. 22 Wet spraying the cocoon

Obr. 23 Dokončený povrch mokrého stříkaného betonu nahoře a suchého stříkaného

betonu dole l Fig. 23 Finished surface of the wet sprayed concrete above, and the dry

sprayed concrete below

Obr. 22 Obr. 23



dvaceti dvou týdnů, o dva týdny rychleji než předpokládal

původní plán a mnohem rychleji než jinými zvažovanými tech-

nologiemi. Každý týden bylo dokončeno 130 m2 plochy.

Cena za 2 800 m2 betonové skořepiny nepřekročila rozpočet

a opět to bylo významně méně než ceny ostatních uvažova-

ných technologií.

Z Á V Ě R

Darwinovo Centrum a zejména zámotek, kokon, představu-

je efektivní realizaci vysoce funkční a geometricky nesmírně

náročné konstrukce. Projektanti navrhli a vyřešili metodiku

použití inovativní technologie v nebývalém rozsahu – nová

muzejní budova je dokonalou syntézou neobvyklé formy,

výborné funkčnosti, vhodného materiálu, pokročilých sta-

vebních postupů a přesného předávání detailních informací.

Projekt demonstruje, že těsná spolupráce všech zúčastně-

ných spojená s inovativním návrhem a konstrukčními tech-

nologiemi může vyústit v elegantní a přesto vysoce funkční

a k prostředí citlivou budovu.

Přínos Přírodovědného Muzea pro společnost v poznávání,

rozšiřování a prohlubování našich znalostí o přírodě a k jejímu

komplexnímu chápání je obrovský.

Ředitel projektu NHM Richard Toy k tomu řekl: „Arup šel

ve svém počínání ještě za náročné požadavky navrhnout

Obr. 24a Obr. 24b

Obr. 24dObr. 24c



a realizovat inovativní a cenově efektivní konstrukční řešení

pro tuto významnou a neobyčejně složitou budovu a umožnil

tak Muzeu maximálně využít vyhrazené finanční prostředky.“

Projekt byl oceněn řadou uznání. V roce 2009 vyhrál

„Cenu pro nejlepší stavbu pro umění a zábavu“ udělovanou

Institutem konstrukčních inženýrů a ve stejném roce se stal

celkovým vítězem soutěže o „Nejlepší betonovou stavbu“,

kterou každoročně vyhlašuje britská Betonářská společnost

(Posudek poroty viz Beton TKS 4/2009, pozn. redakce).

Ed Clark, senior engineer, Arup, New York office

Ed Newman-Sanders, Associate Directore, Arup, Buildings London 5 Group

Fotografie: 5, 6, 8, 12, 24a, b, c, e Torben Eskerod, 7, 15, 16, 19a, b, 20a, b, 21, 22, 23,

24d, f archív Arup, Výkresy a schémata 3, 4, 9, 10, 11, 14, 17, 18 archív Arup l Photos:

5, 6, 8, 12, 24a, b, c, e Torben Eskerod, 7, 15, 16, 19a, b, 20a, b, 21, 22, 23, 24d, f

courtesy of Arup, Drawings and schemes 3, 4, 9, 10, 11, 14, 17, 18 courtesy of Arup

Úvodní fotografie: Torben Eskerod

Klient Natural History Museum (NHM)

Architekt CF Moller Architects, www.cfmoller.com

Statický návrh Arup – R. Buffat, N. Chadwick, M. Clark, J. Correnza, I. Feltham, M. Gallo, F. Gamester, J. Lange, B. Marsh, E. Newman-Sanders, H. Nuttall, K. Tanikawa

Hlavní dodavatel

HBG

BAM Construct UK

Subdodavatelé Westpile (piloty), Getjar (betonová rámová konstrukce), Shotcrete (stříkané betony), Watsons (ocelová konstrukce), Covertex (ETFE zastřešení), Armourcoat (leštěná omítka)

Soutěž 2001

Realizace 2002 až 2009

Obr. 24 Dokončená konstrukce zámotku s leštěným povrchem l Fig. 24 Completed

cocoon end showing the polished plaster finish

Obr. 25 Výstavní sál, úvodní skica, archív CFM Arch. l Fig. 25 Exhibition hall,

design sketch, courtesy of CFM Arch.

Literatura:

[1] Clark E., Gilpin D.: Selfridges, Birmingham, The Arup Journal, 40(1), 1/2005, pp. 2–10

[2] http://www.rhino3d.com/nurbs.htm

[3] Clark E., Newman-Sanders E.: Darwin Centre Phase Two, Natural history Museum,

London, The Arup Journal, (44), 3/2009, pp. 44–51

Obr. 24e

Obr. 25

Obr. 24f


091B A R E V N É B E T O N Y | C O L O U R E D C O N C R E T E

Beton jako konstrukční materiál je z hlediska svých mecha-

nických vlastností široce uznávaný, avšak kvůli svému vzhle-

du je částí odborné i neodborné veřejnosti stále podceňova-

ný až odmítaný. Během posledních let je postupně i v České

republice objevován potenciál barevného betonu, který

poskytuje jasnou přidanou hodnotu – trvalé zlepšení estetic-

kých vlastností běžnému konstrukčnímu materiálu. Barevné

betonové stavby jsou přitažlivější, zajímavější a současně se

odlišují od ostatních [1, 3 a 5]. Barevný beton je v zahraničí

na trhu už několik let. Postupy jeho výroby se jen o málo liší

od produkce betonu v jeho přirozené šedé barvě. Pro dosa-

žení požadovaného kvalitního výsledku je však třeba uvážit

všechny okolnosti, které výsledný barevný odstín betonové

konstrukce mohou ovlivnit.

P I G M E N T Y

Při plánování barevného odstínu betonu je třeba mít přesnou

představu o požadované barvě, které chceme přidáním pig-

mentů dosáhnout. Volba správného druhu pigmentu je pro

kvalitu výsledného produktu velmi důležitá. Dlouhodobě sle-

dované barevné betony vystavené různým klimatickým pod-

mínkám po celém světě ukázaly, že anorganické pigmenty

mají zvláště dobré vlastnosti z hlediska dlouhodobé stálosti

barevného odstínu.

Pigmenty musí odolávat dlouhodobě agresivnímu působení

silně alkalické cementové pasty, povětrnosti, slunečního světla

a běžné úrovni záření dopadajícího na Zemi. Pro použití v beto-

nu se nesmí rozpouštět ve vodě a reagovat s ní, ale naopak

se musí v připravovaném čerstvém betonu během míchání

jemně a stejnoměrně rozptýlit. Uvedeným požadavkům vyho-

vují dobře anorganické pigmenty, zejména pigmenty oxidů

kovů tab. 1 .

Barevné pigmenty jsou dostupné ve formě prášku a pigmen-

tových přípravků, např. granulí, kompaktního prášku nebo sus-

penzí. Aplikace pigmentů ve formě pigmentových přípravků

je výhodnější při výrobě většího množství barevných betonů

z hlediska minimální změny konzistence betonu, bezprašného

prostředí a snadnějšího dávkování.

Jednotlivé odstíny barev se získají mícháním pigmentů základ-

ních barev v různých poměrech. Čisté světlé barvy, např. žlutá,

dopadnou lépe, je-li pro beton použit bílý cement. Beton

ve svítivých barvách, v podobných jaké se používají pro plas-

tové výrobky, není jednoduché ani snadné vyrobit. Je to dáno

vstupními materiály a charakterem povrchu (texturou) výsledné

betonové plochy.

Barvicí síla pigmentů je důležitá kvalitativní charakteristika,

která je podstatná pro určení jejich nákladové efektivnosti.

Barvicí síla je definována jako schopnost pigmentu propůjčit

svou barvu mediu, které má být obarveno. Např. jsou-li labora-

torní betonové vzorky obarveny stejným množstvím cihelného

prachu nebo červeného oxidu železa, je zřejmý rozdíl v jejich

barvicí síle.

V L I V B A R V Y C E M E N T U

Nejvýznamnějším nositelem zbarvení betonu je cementová

pasta, nikoliv kamenivo. Má-li být výsledkem šedý až antra -

BAREVNÉ BETONY | COLOURED CONCRETEJ A N A M A R G O L D O V Á

Článek upozorňuje na některé z možných vlivů a okolností, které je třeba sledovat, aby nedošlo ke změnám požadovaného

odstínu betonu barveného pigmenty. | The article brings attention to some of the possible impacts and conditions that

are necessary to take into account when willing to keep the required shade of concrete coloured with pigments.

Obr. 1 Ukázky změn charakteru povrchu barveného betonu při použití jeho různých

konečných úprav, showroom spol. Decomo, Belgie (Betonni 3/2011, p. 46)

l Fig. 1 Illustration of changes of surface features of coloured concrete by using

different finishings, Decomo showroom, Belgium (Betonni 3/2011, p. 46)

Tab. 1 Nejdůležitější barevné pigmenty na bázi oxidů kovů l Tab. 1 Most important

iron oxide pigments

Barva Pigment

bílá oxid titaničitý

černá černý oxid železa

červená červený oxid železa

žlutá žlutý oxid železa

hnědá hnědý oxid železa

zelená zelený oxid chromu

modrá kobaltová modřObr. 1


092 B A R E V N É B E T O N Y | C O L O U R E D C O N C R E T E

ci to vý beton vyrobený s přidáním černého pigmentu, nebude

roz díl v tom, zda byl použit šedý nebo bílý cement. Při bar-

vení tmavohnědými a červenými pigmenty se už rozdíl proje-

vuje a u žlutých a zelených pigmentů je výrazný. Pro získání

čistšího a jasnějšího barevného odstínu je třeba použít bílý

cement.

Zrnka bílého cementu nepohlcují světlo, jako šedá. Naopak

světlo se od nich odráží a dopadá na zrnka pigmentu nebo

kameniva, a tím se barva stává jasnější. Odrazy barvy

z pigmen tových zrn dopadající na bílý povrch cementových

zrn se z nich odráží a synergicky tak ještě zesilují výsledný

barevný vjem.

Šedá barva dokáže ztlumit jas kterékoliv výrazné zářivé

barvy. Proto barevné betony a betonové prvky vyráběné

z běžného Portlandského cementu nikdy nebudou mít tak

jasné barvy, jako betony vyrobené s použitím bílého cemen-

tu. Zvýšení čistoty barvy získané použitím bílého cementu

naopak závisí i na barvě použitého pigmentu.

Je důležité si uvědomit, že šedá barva cementu se také může

měnit od světlé až po tmavě šedou v závislosti na vstup-

ních surovinách. Když se u dodavatele betonu změní šarže

cementu nebo se změní dodavatel cementu, vždy je třeba

počítat s možnou změnou barvy cementu, což významně

ovlivní konečnou barvu betonových prvků.

Obr. 2b

Obr. 2b



V L I V B A R V Y K A M E N I V A

Při výrobě barevného betonu a/nebo betonových prvků jsou

zrna kameniva pokryta cementovou pastou. Nebudou-li zrna

výrazně zbarveného kameniva u povrchu prvku zcela zakry-

ta, výsledný barevný povrch betonu bude narušen přirozenou

barvou kameniva. U nových konstrukcí se to nemusí zdát tak

významné, ale jejich postupným stárnutím může docházet

k setření nebo odloupnutí povrchové vrstvičky cementové

pasty a vystoupení zrn kameniva na povrch, a tím se barevný

odstín změní, příp. ztratí svůj jas. Vidíme potom směsný odstín,

který vznikl promícháním barvy cementové pasty a barvy

odhaleného kameniva. Stejně jako cement má i přirozená

barva písku větší vliv na výsledné barvy světlých betonů než

tmavých. Vhodně zvolená barva kameniva může významně

zesílit barevný odstín betonu.

V zahraničí je dostupné kamenivo tříděné ne jen z hlediska veli-

kosti zrn, ale často i podle barvy. Kamenický průmysl tak nabízí

stavebnictví své produkty s vyšší přidanou hodnotou a archi-

tekti to dokážou ve své tvorbě dobře zužitkovat.

Některé technologie úprav betonových povrchů záměrně

využívají rozdílů v barvě cementové pasty obarvené pigmen-

ty a odlišné barvy kameniva. Např. při použití technologie

Graphic Concrete® je vymývána cementová pasta z povrcho-

vé vrstvy kameniva na předem vymezených ploškách povrchu

betonového prvku [8]. Je-li použita stejná barva cementové

pasty a kameniva, po vymytí se na povrchu prvku vytváří

žádaný obraz pouze střídáním lesklých plošek cementu a mat-

ných ploch s odhaleným kamenivem. Použije-li se různá barva

cementové pasty a kameniva, výsledný efekt je zvýrazněný

barevnými rozdíly. Lze pracovat s oběma kombinacemi: tmavá

pasta – světlé kamenivo nebo bílý cement – tmavé kamenivo.

V L I V N Á V R H U B E T O N O V É S M Ě S I

Znalost optimální koncentrace pigmentu umožňuje snížit

náklady, protože se nepoužívá zbytečně mnoho pigmentu.

Je-li do betonové směsi přidáván pigment, zpočátku vzrůs-

tá intenzita barvy lineárně s množstvím přidaného pigmen-

tu. Od určitého množství přidaného pigmentu je však barva

betonu už tak sytá, že přidáním další dávky již sytost barvy

nenarůstá a zvyšování množství pigmentu je již neekonomické.

Při použití pigmentů s vysokou barvicí schopností je obvykle

dostatečná dávka do 5 % obsahu cementu. U slabších pig-

mentů však ani několikanásobně vyšší dávka nemusí zajistit

stejnou sytost výsledné barvy betonu. Množství pigmentu,

které v takovém případě zajistí požadovanou sytost výsledné

barvy, může dosáhnout hodnot, které je třeba už započítávat

do celkového objemu jemných složek v betonu, protože jinak

by jejich přidání mohlo mít negativní dopady na mechanické

vlastnosti betonu.

Nadbytečná záměsová voda se z betonu odpařuje a zane-

chává po sobě drobounké dutinky ve formě jemných pórů,

které po vyschnutí tvoří světlý šlem. (Je to jako bílá pěna

na čerstvě natočené sklenici piva, když vlastní nápoj je žlutý.)

Jemné póry rozptylují dopadající světlo, a tím zesvětlují vníma-

nou barvu betonu. Šlem se dá odstranit zbroušením (opísko-

váním) tenké povrchové vrstvičky. Pokud však nebude povrch

upraven stejně v celé ploše, bude zásah velmi pravděpodobně

zřetelný.

Čím vyšší je vodní součinitel čerstvého betonu, tím světlej-

ší bude výsledný beton. Změna sytosti barevného odstínu

se v souvislosti se změnou vodního součinitele projeví stejně

na barevném i přirozeně šedém betonu. S automatizací výroby

Obr. 2 H.A.N.S. stavby a. s., Průmyslový areál Malá Čeperka, Staré Ždánice, 2009,

Ing. arch. Jan Jarolímek, GCCollectionTM Atom Cross (fotografie Ing. arch Jan Jarolímek, Aleš

Jungmann MgA.), a, b l Fig. 2 H.A.N.S. stavby a. s., Malá Čeperka Industrial Area,

Staré Ždánice, 2009, Ing. arch. Jan Jarolímek, GCCollectionTM Atom Cross (Photo Ing. arch

Jan Jarolímek, Aleš Jungmann MgA.), a, b

Obr. 3 Nordico Trading Ltd, Espoo, Finsko, 2010, Groop&Tiensuu Arkkitehdit,

GCColectionTM, 1 200 m2 (fotografie Jutta Telivuo), a, b l Fig. 3 Nordico Trading Ltd,

Espoo, Finland, 2010, Groop&Tiensuu Arkkitehdit, GCColectionTM, 1 200 m2 (Photo Jutta

Telivuo), a, b

Obr. 3a Obr. 3b



betonu jsou změny sytosti jeho barevného odstínu způsobené

kolísáním vodního součinitele při výrobě spíše výjimečné. Je

však třeba počítat s tím, že pigmenty různých barev ovlivňují

chování čerstvého betonu více než vlastnosti vyzrálého betonu

[3, 7]. Laboratorní zkoušky např. ukázaly (slump test), že čerst-

vé betony vyrobené s přidáním 3%, resp. 6% podílu různých

barevných pigmentů měly při stejném vodním součiniteli růz-

nou konzistenci [2].

Množství použitého pigmentu se vždy určuje jako procentní

podíl použitého pojiva, proto bude beton s vyšším množstvím

pojiva mít při stejném podílu pigmentu k pojivu vždy sytější

barvu než beton s menším množstvím pojiva.

V Ý R O B A B A R E V N É H O B E T O N U

Dávkování a rozptýlení pigmentů v betonu

Z hlediska rozmíchání pigmentů je důležité vědět, kdy může být

pigment do připravované betonové směsi přidán. Výrobci pig-

mentů doporučují míchat nejprve 15 s pigment pouze s kame-

nivem a až poté přidat cement. Další postup přidávání jednotli-

vých složek směsi je stejný jako u nebarveného betonu. V kaž-

dém případě je třeba zabránit míchání všech složek od počát-

ku současně, nebo počátečnímu smíchání písku a pojiva.

Vliv podmínek při tvrdnutí betonu na jeho barvu

V tvrdnoucí cementové matrici, která vzniká reakcí vody a poji-

va, rostou krystaly produktů hydratace různé velikosti v závis-

losti na teplotě, v které beton zraje. Velikost vytvořených krys-

talů je následně rozhodující pro odraz světla dopadajícího

na povrch betonu, případně jeho rozptylování.

Při vyšší teplotě se tvoří jemnější jehličky krystalů, které

budou později dopadající světlo více rozptylovat a povrch

betonu se tak bude zdát světlejší než povrch betonu, který

zrál za nižších teplot, kdy se vytvořily větší krystaly hydratač-

ních produktů. Popsaný jev je výrazný zejména při srovnání

barevného odstínu propařovaného betonu a betonu tvrdnou-

cího za běžných teplotních podmínek. Naopak beton, který

zraje v zimním období při teplotách blízkých nule, bude mít

na pohled tmavší povrch než stejný beton vyrobený uprostřed

letních veder. Barevný rozdíl bude patrný, pokud části kon-

strukce, které byly betonovány za různých teplotních podmí-

nek, budou po dokončení stavby umístěny vedle sebe ve stej-

ných světelných podmínkách. I k tomu je třeba přihlédnout při

plánování procesu výstavby objektu či plánování výroby a osa-

zování prefabrikovaných fasádních panelů.

Rozdíly v sytosti odstínu barvy betonových prvků mohou být

způsobeny i jejich různým umístěním během výroby – vodo-

rovně či svisle.

Při skladování prefabrikovaných prvků je vhodné je prokládat

distančními prvky z vláknobetonu. Jiné materiály mohou zane-

chat na povrchu svou stopu. Vždy je doporučováno způsob

skladování předem ověřit na vzorcích vyrobených z připrave-

ných materiálů.

Často opomíjené, ale velmi důležité je vyzkoušet si během pří-

pravné fáze výroby barevných betonových konstrukcí případné

„kosmetické“ prostředky uvažované k použití při odstraňo-

vání či zahlazování nedokonalostí a poškození povrchů během

výroby, skladování, převozu a montáže. Ověření by se mělo

zaměřit na složení prostředků, jejich vhodný barevný odstín,

ale také způsob a čas jejich použití. Předejde se tak mnohé-

mu rozčarování z výsledného vzhledu opravovaného betono-

vého povrchu, který může vypadat výrazně hůř než původní,

Obr. 4a



sice chybný nebo poškozený ale neošetřený nevhodný zása-

hem. Tyto zásahy by se měly předem odzkoušet pro kterýkoliv

pohledový beton, protože vždy může dojít k jeho poškození

a nepřipravená náprava nečekaného stavu bývá obtížnější,

dražší a s větší pravděpodobností dopadne neslavně. Platí zde

jako jinde, že připraveným štěstí přeje.

S T Á R N U T Í B A R E V N É H O B E T O N U

Změny barvy povrchu se v průběhu času se projevují na kon-

strukcích z barveného ale i přírodního šedého betonu. Příčin

může být několik a jejich dopady lze rozdělit na dočasné (např.

výkvěty) a trvalé (např. odhalování zrn kameniva) změny barvy

povrchu.

Výkvěty

Výkvěty (efflorescence) jsou kletbou, která visí nad všemi

výrobci betonových prvků a zejména těch barevných, kde je

na vzhled povrchu kladen zvlášť velký důraz. Je zřejmé, že

bílé vápenaté usazeniny jsou na barevných površích dale-

ko nápadnější než na přírodním šedém nebo dokonce bílém

betonovém podkladu. Výkvěty jsou výsledkem souhrnu dějů

úzce spjatých s vlastnostmi betonu, zejména s transportem

solí rozpuštěných v záměsové vodě jeho pórovou strukturou

(primární efflorescence). Hlavním zdrojem výkvětů na povrchu

betonů je hydroxid vápenatý a jeho reakce s oxidy uhlíku obsa-

ženými ve vzduchu.

Tvorbu výkvětů lze omezit snížením vodního součinitele, avšak

nelze zaručit její úplné potlačení, neboť v pórech konstrukce se

mohou srážet i kapičky rosy nebo vlhkosti, která dovnitř pro-

nikla za deště (sekundární efflorescence) [2].

Také pórovitost betonu hraje důležitou roli. Čím hutnější je

beton, tím nižší má sklon k tvorbě výkvětů. Takže při použi-

tí hutnějších vysokohodnotných betonů je pravděpodobnost

vytvoření výkvětů na povrchu stavby nižší.

Uhličitan vápenatý usazený na povrchu betonu zvolna reagu-

je s oxidem uhličitým rozpuštěným v dešťové vodě a vytvá-

ří ve vodě rozpustný kyselý uhličitan vápenatý. Tak výkvěty

s povrchu betonu časem pomalu mizí.

Stárnutí povrchové vrstvy

Na povrchu betonu bývá vrstvička obsahující jemná zrna

kameniva a cementu. Její tloušťka závisí na složení směsi,

způsobu hutnění uloženého čerstvého betonu atd. Povrchová

vrstva tvrdé cementové malty je postupně mechanicky i pově-

trností obrušována až se po letech na povrchu postupně obje-

vují větší zrna kameniva a ovlivňují vnímání celkového barev-

ného odstínu konstrukce. Barevné betonové povrchy vyro-

bené z kameniva vhodné barvy vykazují velmi malé odlišnosti

od původní barvy.

Z Á V Ě R

Jsou-li pro výrobu barevného betonu používány kvalitní a sta-

bilní anorganické pigmenty a je-li dodržován doporučený tech-

nologický postup, je výsledné zbarvení materiálu stejnoměrně

syté a trvalé a jeho odstín se během let mění jen nepatrně

[2, 4, 6].

Různé technologie konečných úprav betonových povrchů,

např. vymývání, pískování, patinování, broušení, leštění ad.,

ovlivňují výslednou sytost barevného odstínu různě. Je tedy

důležité si uvažovanou barevnost betonového povrchu pře-

dem odzkoušet i s jeho konečnou úpravou, obr. 1 .

Fotografie: úvodní, obr. 2 až 4 archív společnosti Graphic Concrete

Photos: introductory, Fig. 2 to 4 courtesy of Graphic Concrete

Obr. 4 Farní centrum Hollola, Finsko, 2010, Arkkitehtitoimisto Havas Rosberg Oy,

GCArt&DesignTM (Fotografie Tiia Ettala), a, b l Fig. 4 Hollola Parish Centre, Finland,

2010, Arkkitehtitoimisto Havas Rosberg Oy, GCArt&DesignTM (Photo Tiia Ettala), a, b

Literatura:

[1] Scale of shades, opusC 1/2009, str. 62–67

[2] Materiály Lanxes Deutschland GmbH, www.lanxess.com, www.bayferrox.de,

www.colored-concrete-works.com

[3] Lopez A., Tobes J. M., Zerbino R., Barragán B.: Barevný samozhutnitelný beton

– receptura a charakterizace, BETON TKS 1/2009, str. 44–50

[4] Carvalho de Arruda Coelho F.: Vliv přidání anorganických pigmentů

na trvanlivost betonu, BETON TKS 4/2009, str. 44–47

[5] Margoldová J.: Most mezi staletími, BETON TKS 4/2009, str. 42–43

[6] Přikryl J.: Zkoušení světlostálosti anorganických pigmentů v betonu,

BETON TKS 6/2009, str. 63–65

[7] Pečur I., Juradin S., Duvnjak M., Lovrič T.: Vliv pigmentů na vlastnosti betonu,

BETON TKS 6/2009, str. 66–69

[8] Margoldová J.: Grafický beton, Beton TKS, 1/2009, str. 56–58

[9] Margoldová J.: Grafický nebo fotografický beton, Beton TKS, 1/2010, str. 37–39

Obr. 4b



Muzeum letectví v Krakově je jedním z největších muzeí avia-

tiky na světě. Je umístěno v památkově chráněných budo-

vách a hangárech původního krakovského letiště Rakowice-

Cyzyny, prvního letiště na polském území postaveného v roce

1912 pro 7. letku Rakousko-Uherského císařství, obr. 1 .

V roce 2005 byla vyhlášena soutěž na návrh nové hlavní

budovy muzea. Byla to první celoevropská architektonická

soutěž po přijetí Polska do EU a jejím vítězem se stal němec-

ký architekt.

Syntéza idey létání, ducha místa a starých konstrukcí historic-

kého letiště vytváří silnou inspiraci pro návrh nové expresivní

budovy Muzea aviatiky. Půdorys starého letištního hangáru

J A K S E S N Y O L É TÁ N Í S TA LY S K U T EČ N O S T Í | H OW T H E D R E A M O F F LY I N G C A M E T R U EČlánek popisuje expozici muzea letectví v polském Krakově s důrazem na budovu nového výstavního pavilonu. Cílem němec-

kých architektů byl návrh konstrukce budovy, která by svým tvarem vyjadřovala syntézu idey létání a ducha místa, avšak

svými povrchy tvořila neutrální pozadí historickým expozicím. Jako nejvhodnější materiál se ukázal antracitově zbarvený

beton. | The article describes aviation exhibition in Krakow, Poland. Attention is brought especially to the new exhibition

pavilion. The aim of the German architects was to design a building that would represent synthesis of flying and the genius

loci. At the same time the building should create a neutral background to the historical exhibits. The best solution came

to the anthracit-coloured concrete.

Úvodní fotografie Jens Willebrand

Introductory photo of Jens Willebrand

Obr. 1 Letecký pohled na areál Muzea aviatiky v polském Krakově (fotografie Darius

Rutkowski) l Fig. 1 Bird´s eye view of the Museum of Aviation complex in Polish

Krakow (Photo Darius Rutkowski)

Obr. 1



vytyčil rozměry nové budovy (čtverec o straně 60 m) a vyme-

zil také její výšku (12 m). Architekt vyšel z tohoto modulu, stří-

hal, ohýbal a překládal, až budova vypadá jako by byla vystři-

žena a složena z papíru, jako když se skládá papírové letadél-

ko. Má tři křídla, nosná konstrukce je „odlitá“ z monolitického

betonu, a přitom působí lehce a vzdušně, obr. 2 a obr. 3 .

Velikost a orientace křídel oddělila prostory pro tři různé funk-

ce a vytváří tak pro návštěvníky snadno čitelný vnitřní prostor.

Na třech podlažích je nyní k dispozici 4 500 m2.

Po vstupu do budovy stojí návštěvník před volbou, zda jít

do vzdělávacího křídla s 3D kinem, nebo přímo na výstav-

ní plochu s letadly, obr. 4 až obr. 6 . Muzejní expozice jsou

opticky propojeny s okolím budovy. Vysoké skleněné stěny

umožňují výhled na letištní plochy s vyrovnanými letadly.

Naopak letadla uvnitř severního křídla budovy vůbec nevy-

padají jako uzavřené muzejní exponáty, ale jen jako na krát-

ko schované pod střechou a připravené kdykoliv vzlétnout

k obloze. Vedle výstavy letadel a 3D kina je v prvním patře

nové budovy, restaurace a bar s výhledem do expozic,

knihovna, přednášková místnost pro 150 lidí a multime-

diální sekce, na druhém patře jsou umístěny kanceláře,

obr. 7 až obr. 10 .

Nová budova muzea letectví nevypadá ani jako „dům“ ale

spíše jako architektonická skulptura rafinovaně vyjadřující

svou funkci.

Neutral i ta jako barevný koncept

Před zahájením prací na návrhu Muzea aviatiky v Krakově

se tým architektů seznámil s několika podobnými muzei

po světě. Atmosféra některých se jim zdála příliš neklidná,

návštěvníci byli roztěkaní, netrpěliví, protože vnitřní prostře-

dí neumožňovalo klidné soustředění na vystavené exponá-

ty a uvedené souvislosti. Proto zvolili jako základní materiál

pro konstrukci objektu nového muzea monolitický beton

v pohledové povrchové úpravě s antracitovým zbarvením

(Bayferrox® 330/1), obr. 11 . Nátěry letadel jsou většinou

modré, červené nebo stříbrné, a jejich expozice na tmavém

pozadí vytváří snadno identifikovatelné výrazné body v pro-

storu.

Celkem bylo pro konstrukci z 3 500 m3 betonu použito 39 t

práškového pigmentu dodávaného výrobci betonu v papíro-

vých pytlích.

Energetický koncept – udržitelnost prostřednictvím

jednoduchosti a umírněnosti

Různé teplotní zóny, přirozená ventilace a intenzivní využívání

denního světla minimalizují spotřebu energie a spolu s uvá-

ženým výběrem trvanlivých materiálů přispívají k minimalizaci

dopadů stavby na spotřebu přírodních zdrojů a snížení pro-

vozních nákladů v celém objektu.

Koncept je založen na přirozeném větrání všech tří křídel.

Obr. 3

Obr. 2



Pouze kino a přednáškový sál mají nucené větrání a vydý-

chaný vzduch je odváděn podzemním tunelem přes výměník

tepla. To umožňuje přivádět do místností teplý vzduch v zimě

a chladný v létě. Křídla jsou vytápěna různě podle jejich vyu-

žití: 20 °C v kancelářích, 18 °C ve vzdělávacím křídle a 15 °C

v hlavním prostoru expozic. Tím, že celý 10 m vysoký vnitřní

prostor není vytápěn na 20 °C, se ušetří 40 % energie. Pro

temperování interiérů se také účinně využívá velké teplotní

akumulace betonových konstrukcí stropů a stěn. Protože

obrovská skleněná stěna s vraty (200 m2) v hlavní výstavní

hale je otočena na sever, lze prostor přirozeně větrat i během

léta a klimatizace není potřeba.

Obr. 2 Severní fasáda nové budovy Muzea aviatiky (fotografie Jakub Pierzchala & Marcin

Przybylko) l Fig. 2 Northern facade of the new building of the Museum of Aviation

(Photo Jakub Pierzchala & Marcin Przybylko)

Obr. 3 Jihozápadní fasáda nové budovy Muzea aviatiky (fotografie Jens Willebrand)

l Fig. 3 South-west facade of the Museum of Aviation (Photo Jens Willebrand)

Obr. 4 Vnitřní expozice historických letadel (fotografie Jens Willebrand) l

Fig. 4 Indoor exhibition of vintage aircrafts (Photo Jens Willebrand)

Obr. 5 Vnitřní expozice historických uniforem a předmětů denní potřeby letců

(fotografie Jens Willebrand l Fig. 5 Indoor exhibition of historic uniforms and items

of daily use of pilots (Photo Jens Willebrand)

Obr. 6 Informační stojan (fotografie Jakub Pierzchala & Marcin Przybylko)

l Fig. 6 Infokiosk (Photo Jakub Pierzchala & Marcin Przybylko)

Obr. 5

Obr. 4b

Obr. 4a

Obr. 6



Obr. 7 2. NP s restaurací a barem s výhledem do výstavního sálu (fotografie Jens

Willebrand) l Fig. 7 2nd above-ground floor with restaurant and bar with a view into

the exhibition hall (Photo Jens Willebrand)

Obr. 8 Velký přednáškový sál (fotografie Jens Willebrand) l Fig. 8 Main lecture

hall (Photo Jens Willebrand)

Obr. 9 Hlavní schodiště (fotografie Jakub Pierzchala & Marcin Przybylko) l

Fig. 9 Main staircase (Photo Jakub Pierzchala & Marcin Przybylko)

Obr. 10 Vstup do 3D kinosálu (fotografie Jakub Pierzchala & Marcin Przybylko)

l Fig. 10 Entrance into the 3D cinema (Photo Jakub Pierzchala & Marcin Przybylko)

Obr. 11 Detaily konstrukce budovy, archív Pysall Ruge Architekten, a) řez vnější

betonovou stěnou a napojení konstrukce střechy ve výstavním křídle, b) řez vnější betonovou

stěnou s otočným kulatým oknem a připojení stropní konstrukce nad 1. NP v křídle

s kancelářemi l Fig. 11 Details of the concrete structure, courtesy of Pysall Ruge

Architekten, a) sectional detail of the external concrete wall and roof connection in the

exhibition wing, b) sectional detail of the external concrete wall and second floor ceiling

connection in the office wing

Obr. 7

Obr. 8 Obr. 9

Obr. 10



Vedle dobrého využívání denního světla pro osvětlení vnitř-

ních prostor je v budově nainstalován energeticky efektivní

osvětlovací systém, který zahrnuje krokové spínače, detekto-

ry pohybu a lampy se zdroji s nízkou spotřebou.

L E T E C K Ý P A R K

Zaujetí letectvím se opakovaně objevuje všude. Historická leta-

dla stojí podél bývalé cesty pro taxi, která odvážela pasažéry.

Vše je tak autentické, že lze snadno zapomenout, že se jedná

pouze o muzeální exponáty. Za vnější plochou stojí osm his-

torických budov a hangárů, v kterých jsou pečlivě uspořádá-

ny expozice dle epizod a témat z vývoje letectví. Na vnějších

betonových plochách jsou vystaveny další exponáty. Celkem

se výstavní park kolem muzea rozkládá na ploše 6 ha.

Koncept návrhu parku počítal se vzájemným propojením

nových budov se stávajícími původními starými alejemi

i nově upravenými parkovými cestami. „Cesta“ historií letec-

tví je připravena a vnější přechody mezi jednotlivými objek-

ty muzea umožňují návštěvníkům uložit si dojmy a poznat-

ky z jedné části expozice a připravit své vnímaní na nové

informace.

S B Í R K Y

Sbírky zahrnují přes dvě stě exponátů letadel, další letecké

artefakty, technické dokumenty, historické fotografie jedineč-

ných letadel z minulého století v jejich původních podmínkách

a velké množství ruských letadel z doby studené války. Vedle

toho je zde jedna z celosvětově největších expozic leteckého

objevování zajímavá zejména z technického hlediska a také

rozsáhlou sbírkou speciálních motorů.

K významným zdejším exponátům patří:

❙ Levavasseneur Autoinette z roku 1909 – jedno z nejzná-

mějších letadel francouzského pionýrského věku, první

jednoplošník na světě se zavřenou kabinou schopný nést

cestující;

❙ Geest Möwe 4 z roku 1913 – jedno z prvních motorových

letadel v Německu;

❙ Heinkel He 5e z roku 1928 – námořní sledovací leta-

dlo z dvacátých let, které dosáhlo výškového rekordu

5 731 m. Vystavený stroj byl použit při pátrání po italských

trosečnících ze vzducholodi „Italia“;

❙ Messerschmitt M-15 z roku 1938, na kterém byl v roce

1939 dosažen rychlostní rekord 755 km/h, který byl pře-

konán až o třicet let později

a řada dalších.

Nečekaným překvapením pro návštěvníky je velká expozi-

ce původní „Deutche Luftfahrtsammlung Berlin“. Podobně

jako mnohé jiné muzeální expozice a umělecké sbírky byla

i berlínská letecká sbírka během náletů odvezena z Berlína

do bezpečí. Exponáty byly převezeny vlakem do Poznaně,

která se na základě smlouvy z Potsdami, definující nové

hranice po II. světové válce, stala součástí Polska. Dočasně

byly sbírky uloženy v nádražním depu a skladech v Poznani,

Pilavě a Wroclavi a v roce 1963 byly přesunuty do Krakowa.

Až do roku 1982 se věřilo, že se ztratily. V lednu 1986, brzy

po jejich znovunalezení, německý časopis „Spiegel“ napsal,

že jejich objevení v Krakowě lze srovnávat s objevením fa -

raonských pohřebišť v Egyptě.

KlientMuzeum Lotnictwa Polskiego w Krakowie, Regional administration of Malopolska

Architektonický návrhPysall Architekten (Design author: Pysall Ruge Architekten with Bartlomiej Kisielewski)

Hlavní dodavatel Budostal-2

Dodavatel bednění Peri

Dodavatel betonu Cemex Polska

celkový objem betonu 3 500 m3

Dodavatel pigmentu Lanxess

použitý pigment Bayferrox® 330/1 39 t

Plocha 3 378 m2

Soutěž 2005

Realizace 2008 až 2010

Bayferrox® je ochranná známka firmy Bayer AG, Leverkusen, Německo.

Redakce časopisu děkuje architektonické kanceláři Pysall Ruge Architekten a společnosti

Lanxess za materiály poskytnuté k přípravě článku.

spadek

6

5

21 22 23

10

50 100 cm10

21 22 23

ca. 13%

+10,15

36

1

2

3

4

26 27 28 29 3024

37

50 100 cm10

Legenda k výkresům:

1 – Pohledový beton, hlazený vnitřní povrch stěnové konstrukce tloušťky 400 mm;

2 – Teplotní izolace 120 mm; 3 – Vnitřní rámová pozinkovaná ocelová konstrukce,

odvětrávaný prostor 1 000 mm; 4 – Pohledový beton, hlazený vnější povrch stěnové

konstrukce 150 mm, jako ztracené bednění byl použit vlnitý ocelový plech; 5 – Hliníkový

plech, anodizovaný C0, 10 mm; 6 – Otočné okno v kancelářích; 10 – Přívod ke konvektoru;

21 – Železobetonová stropní konstrukce 280 mm; 22 – Zvýšená podlaha 120 mm;

23 – Průmyslové parkety 220 mm; 24 – Střešní odvodnění; 26 – Vzduchová dutina

s ocelovou rámovou konstrukcí a rozvody instalací; 27 – Vlnitý ocelový plech; 28 – Teplotní

izolace 140 mm; 29 – Hydroizolace; 30 – Betonové desky 50 mm; 36 – Zavěšený podhled:

na vnitřní povrch užita cementová stěrka Ardex Pandomo system

Obr. 11b

Obr. 11a



S P O J E N Í A RC H I T E K T U R Y A P Ř Í RO DY | T H E L I N K B E T W E E N A RC H I T EC T U R E A N D N AT U R E

Článek popisuje soubor staveb muzea a galerie portugalského malíře Paula Rego postavený ve městě Cascais. Masivní,

červený, ve hmotě barvený beton tvoří harmonický kontrast k okolní zelené vegetaci. | This article shows a complex of

museum and gallery buildings of a Portuguese painter Paul Rego that was built in the town of Cascais. Massive, red, in the

mass coloured concrete creates harmonious contrast to the surrounding green vegetation.

Obr. 1 Červený ve hmotě barvený beton a zelená vegetace v harmonickém kontrastu

l Fig. 1 Red integrally coloured concrete and green vegetation in harmonious contrast

Obr. 2 Prvky regionální historické architektury interpretované v současném umění l

Fig. 2 Aspects of region´s historical architecture, reinterpreted in contemporary art

Obr. 1

Obr. 2



Obr. 4a

Obr. 3 Obr. 4b



Při práci nad návrhem galerie-muzea Casa das Histórias Paula

Rego ve městě Cascais (cca 30 km západně od Lisabonu) se

jeho autor, uznávaný portugalský architekt, Eduardo Souto

de Moura (v březnu 2011 obdržel Prickerovu cenu) nechal

inspirovat místem a jeho historií, které jsou převyprávěny

jazykem současné architektury.

Budovy jsou navrženy tak, aby výška dvou jehlanovitých

věží nepřesahovala okolní stromy a muzeum „jen zaplnilo

volné místo v krajině“. Rozpor mezi živou a neživou přírodou,

mezi zemí a stromy, vytváří kontrast ve volbě barev. Červený

beton, obarvený pigmenty Bayferrox®, stojí v materiálovém

kontrastu a současně v barevné harmonii se zelenou okolní

vegetací. Budovy objektu seskupené do čtyř křídel mají růz-

nou velikost a výšku.

S Y M B O L V K R A J I N Ě – E S T E T I K A

K O N T R A S T U

Inspiraci pro návrh Komplexu Casa das Histórias Paula

Rego (portugalský malíř) čerpal architekt ze staveb ve městě

Cascais navržených architektem Raulem Lino, z Královského

paláce ve městě Sintra z počátků 15. století s prvky gotic-

kého, manuelského a maurského slohu a z komplexu cister-

ciánského kláštera v Alcobaca. Po té, co byl jako základní

konstrukční materiál vybrán červený beton, předložil archi-

tekt městu atraktivní koncept stavby s prvky místní historické

architektury. Záměrně zvýraznil červený beton v protikladu

k okolní zelené vegetaci a využil tak estetického efektu kon-

trastu a jedinečné harmonie. Byl to malíř sám, kdo vybral

architekta své galerie, protože věděl, že jeho návrh vyhoví

všem požadavkům a přáním umělce a přitom nezapomene

ani na návštěvníky výstav a jejich prožitky.

Celkem bylo na stavbu použito 3 810 m3 betonu, který

byl obarven 15 t pigmentu Bayferrox® 110 a 3 t pigmentu

Bayferrox® 420. Pigmenty byly dodávány v pytlích a dávko-

vání probíhalo na betonárně při přípravě betonu.

Vnitřní výstavní, technické a servisní místnosti mají světle

omítnuté stěny a na podlahách je místní šedomodrá mramo-

rová dlažba. V budově je také obchod a kavárna otevřená

do zeleného atria a přednášková místnost pro dvě stě poslu-

chačů.

Investor město Cascais

Architekt Eduardo Souto de Moura

ProjektAFAconsult, RS – Raul Serafim e associados, PQF – Paulo Queiros de Faria

Plocha 3 307 m2

Objem betonu 3 810 m3

Celkové množství pigmentu Bayferrox®

18 t

Výstavba 2005 až 2008

Redakce časopisu Beton TKS děkuje společnosti Lanxess za materiály poskytnuté

k přípravě članku.

Fotografie: archív společnosti Lanxess, www.bayferrox.com

Photos courtesy of Lanxess, www.bayferrox.com

Bayferrox® je ochranná známka firmy Bayer AG, Leverkusen, Německo.

Obr. 3 Vstup do Casa das Histórias l Fig. 3 Entrance into Casa das Histórias

Obr. 4 Kavárna v polouzavřeném atriu, a), b) l Fig. 4 Cafe in the semiclosed

atrium, a), b)

Obr. 5 Vnitřní dvůr l Fig. 5 The inner courtyard

Obr. 6 Výstavní prostory s průhledem do vnitřního dvora l Fig. 6 Exhibition spaces

with the view into the inner courtyard

Obr. 7 Kontrast povrchů l Fig. 7 Contrast of surfaces

Obr. 5 Obr. 7

Obr. 6


T É M A | T O P I C106


107L E H K É B E T O N Y | L I G H T W E I G H T C O N C R E T E

Lehké kamenivo je dnes používáno v širokém rozmezí obje-

mových hmotností od 50 kg/m3 u expandovaného perli-

tu po 1 000 kg/m3 u např. popílkového kameniva, ale také

v širokém rozmezí pevností a velikostí zrn. Díky tomu je

možné navrhnout beton ve velmi širokém spektru pevností

a objemových hmotností, což ho předurčuje jak pro aplikace

tepelně izolačního výplňového mezerovitého betonu, tak pro

aplikace lehkého hutného konstrukčního betonu.

Základní výhodou použití lehkého betonu je snížení zatížení

konstrukcí, které mohou výrazně snížit náklady celé stavby,

dalšími výhodami jsou nižší přepravní náklady hotových dílců,

používání lehčí výrobní a manipulační techniky a v neposlední

řadě také vyvstává v dnešní době otázka šetrnosti k životní-

mu prostředí, např. v případě použití vedlejších energetických

produktů pro výrobu lehkých kameniv.

S T R U Č N Á H I S T O R I E

Lehké betony mají své kořeny již v antickém období cca

v období 3 000 let př. n. l., kdy byla v éře Harappské civilizace

(doba bronzová) [1] vybudována slavná města Mohenjo-Daro

a Harappa. Kamenivo používané pro výrobu lehkého betonu

bylo sopečného původu.

V Evropě došlo k prvnímu použití lehkého betonu před dvěma

tisíci lety, kdy Římané vybudovali slavný Pantheon, akva-

dukty a Koloseum v Římě. Variabilita vlastností přírodního

kameniva byla při výstavbě Pantheonu řešena jeho ručním

tříděním dle objemové hmotnosti s ohledem na konečnou

objemovou hmotnost betonu. Kromě stavebních konstrukcí

Římané používali přírodní kameniva a čistý jíl pro výstavbu

tzv. „Opus Caementum“ (druh římského litého zdiva). Použité

přírodní lehké kamenivo – pemza – se dodnes používá v Itálii,

Německu, Japonsku a na Islandu.

S rostoucí poptávkou a nedostupností přírodních kameniv

po celém světě byly vyvinuty technologie pro jejich výrobu

průmyslovými postupy. V roce 1918 Stephen J. Hayde paten-

toval kamenivo „Haydite“. Byl první, kdo zavedl technologii

expandace břidlic. Toto kamenivo se dodnes v USA vyrábí.

Umělá kameniva tohoto typu byla všeobecně přijata do pros-

tého, železového i předpjatého betonu. Jedny z časných

aplikací byly válečné lodě postavené na konci první světové

války. Nedlouho po patentu S. J. Haydea v USA byl udělen

patent Oskaru Ohlsenu v roce 1919.

V Německu byla zavedena první výroba kameniva na bázi

expandovaného jílu v letech 1935 až 1939 v Sommerfeldu

a v Rudesdorfu poblíž Berlína. Výrobu i aplikace však zde

provázela řada potíží. Obecně lze považovat za zakladatele

výroby tohoto typu kameniva Dánsko, kde byla v roce 1939

založena továrna poblíž Kalundborgu. Později byla výrobna

přesunuta do Hinge, kde mají k dispozici šest rotačních pecí

a dodnes zde vyrábí kamenivo Leca.

V Evropě bylo kolem roku 1960 postaveno mnoho tová-

ren na výrobu kameniva na bázi expandovaných jílů. Např.

v roce 1955 a 1964 byly vybudovány dva závody v tehdejším

Československu, a to v Bratislavě a ve Vintířově. Byly zde

dokonce v letech 1967 a 1968 pořádány mezinárodní kon-

ference na toto téma. Po roce 1968 však byla mezinárodní

spolupráce vzhledem k politické situaci přerušena.

Na rozdíl od USA, Evropané používají jako surovinu pro

výrobu kameniva elektrárenský popílek. Tato technologie

se začala užívat v roce 1960 ve Velké Británii, v roce 1973

v Německu a v roce 1985 v Nizozemí. V roce 1993 byla

v Nizozemí vybudována výrobna kameniva na bázi vápnem

pojeného popílku vytvrzeného parou.

V Rusku historie umělého kameniva začala v roce 1930, kdy

profesor Kostyrko zavedl výzkum výroby těchto typů kameniv.

Zde bylo kamenivo nazváno Keramzit. Jeho práce byla během

druhé světové války pozastavena, takže první rotační pec byla

postavena až v roce 1955 ve Volgogradu. V roce 1980 bylo

aktivních více jak tři sta výroben. Výzkum a vývoj pokrýval

speciální institut v Kujbyševu, v celé zemi bylo postaveno

mnoho budov včetně panelových z tzv. keramzitbetonu, ale

reálná efektivita výroby byla nízká. Objemové hmotnosti kame-

niv byly vysoké, pouze 10 % produkce bylo pod 400 kg/m3.

V roce 1995 bylo aktivních už pouze padesát tři výroben

a šestnáct výroben na Ukrajině [2].

První objekty z lehkého vyztuženého betonu byly postaveny

ve Velké Británii v roce 1958. Jednalo se o třípodlažní admi-

nistrativní budovy v Bentfordu v blízkosti Londýna.

Dalším mezníkem v historii je vývoj lehkého vysokopevnost-

ního betonu, který probíhal zejména v Norsku. Impulsem

pro tento vývoj byla rozsáhlá výstavba mostních konstrukcí,

přímořských konstrukcí a plovoucích plošin. V těchto

konstrukcích je nízká objemová hmotnost vhodná, ale naopak

je třeba vysoké pevnosti v tlaku.

L E H K Ý B E TO N | L I G H T W E I G H T C O N C R E T EM I C H A L A H U B E R T O V Á

Článek stručně uvádí současný stav lehkého betonu u nás a v zahraničí z hlediska vstupních materiálů (zejména lehkých

kameniv), návrhu, technologie výroby a ukládání. Dále představuje zajímavé realizace v posledních letech za účelem vysvět-

lení přínosu lehkého betonu jako materiálu tepelně izolačního i konstrukčního. | The article briefly shows contemporary

status of lightweight concrete in the Czech Republic and abroad from the input materials (especially light aggregates),

design, technology of production and placing point of view. It also presents remarkable realizations of the recent years to

explain the contribution of lightweight concrete as thermal insulation and construction material.


108 L E H K É B E T O N Y | L I G H T W E I G H T C O N C R E T E

D R U H Y L E H K Ý C H K A M E N I V

Suroviny pro výrobu lehkého kameniva jsou přírodního původu

(jíly, břidlice, lupky) i na bázi vedlejších průmyslových produktů

(polétavý a ložový popílek, vysokopecní struska). Používá se

i syntetické organické kamenivo (např. polystyrenové kuličky).

Přírodní kameniva

Dříve se používalo přírodní kamenivo většinou sopečného

původu (pemza, škvára, tuf atd.). Tato kameniva byla použí-

vána jako jemné i hrubé kamenivo do betonu a malt. Přírodní

kameniva jsou známa jako aktivní pucolánový materiál v přípa-

dě použití jako jemné kamenivo (filer). Tzn. že kamenivo reaguje

s hydroxidem vápenatým, který vzniká při hydrataci cementu

a produkuje CSH produkty, které zpevňují strukturu a upravují

strukturu pórů, což má za následek zvýšení životnosti betonu.

V Malajsii, Indonésii a Nigérii používají jako přírodní kamenivo

zemědělské odpady, např. skořápky palmových ořechů.

Umělá kameniva

Umělá lehká kameniva, obr. 1 , se nejčastěji vyrábí tepelným

zpracováním:

❙ přírodních materiálů, např. perlitu, vermikulitu, jílu, břidli-

ce (nejznámější typy kameniv v Evropě jsou Liapor, Leca

a Perlit),

❙ průmyslových produktů, např. skla (nejznámější typy

kameniv v Evropě jsou Liaver, Poraver, Technopor,

Misapor, Geocell, Technopor, Refaglass),

❙ průmyslových vedlejších produktů, např. popílku (nejzná-

mějším typem kameniv v Evropě je Lytag).

Umělá kameniva lze vyrábět i bez tepelného zpracování,

např. za studena sbalkovaná popílková kameniva (Aardelit

v Holandsku). Další možností je např. použití granulátu expan-

dovaného polystyrenu nebo cihelného recyklátu či recyklátu

z lehkého betonu.

Z Á K L A D N Í R O Z D Ě L E N Í A P O U Ž I T Í L C

Dle struktury dělíme lehké betony na obr. 2 :

❙ mezerovité

❙ napěněné, provzdušněné (u této varianty je možné i pou-

žití pórovitých kameniv)

❙ hutné konstrukční

Hutné lehké betony se používají obdobně jako obyčejné

betony. Norma ČSN EN 206-1 zahrnuje rovnocenně vedle

obyčejných betonů i betony lehké, které mají podobné pev-

nostní třídy, tab. 1 . Pouze se svým zatříděním liší svou obje-

movou hmotností, která je definována do 2 000 kg/m3, tab. 2 .

Lehké betony se navrhují podle stejných pravidel,

zohledňují se ale samozřejmě rozdílné vlastnosti (např. defor-

mační vlastnosti).

Pro navrhování konstrukcí z mezerovitých lehkých betonů

platí odlišná pravidla hlavně v použití pro vyztužené beto-

ny. Normy použití nosné výztuže v těchto betonech povolují

za předpokladu její ochrany proti korozi a omezení využitelné

pevnosti oceli.

Již zaniklá norma ČSN 73 2402 (Provádění a kontrola kon-

strukcí z lehkého betonu z umělého pórovitého kameniva)

klasifikovala lehké mezerovité betony (označení MLB). Tato

norma od roku 2004 neplatí a v současné době neexistu-

je norma, která by zahrnovala lehké mezerovité betony. Pro

tento účel lze použít normu ČSN EN 1520 (Prefabrikované

vyztužené dílce z mezerovitého betonu z pórovitého kame-

Obr. 1a

Obr. 2a

Obr. 1b

Obr. 2b

Obr. 1c

Obr. 2c



niva), která velmi dobře klasifikuje lehký mezerovitý beton

a jeho základní vlastnosti, tab. 3 . Bohužel ale platí pouze pro

prefabrikované konstrukce.

Z hlediska funkce lze lehké betony rozdělit na:

❙ konstrukční LC, jejichž hlavní funkcí je nosnost a hlav-

ním požadavkem je pevnost při využití nízké objemové

hmotnosti,

❙ konstrukčně izolační LC, u kterých se současně využí-

vá nosné i tepelně izolační funkce,

❙ tepelně izolační LC, u kterých se využívá převážně

tepelně izolačních vlastností.

Lehké betony jsou využitelné v oblasti monolitických kon-

strukcí pozemních, občanských a dopravních staveb, stejně

tak i pro výrobu prefabrikovaných dílců pro stejné určení.

Lehké betony lze použít jako prosté, vyztužené i předpjaté.

Dále se LC používají při výrobě vibrolisovaných prvků (zdící

tvarovky, prvky zahradní architektury apod.).

Z Á K L A D Y T E C H N O L O G I E – Z Á K L A D N Í

O D L I Š N O S T I O D T E C H N O L O G I E

O B Y Č E J N É H O B E T O N U

Vliv povrchu, tvaru a vlastností lehkého kameniva

na pevnost betonu

Vlastnost povrchu lehkého kameniva ovlivňuje volbu výběru

ostatních vstupních surovin a technologického postupu výro-

by. Některé typy lehkých kameniv (expandované jíly, břidlice)

mají zřetelné rozdíly mezi hutností vnější slupky a pórovitým

vnitřkem zrna. Např. u popílkového kameniva nebo kameniva

na bázi expandovaného skla není žádný odlišný rozdíl v celé

struktuře zrna kameniva. Rozdíly v pórovitosti a zvláště vlast-

nosti povrchu ovlivňují chování lehkého kameniva v betonu,

zejména nasákavost v čerstvém stavu [5].

Důležité jsou fyzikálně-mechanické vlastnosti lehkého kameni-

va, zejména objemová hmotnost, pevnost a nasákavost, které

se u jednotlivých druhů lehkých pórovitých kameniv mohou

lišit. Distribuce zrn a maximální zrno lehkého kameniva jsou

při výrobě lehkého betonu rozhodující. Doporučená maximální

velikost zrna je limitována požadavky na pevnost betonu, větší

zrna lehkého kameniva mají sklon snižovat pevnost a inkli-

nují k segregaci způsobené rozdílnou objemovou hmotností

jednotlivých složek. Stejně jako u přírodního kameniva měrný

povrch lehkého kameniva ovlivní zpracovatelnost v čase, a to

zejména v případě, kdy tvar povrchu představuje otevřenou

pórovou strukturu. Měrný povrch kameniv ovlivní nejen zpra-

covatelnost betonu ale také spojení s cementovým tmelem.

Pevnost lehkého kameniva je spíše nízká a je potvrzeno, že jako

primární faktor omezuje možnosti dosažení horní meze pevnos-

Tab. 1 Pevnostní třídy hutných lehkých betonů dle ČSN EN 206 – 1/Z3 l

Tab. 1 Classification of strength of LWCs acc. to ČSN EN 206 – 1/Z3

Třídaf

ck,cyl

[MPa]

fck,cube

[MPa]

x3

[MPa]

LC 8/9 8 9 14

LC 12/13 12 13 18

LC 16/18 16 18 23

LC 20/22 20 22 27

LC 25/28 25 28 33

LC 30/33 30 33 38

LC 35/38 35 38 43

LC 40/44 40 44 49

LC 45/50 45 50 55

LC 55/60 55 60 65

LC 60/66 60 66 71

LC 70/77 70 77 82

LC 80/88 80 88 93

fck,cyl

značí charakteristickou pevnost stanovenou na válcích (r = 150 mm, h = 300 mm)

[MPa], fck,cube

charakteristickou pevnost stanovenou na krychlích s délkou hrany 150 mm

[MPa], x3 min. průměrnou pevnost tří vzorků, a to krychlí s délkou hrany 150 mm [MPa].

Tab. 2 Třídy objemové hmotnosti hutných lehkých betonů

dle ČSN EN 206 – 1/Z3 l Tab. 2 Classification of

volume weight of compact LWCs acc. to EN 206 – 1/Z3

TřídaObjemová hmotnost

[kg/m3]

D 1,0 ≥ 800 a ≤ 1 000

D 1,2 > 1 000 a ≤ 1 200

D 1,4 > 1 200 a ≤ 1 400

D 1,6 > 1 400 a ≤ 1 600

D 1,8 > 1 600 a ≤ 1 800

D 2,0 > 1 800 a ≤ 2 000

Tab. 4 Třídy objemové hmotnosti mezerovitých lehkých betonů podle ČSN EN 1520 l

Tab. 4 Classification of volume weight of LWCs with open structure acc. to EN 1520

Třída objemové hmotnosti lehkého

betonu

Hranice objemové hmotnosti betonu ve vysušeném stavu

[kg/m3]

0,5 400 < ρ ≤ 500

0,6 500 < ρ ≤ 600

0,7 600 < ρ ≤ 700

0,8 700 < ρ ≤ 800

0,9 800 < ρ ≤ 900

1 900 < ρ ≤ 1 000

1,2 1 000 < ρ ≤ 1 200

1,4 1 200 < ρ ≤ 1 400

1,6 1 400 < ρ ≤ 1 600

1,8 1 600 < ρ ≤ 1 800

2 1 800 < ρ ≤ 2 000

Tab. 3 Pevnostní třídy mezerovitých lehkých betonů dle ČSN EN 1520 l

Tab. 3 Classification of strength of LWCs with open structure acc. to ČSN EN 1520

Třída LAC 2 LAC 4 LAC 6 LAC 8 LAC 10 LAC 12 LAC 15 LAC 20 LAC 25

fck

[MPa] 2 4 6 8 10 12 15 20 25

x3 [MPa] 4,8 8,3 10,6 13 15,3 17,7 21,2 28,3 34,2

fc,k

je charakteristická pevnost stanovená na válcích průměru 150 mm a výšky 300 mm [MPa].

Obr. 1 Umělá lehká kameniva, a) kamenivo na bázi expandovaného jílu Liapor

(Německo), b) popílkové kamenivo Aardelite (Holandsko), zdroj: www.aardinglg.com,

c) kamenivo na bázi expandovaného skla Misapor (Švýcarsko), zdroj: www.misapor.ch l

Fig. 1 Artificial lightweight aggregate, a) aggregate based on expanded Liapor clay

(Germany), b) ashes based aggregate Aardelite (The Netherlands), source:

www.aardinglg.com, c) aggregate based on expanded glass Misapor (Switzerland),

source: www.misapor.ch

Obr. 2 Struktury lehkých betonů, a) struktura mezerovitého LC – napěněná struktura

(zdroj: TBG Pražské malty, s. r. o.), b) struktuta mezerovitého LC – napěněná struktura

+ pórovité kamenivo, (zdroj Lias Vintířov, LSM k. s.), c) struktura mezerovitého betonu

– přirozená mezerovitá struktura (pórovité kmenivo), (zdroj Lias Vintířov, LSM k. s. l

Fig. 2 Structure of lightweight concrete, a) LWC with open structure – foamed structure

(source TBG Pražské malty, s. r. o.), b) structure of LWC with open structure – foamed

structure + pore aggregate (source Lias Vintířov, LSM k. s.), c) structure of LWC with open

structure – natural open structure (pore aggregate), (source Lias Vintířov, LSM k.s.)



ti LC. Mezní působení pevnosti lehkého kameniva na výslednou

pevnost LC se zvyšuje s klesajícím vodním součinitelem.

Zajímavá je vlastnost tzv. „vnitřního samoošetřování“ lehké-

ho kameniva. Voda nasáklá v jeho pórech může být později

„využita“ pro hydrataci během zrání betonu, což má za násle-

dek redukci smrštění způsobené samovysýcháním ztvrdlé-

ho betonu, zvláště u betonů s nízkým vodním součinitelem.

Menší smrštění snižuje riziko trhlin v raném stadiu.

Pro výrobu LC se často používá kombinace lehkého a hutné-

ho přírodního kameniva. Faktory ovlivňující optimální mísení

hutného a lehkého kameniva jsou jejich objemová hmotnost,

pevnost, kvalita a velikost zrn.

U lehkého kameniva je nejčastěji dosažitelná jemná frakce

0–1 mm pouze v drcené formě. V těchto případech se po -

třeba vody rapidně zvýší a je zhoršena zpracovatelnost.

Expe rimentálními pracemi [8] se prokázalo, že není vhodné

používat velké frakce přírodního kameniva, nejvhodnější je

využívat přírodní písek frakce 0–4 mm s malým množstvím

jemných podílů. Tzn. že nejčastěji je doporučováno kombi-

novat přírodní kamenivo s max. zrnem 4 mm a lehké kame-

nivo s max. zrnem 8 mm. V praxi se ale již používá přírodní

kamenivo i s max. zrnem 8 mm stejně jako u lehkého kame-

niva (např. prefabrikované dílce sportovního stadionu Eden

SK Slavia Praha).

Vlhkost, sypná hmotnost, objemová hmotnost zrna

U lehkých kameniv obecně je vliv vody na hmotnostní vlhkost

podstatně větší než u hutných kameniv. Rovněž rozptyl výrob-

ních tolerancí některých vlastností lehkého kameniva, i když

jsou menší než normami povolené, způsobuje nerovnoměr-

nost sypné a objemové hmotnosti zrna. Z toho vyplývá, že při

dávkování lehkého kameniva je nutná častější kontrola vlhkosti,

sypné a objemové hmotnosti kameniva. V ideálních podmín-

kách je nejvhodnější objemové dávkování lehkých kameniv.

Lehká kameniva mohou mít na rozdíl od hutných kame-

niv podstatnou vnitřní vlhkost. Tato vlhkost se při míchání

nepodílí na vytváření cementové malty a nemá vliv na vodní

součinitel. Má však vliv na celkovou vlhkost betonu, dobu

vysychání, další nasákavost kameniva při míchání a dopra-

vě betonu, čerpatelnost lehkého betonu atd. Celková vlhkost

lehkého kameniva se určí vysušením při 105 °C do konstantní

hmotnosti.

Nasákavost za atmosférického t laku a za vysokého

t laku během čerpání

Vyšší nasákavost lehkých kameniv ve srovnání s obyčejným

hutným kamenivem je nutno zohlednit při návrhu dávek vody.

Záměsová voda při míchání lehkého betonu z pórovitého

nasákavého kameniva sestává z vody přídavné a vody účin-

né. Přídavná voda je voda, která se sice přidává do čerstvého

betonu, ale která se vsákne do lehkého kameniva během

míchání a neúčastní se bezprostředně na tvorbě cemento-

vého tmele. Přídavná voda se tedy nezapočítává do vod-

ního součinitele. Množství přídavné vody závisí na nasáka-

vosti kameniva (rozdílná dle druhu či objemové hmotnosti)

a na jeho okamžité vlhkosti.

Je nutné si uvědomit, že díky nasákavosti lehkého kameniva

lehký beton vyžaduje větší množství vody. Při použití suchého

lehkého kameniva se musí dodat přídavná voda potřebná pro

jeho nasáknutí. Přídavná voda by se měla stanovit na základě

skutečné vlhkosti a nasákavosti použitého lehkého kameniva

a času nezbytného pro míchání, dopravu a uložení betonu.

Některé výzkumy [7] hovoří o tom, že plného nasycení lehkého

kameniva je možné docílit za normálního tlaku až po měsících

ponoření a vyplnění všech pórů může být dosaženo tlakem

vody min. 50 barů. To signalizuje, že pórový systém lehkého

kameniva je složen částečně z kapilár a částečně z uzavře-

ných pórů.

Kamenivo na bázi expandovaných jílů má nižší procento vzá-

jemně spojených pórů než např. kamenivo na bázi spékaných

popílků. Kamenivo na bázi expandovaného skla obsahuje

zejména uzavřené póry, tudíž je jeho nasákavost pouze povr-

chová. Důležité dopady nasákavosti kameniva jsou ve ztrátě

zpracovatelnosti betonu, dále ve zmenšení efektivního vod-

ního součinitele penetrací vody do lehkého kameniva během

čerpání či v počáteční fázi tuhnutí cementového tmele.

Důležitá je rychlost počáteční nasákavosti lehkého kameni-

va. V případě kameniv na bázi expandovaných jílů, které se

používají v technologii lehkých betonů nejčastěji, se při návr-

hu směsi stanovuje množství přídavné vody obvykle, jako

nasáknutí lehkého kameniva za 1 h. V Norsku používají 90 až

100% hodinové hodnoty, v Německu je doporučeno uvažo-

vat dvojí hmotnostní objem nasákavosti po 30 min namočení

ve vodě [7].

Pro návrh množství přídavné vody se dle ČSN EN 206-1

bere v případě hrubého lehkého kameniva v lehkém betonu

hodnota nasákavosti zjištěná po 1 h podle metody uvedené

v EN 1097-6, příloha C, přičemž se jako základní bere hodno-

ta pro kamenivo obvyklé vlhkosti, nikoli hodnota pro vysuše-

né kamenivo. Účelnější a přesnější je však pracovat s nasá-

kavostí pro skutečnou počáteční vlhkost kameniva.

Kromě nasákavosti za atmosférického tlaku má u lehkého ka-

meniva význam i nasákavost za vysokého tlaku, tj. tlaku, které-

mu může být kamenivo vystaveno v potrubí s betonem během

čerpání. Tato vlastnost se uplatňuje pouze při čerpání betonu.

Při návrhu složení betonové směsi pro čerpatelné lehké beto-

ny z lehkého pórovitého kameniva a při samotném čerpání

lehkých betonů je nutno zohlednit určité skutečnosti, které se

při čerpání obyčejných betonů nebo při použití lehkých beto-

nů bez čerpání nevyskytují, nebo jsou nevýznamné. Hlavním

důvodem odlišného chování lehkých betonů při čerpání je

vyšší nasákavost lehkých kameniv pod tlakem, než jakou mají

obyčejná hutná kameniva (ani u těch však není nasákavost

pod tlakem nulová, ale pro praxi není významná).

Při čerpání betonu dochází ke vtlačení části vody z cemento-

vého tmele do zrn lehkého kameniva. Množství vtlačené vody

závisí převážně na druhu použitého kameniva, jeho okamžité

vlhkosti a na maximálním dosaženém tlaku v potrubí. Stav

betonu před a po čerpání je různý, a proto je třeba k hodno-

cení čerpaného lehkého betonu přistupovat poněkud odliš-

něji než k hodnocení obyčejného hutného betonu nebo leh-

kého betonu bez čerpání.

Významným aspektem při čerpání lehkého betonu je vtla-

čování vody do zrn lehkého kameniva vlivem tlaku v potrubí.

Aby tlak v potrubí při čerpání mohl být co nejnižší, musí být

betonová směs co nejvíce tekutá a pohyblivá a přitom stabilní



a dostatečně robustní. Směs musí obsahovat vyšší podíl drob-

ných částic analogicky s návrhem směsi pro samozhutnitelné

betony.

Během realizace čerpaného lehkého betonu je nutno sledo-

vat konzistenci ve třech etapách, a to ihned po namíchání,

po dopravě a v průběhu ukládání. V případě lehkého betonu

použitého jako transportbeton bez čerpání je nutno počítat se

ztrátou konzistence během dopravy.

Návrh a průkazní zkoušku čerpaného lehkého betonu prová-

díme tak, aby složení betonu odpovídalo stavu po čerpání.

V recepturách pro čerpatelné betony je vhodné uvádět množ-

ství účinné i přídavné vody. Při laboratorní průkazní zkoušce

se musí zvolit dávka záměsové vody tak, aby v okamžiku

hutnění zkušebních vzorků obsahovala betonová směs dávku

účinné vody. Lehké kamenivo musí při laboratorní průkazní

zkoušce obsahovat vodu, kterou obsahuje po čerpání, tj. roz-

díl mezi záměsovou a účinnou vodou uvedenou v receptuře,

tzn. že je nutné ho důkladně předem nasytit vodou.

Ovlivnění nasákavosti lehkého kameniva

předvlhčením

Nasákavost lehkého kameniva a hlavně nasákavost lehkého

kameniva pod tlakem je možno omezit nebo eliminovat před-

vlhčením kameniva. Předvlhčení je možné provést postřikem

na skládce, zkrápěním na páse během dopravy do zásobní-

ků nebo přímo v míchačce na začátku procesu míchání, kdy

se změní postup dávkování složek a prodlouží doba míchá-

ní pouze směsi lehkého kameniva a části dávkované vody.

Vodu, která se použije na předvlhčení kameniva a ještě před

vstupem do míchačky se do kameniva vsákne tak, že neulpí-

vá na povrchu jako povrchová voda, můžeme nazývat před-

máčecí vodou. Tato voda se rovněž nezahrnuje do výpočtu

vodního součinitele ani se s ní nepracuje při návrhu betonu.

Je však nutno stanovit, jaká je vnitřní vlhkost a nasákavost

lehkého kameniva po tomto předmáčení, a s těmito hodno-

tami pak pracovat při návrhu záměsové vody.

Různá objemová hmotnost zrn různých frakcí

Různá objemová hmotnost zrn různých frakcí se projeví při

podrobném sledování křivek zrnitosti kameniva. Tento vliv je

ještě výraznější při kombinaci lehkého a hutného kameniva.

Křivka zrnitosti kameniva v betonu je totiž obvykle sestavová-

na podle hmotnostního podílu zrn dílčích frakcí kameniva. Zrna

lehkého kameniva větších frakcí (i v rozmezí jedné frakce) mají

však menší objemovou hmotnost než zrna drobných frakcí

a celkově mají zrna lehkého kameniva výrazně nižší objemo-

vou hmotnost než zrna hutného kameniva. Tím vzniká určitý

rozdíl mezi objemovým podílem, který různá zrna v betonu

skutečně zaujímají, a jejich hmotnostním podílem. Důsledkem

je, že kamenivo určité skladby s optimální hmotnostní křivkou

má podle objemové křivky zrnitosti menší podíl zrn drobných

frakcí.

Dávkování, postup míchání, doprava a ukládání

Při ověřování vhodnosti objemového či hmotnostního dáv-

kování bylo zjištěno, že při hmotnostním dávkování lehkého

kameniva nejsou jednotlivé receptury reprodukovatelné při

požadavku, aby se dosáhlo požadovaných již jednou ově-

řených vlastností včetně zpracovatelnosti konkrétní recep-

tury. Důvod je jednoduchý. Výrobce uvádí deklarovanou

odchylku hodnot objemových hmotností jednotlivých frakcí

lehkého kameniva až ± 15 % (dle normy). Např. je-li obje-

mová hmotnost frakce kameniva 1 200 kg/m3 a dávka této

frakce 100 kg/m3 betonu, může to prakticky znamenat, že

při uváděné odchylce ±15 % bude rozpětí dávkování v inter-

valu od 85 do 115 kg/m3. Z tohoto důvodu je vhodnější místo

hmotnostního dávkování uplatnit dávkování objemové. V pří-

padě, že z nějakého důvodu nelze dávkovat objemově, ale

jen hmotnostně, je třeba věnovat vyšší pozornost stanovení

skutečné objemové hmotnosti jednotlivých frakcí.

Pokud se pro míchání čerstvého betonu použije předvlhčené

kamenivo, postup dávkování surovin do míchačky je shod-

ný s normálními betony. Použije-li se suché lehké kamenivo,

nejdříve se nechají delší dobu (min. 5 min) promísit jednotli-

vé frakce kameniva s přídavnou vodou. Po navlhčení kame-

niva se přidá cement, příměsi a případné práškové přísady

a za současného míchání se přidá záměsová voda s tekutými

přísadami.

Doprava na stavbu pomocí domíchávačů a jejich ukládá-

ní pomocí košů a žlabů probíhá za stejných podmínek jako

u normálních betonů. Je možná i doprava pomocí čerpání

a čerpatelnost lehkého betonu je tím lepší, čím je vyšší jeho

objemová hmotnost. Pro zlepšení čerpatelnosti je vhodné

přidat přísady modifikující viskozitu. Zlepšení čerpatelnosti

se dosáhne rovněž použitím vodou nasyceného lehkého

kameniva. Pro čerpání se doporučuje používat pístová čer-

padla. Zkušenosti ukazují, že je možno čerpat lehký beton až

do vzdálenosti 30 m při minimální objemové hmotnosti nad

1 400 kg/m3.

Při ukládání do forem nesmí dojít k rozmísení a sedimenta-

ci cementové malty dolů na dno formy a vyplavání lehkého

zejména hrubého kameniva na povrch, aby nevznikly vrstvy

s různou objemovou hmotností, a tím i různými pevnostmi.

I přes dobré vnitřní samoošetřování prostřednictvím přídavné

vody obsažené v nasáklých zrnech kameniva potřebuje lehký

beton starostlivé ošetřování stejně jako normální beton. Lehký

beton se během hydratace zahřívá více než obyčejný beton,

protože jeho tepelná jímavost a vodivost je nižší než u oby-

čejného betonu. Pro omezení smršťovacích trhlin od vysoké-

ho teplotního gradientu je účelné pozdější odformování nebo

obložení bednění tepelnou izolací. Horní plocha betonu musí

být chráněna proti vysychání.

Při výrobě dílců z lehkého betonu se dnes obvykle nepoužívá

proteplování a při použití cementů s rychlejším nárůstem pev-

nosti a při teplotě nad 15 °C je možné odformování po 24 h.

V Ý H O D Y A N E V Ý H O D Y L C

Výhody použití lehkého betonu lze shrnout do následujících

bodů:

❙ nízká vlastní hmotnost – úspory v množství použitého

konstrukčního materiálu, úspory v oblasti zakládání,

úspory v bednící technice, při manipulaci a přepravě atd.;

❙ tepelně izolační vlastnosti přímo úměrné s objemovou

hmotností lehkého betonu;

❙ dobrá tepelná jímavost jako výhodná vlastnost pro nízko-

energetické a pasivní stavby;



❙ některé fyzikálně-mechanické vlastnosti výhodnější

oproti obyčejnému betonu, např. vysoká pevnost vzhle-

dem k nízké objemové hmotnosti, nižší koeficient teplotní

roztažnosti, díky vnitřnímu samoošetřování menší auto-

genní smršťování, lepší opracovatelnost ztvrdlého beto-

nu atd.;

❙ vyšší životnost díky menšímu smršťování a permeabi-

litě, kvalitnější kontaktní zóně mezi lehkým kamenivem

a cementovou pastou a velmi dobré mrazuvzdornosti;

❙ přátelský k životnímu prostředí v případě použití lehkých

kameniv vyrobených z vedlejších průmyslových produk-

tů;

❙ snížení nákladů vzhledem k nízké objemové hmotnosti

a dlouhé životnosti lehkého betonu.

Nevýhody lehkého betonu jsou následující:

❙ křehkost v případě hutných konstrukčních betonů s vyš-

šími pevnostmi (díky vysoké pevnosti cementové pasty);

❙ vyšší teplota během zrání betonu díky hydrataci cementu

(vysoká tepelná jímavost lehkého betonu);

❙ nižší odolnost vůči lokálnímu koncentrovanému břeme-

nu, které se vyskytuje v ukotvení při předpínání;

❙ nasákavost lehkého kameniva způsobuje komplikace při

míchání a ukládání betonu čerpáním.

T R E N D Y P O U Ž I T Í L E H K É H O B E T O N U

A R E A L I Z O V A N É S T A V B Y

Lehký pohledový monolit ický beton – nízko energe-

tické a pasivní budovy (monolit ické konstrukce)

Poslední dobou vzrůstá požadavek stavět co nejúsporněji.

Nové stavby podléhají stále přísnějším pravidlům a s tímto

směřováním souvisí i trend pasivních domů. Severské země

jsou stejně jako u všech jiných technologií a použití lehkého

betonu lídrem v použití LC v pasivních domech. Např. CF

Møller Architects vyvinuli projekt residenčního bydlení pro

dánské výrobce lehkých prefabrikovaných betonových pane-

lů dle pasivních standardů. Jedná se o trojúhelníkový rodinný

dům, nazvaný Nordpilen („ukazatel severu“), protože dům je

otevřen k jihu a má minimální expozici na sever. V tomto tren-

du pokračuje i Nizozemsko, kde se vyvíjí koncepty pasivních

domů z lehkého prefabrikovaného betonu [12].

Sakrální stavba – hřbitovní kaple „Dům

na rozloučenou“, Salgesch, Švýcarsko 2011

Nová hřbitovní kaple ve švýcarském Salgesch uprostřed Alp

je výraznou monolitickou stavbou z lehkého betonu v kvalitě

pohledového betonu s odpovídající tepelnou izolací objek-

tu, obr. 3 . Budova byla architektem Norbertem Trufferem

(Cometti Truffer Architekten AG) navržena ve tvaru krychle

s přiloženými hranoly a tvoří zajímavý akcent v historickém

prostředí městečka založeného ve 13. století. Při plánová-

ní a realizaci stavby kladl architekt důraz na komunikaci

s okolním prostředím. Umístění okenních otvorů u podlahy

a v různé výšce na stěnách vytváří ve vnitřním prostoru zají-

mavé světelné nálady. Budova harmonicky ladí s okolní vinicí.

Na stavbu bylo použito z více jak 200 m3 lehkého Liaporbetonu

třídy LC20/22 o objemové hmotnosti 1 600 kg/m3. Prováděcí

firmou byla Constantin Bau AG a dodavatel betonu Volken

Beton AG. Pro výrobu betonu bylo použito lehké kameni-

vo Liapor frakce 4–8 mm se sypnou hmotností 350 kg/m3

a přírodním pískem frakce 0–4 mm. Tloušťka stěn je 450 mm,

jejich povrch byl následně hydrofobizován [10].

Muzeum Biedermann, Donaueschingen, Německo

2009

Nedávno byla renovována klasicistní budova muzea

v německém Donaueschingenu a výsledkem renovace je

zajímavý koncept velmi elegantně se pohybující mezi tradi-

cí a modernou. Nová přístavba muzea, obr. 4 , je moderní

monolitickou stavbou z lehkého Liaporbetonu v provedení

pohledového betonu probarveného černou barvou, která

opticky i fyzicky kontrastuje a harmonizuje s původní bílou

budovou.

Původní budova byla postavena v roce 1841 muzejní spo-

lečností. Krátce po dokončení došlo v objektu k požáru,

byl však rychle obnoven a poté budova sloužila až do první

Obr. 3a Obr. 3b



světové války. V letech 1937 až 2006 byl dům využíván

jako kino. Později budovu získali manželé Margaret a Lutz

Biedermannovi, kteří si vytkli cíl – transformovat zchátra-

lou budovu na stylové muzeum pro vlastní sbírku umění.

Rehabilitaci a sanaci dvoupodlažní budovy převzal tým archi-

tektů Tanya Raufer a Lukas Gäbele z gäbele&raufer.architek-

ten BDA. V prostorách původní budovy jsou nyní vystaveny

sbírky, dvě moderní přístavby v její zadní části slouží jako

další výstavní prostory a správní budova. Celý komplex je

vybaven nejmodernějšími technologiemi pro větrání, vytápění

a klimatizaci.

Přístavba z lehkého černého pohledového betonu má stěny

silné 650 mm a není dále zateplena. Bylo zde tedy využito

nízké tepelné vodivosti a vysoké kapacity pro akumulaci tepla

lehkého Liaporbetonu. Byla použita třída LC12/13 s objemo-

vou hmotností 1 200 kg/m3 speciálně navržená pro tuto stav-

bu. Celkově zde bylo uloženo 800 m3 betonu [10].

Výstavní pavi lon Laufen Forum, Basi lej ,

Švýcarsko 2010

Nový výstavní pavilon společnosti Keramik Laufen AG

v Basileji zaznamenal u veřejnosti mimořádný ohlas, obr. 5 .

Jedná se o zákaznické a předváděcí centrum, které zcela

neobvyklým způsobem prezentuje výrobky společnosti.

Nová oválná budova byla postavena z monolitického pohle-

dového betonu. Dvoupodlažní objekt, s interiérem o objemu

přibližně 6 500 m3 a užitnou plochu 700 m2, navrhlo archi-

tektonické studio Nissen & Wentzlaff z Basileje. Pro účely

prezentace značky a produktů vytvořili architekti emocio-

nální koncept, přičemž vycházeli z myšlenky funkčnosti – při

pohledu z ptačí perspektivy připomíná tvar budovy známé

umyvadlo společnosti.

Architekti vzali v úvahu úsporu plochy a nový objekt umístili

do svahu tak, že výstavní část přesahuje přes spodní podlaží

do prostoru o 25 m. Dvě třetiny budovy jsou podepřeny

pouze jediným excentrickým bodem, na němž spočívá hmot-

Obr. 3 Sakrální stavba – hřbitovní kaple, Švýcarsko a), b) (zdroj: Lias Vintířov, LSM k.s.,

www.liapor.com) l Fig. 3 Sacral building – graveyard chapel, Switzerland a), b),

(source Lias Vintířov, LSM k.s.)

Obr. 4 Muzeum Biedermann, Německo , a), b), c) (zdroj: Lias Vintířov, LSM k.s.,

www.liapor.com) l Fig. 4 Biedermann Museum, Germany, a), b), c) (source Lias

Vintířov, LSM k.s., www.liapor.com)

Obr. 4a

Obr. 4b Obr. 4c



nost asi 150 t. Vzhledem k rozměrům a rozpětí, v kterém je

budova podepřena, odpovídá nosná konstrukce typově spíše

mostu než výškové budově, takže celý návrh vyžadoval velmi

náročné a rozsáhlé modelové výpočty. Za nosné konstrukce

byla zodpovědná inženýrská společnost Walther Mory Maier.

Společnost pro místo koncentrovaného namáhání navrhla

ocelovou konstrukci, uloženou v betonu, která zabezpečuje

přenos zatížení do základů vysokým stěnovým nosníkem.

Čtyři další podpůrné body vnější zakřivené stěny o tloušťce

320 mm leží na podsklepené sekci. Stejně náročný byl návrh

konstrukce mezistropu horní železobetonové střešní desky

o délce 20 m a tloušťce 440 mm. Pro snížení zátěže slouží

dvanáct kruhových ocelových sloupů ve vnitřním meziprosto-

ru konstrukce střechy, kudy prochází vedení elektroinstalace

a odvodnění střechy.

Excentricita zatížení a podepření v kombinaci s velkým otvo-

rem pro atrium vedla k velké koncentraci vodorovného napětí

v nosných stěnách střechy, které na takové zatížení musejí být

dimenzovány. Pro snížení vlastní hmotnosti střechy bylo asi

na polovinu střechy použito 150 m3 lehkého betonu LC35/38,

D 1.8 s lehkým kamenivem Liapor frakce 2–10 mm. Betonáž

střechy z lehkého Liaporbetonu probíhala ze statických důvo-

dů v jednom pracovním kroku, který trval 14 h.

Předváděcí centrum bylo vyznamenáno „Cenou za marketing

a architekturu 2010“. Ocenění bylo uděleno za zvláštní tech-

nické a emocionální prvky objektu, který jako speciálně odlitý

objekt prezentuje značku keramiky Laufen [10].

Administrat ivní veřejná budova, Erftstadt, Německo

2011

Budova byla postavena jako monolitický objekt se složitou

konstrukcí a s vysokými estetickými a energetickými poža-

davky, které u veřejné budovy musely být splněny, obr. 6 .

Řešení bylo nalezeno u lehkého světlého pohledového be to-

nu s využitím kameniva Liapor. Výstavbě předcházela archi-

tektonická soutěž, jejímž vítězem se stal architekt Marc Hűber

z architektonické kanceláře raumwerk.architekten z Kolína

nad Rýnem. Architekt upřednostnil beton a skleněné povr-

chy, které vizuálně vytváří klasický styl, který reprezentuje

charakter města. Představu pohledového betonu a požadav-

ky zákona na šetření energií splnil lehký beton. Tloušťka stěn

je 650 mm, beton byl probarven do odstínu v místě použí-

vaného pískovce a jeho povrchy byly opatřeny hydrofobním

nátěrem. Byl použit beton LC12/13 D 1,2, který obsahoval

kamenivo Liapor frakce 2–8 mm a drcenou frakci 0–2 mm

a CEM III/A 42,5 N s popílkem. Uloženo bylo cca 300 m3 beto-

nu. Beton byl do bednění ukládán po vrstvách tloušťky 1 m,

jeho objemová hmotnost v čerstvém stavu byla 1 370 kg/m3

a součinitel tepelné vodivosti 0,45 W/m2K [10]. (více o tomto

objektu na str. 120, pozn. red.)

Obr. 5a

Obr. 5b Obr. 5c



Nízkoenergetický rodinný dům, St. Erhard/Sursee,

Švýcarsko 2009

Švýcarský architekt a umělec Urs Sigrist se rozhodl posta-

vit svůj nový dům z monolitického lehkého betonu, obr. 7 .

Dům má tvar krychle s nápadným povrchem z pohledového

betonu. Díky použití lehkého betonu je dům energeticky účin-

ný a svou jižní orientací optimálně využívá sluneční energii.

Vysoká tepelná kapacita izolačního lehkého betonu snižuje

náklady na využitou energii na minimum.

Vnější stěny mají tloušťku 450 mm, stropy jsou z běž-

ného betonu. Bylo uloženo cca 120 m3 lehkého beto-

nu, který obsahoval lehké kamenivo Liapor frakce 0–8

a 4–8 mm a lehké kamenivo Liaver frakce 1–4 mm. Dále

byl použit portlandský cement, popílek, superplastifikátor

a stabilizátor. Výsledný beton byl ve třídě LC8/9 se souči-

nitelem tepelné vodivosti 0,32 W/m2K. Betonáže proběh-

ly během čtyř dnů a povrchy byly opatřeny hydrofobním

nátěrem [10].

V Ý S T A V B A R O D I N N Ý C H D O M Ů

( P R E F A B R I K A C E )

Bezesporu největší výhodou prefabrikované technologie je

rychlý postup výstavby a omezení mokrých procesů na stav-

bě na minimum. V případě lehkého betonu se k tomu ještě

přidávají nižší přepravní náklady a tepelně izolační a akumu-

lační vlastnosti. Na trhu jsou nabízeny nejen prefabrikované

dřevostavby, ale také rodinné domy z prefabrikovaného leh-

kého betonu, obr. 8 . V zahraničí již existují první pasivní či

nízkoenergetické domy v prefabrikovaném systému z lehké-

ho betonu, např. dům z roku 2009 stojící v Nizozemsku [11].

V současné době se prefabrikovaná technologie od monolitic-

Fig. 5 Středisko Laufen Německo (zdroj: Lias Vintířov, LSM k.s., www.liapor.com)

l Fig. 5 Laufen Centre Germany (source Lias Vintířov, LSM k.s., www.liapor.com)

Obr. 6 Administrativní budova Německo (zdroj: Lias Vintířov, LSM k.s.,

www.liapor.com) l Fig. 6 Administration building Germany

(source Lias Vintířov, LSM k.s., www.liapor.com)

Obr. 7 Nízkoenergetický RD Švýcarsko (zdroj: Lias Vintířov, LSM k.s.,

www.liapor.com) l Fig. 7 Low-energy house Switzerland (source Lias Vintířov,

LSM k.s., www.liapor.com)

Obr. 8 Výstavba domu z prefabrikátů vyrobených z probarveného lehkého betonu,

zdroj: www.dumjednimtahem.cz l Fig. 8 Construction of a house of precast

elements, manufactured from coloured LWC, Source: www.dumjednimtahem.cz

Obr. 6

Obr. 7a

Obr. 8a

Obr. 8b

Obr. 7b



ké liší tím, že prefabrikované stěny jsou vyráběny v tloušťkách

od 150 do 200 mm a domy jsou dodatečně zateplovány.

S P O R T O V N Í S T A V B Y ( P R E F A B R I K A C E )

Využití lehkého betonu v konstrukcích sportovních staveb

je v ČR dobře známé. Máme bohaté zkušenosti s použitím

lehkého samozhutnitelného betonu (LWSCC) třídy LC35/38

D 1,8 na prefabrikované dílce sportovního stadionu Eden

(fotbalový klub SK Slavia Praha) v roce 2008, obr. 9b , a dále

LC25/28 D 1,6 u multifunkční arény v Karlových Varech [13]

(Beton TKS 1/2008, pozn. red.). Pro obě stavby byla inspirací

výstavba Volkswagen arény ve Wolksburgu v Německu, kde

byl použit lehký samozhutnitelný beton LC25/28 D 1,6 pro

některé dílce (zejména vrchní ochoz areny).

Zajímavou světovou aplikací je např. Westpack stadion

ve Wellingtonu na Novém Zélandu, obr. 9a . Jedná se o tamní

první použití lehkého konstrukčního betonu. V konstrukci je

osazeno 4 000 prefabrikovaných prvků z lehkého betonu.

Pro jeho výrobu bylo použito lehké kamenivo na bázi expan-

dované břidlice. Výsledný beton měl objemovou hmotnost

1 850 kg/m3 a pevnost v tlaku 35 MPa (průměrná pevnost

z kontrolních zkoušek 44 MPa). Hlavní důvody pro použití LC

byly špatné základové podmínky, riziko silného zemětřesení,

vysoká trvanlivost lehkého betonu a rychlá výstavba [6].

Obr. 10a

Obr. 10b Obr. 10c



Poslední aplikací je rekonstrukce sportovního stadionu

v německém Stuttgartu v roce 2011.

Mercedes-Benz Arena, Stuttgart, Německo 2011

Na konci roku 2011 došlo v německém Stuttgartu k rekon-

strukci Mercedes-Benz Areny, obr. 10 . Nové schodišťo-

vé prvky tribuny byly navrženy z lehkého prefabrikovaného

betonu LC35/38 D,6 XC4, XF1. Nová vetknutá tribuna pro

dva tisíce návštěvníků navržená architektonickou kanceláří

Architekten Stuttgart se skládá z cca 720 prefabrikovaných

dílců. Důvodem pro výběr lehkého betonu byla jeho vysoká

pevnost, nízká objemová hmotnost a vysoká trvanlivost [10].

D O P R A V N Í S T A V B Y

Lídrem v oblasti použití lehkého betonu v dopravních stav-

bách jsou bezesporu v Evropě skandinávské země (Most

Raftsundet z vysokohodnotného lehkého betonu, str. 126,

pozn. red.) a dále Severní Amerika.

Rekonstrukce mostu pomocí lehkého betonu,

Washington DC, USA

Most nadzemní části dálnice Whitehurst ve Washingtonu DC

byl modernizován s cílem navýšit únosnost mostu a rozšířit

vozovku. Zvýšení únosnosti bylo dosaženo výrazným sní žením

vlastní váhy použitím lehkého konstrukčního betonu, který

nahradil obyčejný beton konstrukce desky mostovky a asfalt

krytu vozovky. Byl to jediný možný způsob, jak obnovit stávající

objekt. Došlo tak ke snížení vlastní váhy o 205 kg/m2, tedy více

než jednu třetinu z původní hmot nosti.

Obr. 11 ukazuje srovnání mezi původním a modernizovaným

průřezem deskou mostovky. Snížení vlastní hmotnosti přispě-

lo k vyrovnání nárůstu zatížení kvůli rozšíření mostu a zvýše-

ní jeho zatížitelnosti. Použitý lehký beton měl pevnost v tlaku

31 MPa a objemovou hmotnost 1 800 kg/m3, obsah vzduchu

6 % a vodní součinitel 0,44. Byl použit cement typu II [6].

Most na si lnici R6, Sokolov–Tisová, 2010

Lehký beton není zatím v České republice v dopravních

stavbách příliš využíván.

První aplikací v oblasti mostních konstrukcí byl most přes sil-

nici a potok Tisová na rychlostní silnici R6 mezi Sokolovem

a Chebem ( obr. 12 , Beton TKS 4/2010, pozn. red.). Vzhledem

ke složitým geologickým poměrům se přistoupilo k použití

lehkého betonu. Nosná konstrukce byla navržena jako spojitý

nosník o sedmi polích. V příčném směru se jedná o dvoutrá-

mový monolitický most z dodatečně předpjatého betonu

s lehkým kamenivem Liapor třídy LC35/38 D2,0 XF2. Použití

lehkého betonu o objemové hmotnosti 1 950 kg/m3 a modulu

Obr. 9 a) Wellington Stadium Nový Zéland (zdroj: www.escsi.org), b) Stadion SK Slavie

Praha (fotografie M. Smutek) l Fig. 9 a) Wellington Stadium New Zealand (source:

www.escsi.org), b) Slavie Praha Arena (Photo M. Smutek)

Fig. 10 Mercedes Benz Arena Sttutgart Německo (zdroj: Lias Vintířov, LSM k.s.,

www.liapor.com) l Fig. 10 Mercedes Benz Arena, Stuttgart, Germany

(source: Lias Vintířov, LSM k.s., www.liapor.com)

Fig. 11 Původní a modernizovaný kryt vozovky [6] l Fig. 11 Initial and refurbished

pavement of a road [6]

Obr. 9a

Obr. 11

Obr. 9b



pružnosti 24 GPa se jeví jako efektivní způsob snížení domi-

nantní části stálého zatížení mostu. Vyšší cena betonu byla

bezpečně kompenzována úsporami na založení a výztuži

nosné konstrukce [14].

Vnitřní samoošetřování lehkého betonu (nejen)

v dopravních stavbách

Inovativní přístup k navrhování lehkého betonu zejména pro

dopravní stavby zavedli v USA, kde se velmi podrobně věnují

pozitivní vlastnosti vnitřního samoošetřování betonu.

Vnitřní samoošetřování lehkého betonu nabízí výhody zlep-

šení hydratace, snížení průniku chloridů a nižší smršťování.

To pomáhá betonu dosáhnout svého maximálního poten-

ciálu jako udržitelného stavebního materiálu s dlouhou život-

ností. Vnitřní samoošetřování (dále VS) není nový pojem, ale

v posledních letech probíhalo mnoho výzkumů na toto téma.

V současné době dobře známe, jak VS funguje a dokonce

známe způsob, jak navrhnout řízený proces vnitřního samo-

ošetřování. V USA se při návrhu lehkého betonu začíná počí-

tat s VS za účelem zvýšení odolnosti a životnosti budované

konstrukce. Jedná se o nový přístup k návrhu LC. VS nabízí

něco, co klasické betony ani konvenční ošetřování betonu

nemůže nabídnout, a to přídavnou vodu, která pomáhá bránit

smršťování betonu a zvyšuje hydrataci cementu. Potřeba VS

se zvyšuje při nižším vodním součiniteli (dále v/c). Výzkumy

ukazují, že i u betonů s běžným v/c (0,4 až 0,46) nedojde

ke kompletní hydrataci cementu, a to i po mnoha měsících.

Ukazuje se, že VS může být výhodně použito u betonů vyu-

žívajících vyšší množství příměsí (popílek, struska atd.), pro-

tože potřeba vody je během jejich reakce zvýšená. V těchto

případech se objevuje myšlenka využití pórovitého kameniva

v běžném betonu, tzn., že objemová hmotnost ztvrdlého beto-

nu bude nad 2 000 kg/m3. Pouze část přírodního kameniva je

nahrazena pórovitým, jehož hlavní úlohou je tzv. rezervoár pro

vodu během hydratace betonu. Je třeba ale zdůraznit, že VS

nenahrazuje konvenční ošetřování povrchu betonu [6].

Příručka ESCSI’s (Expanded Shale, Clay and Slate Institute;

Chicago, USA) „Guide for Concrete Mixture Designs using

Prewetted ESCS Lightweight Aggregates for Internal Curing”

z roku 2011 udává doporučená množství přídavné vody.

Autor ale upozorňuje, že je vhodnější toto množství vždy

stanovit na základě druhu použitého pórovitého kameniva

a použité technologie míchání a ukládání betonu.

První experimenty ukládání tohoto betonu finišerem prokáza-

ly podstatné snížení vzniku trhlin v betonu. Následně se při-

stoupilo k reálným aplikacím, kterých je v poslední době čím

dál více [6], např.:

❙ The Union Pacific Intermodal Terminal (Hutchins, Texas

2005);

❙ Texas State Highway SH 121 (Dallas, Texas 2007);

Obr. 12



❙ mostní desky (State of Indiana, USA 2010).

Další informace lze získat na www.esci.org.

M E Z E R O V I T Ý B E T O N

Lehký mezerovitý beton z lehkého pórovitého kameniva pro

oblast transportbetonu není zakotven v žádné současně

platné normě. Přesto byl použit v roce 2010 jako drenážní

beton tunelu Dobrovského v Brně, obr. 13 . Lehký beton zde

tvořil přímé nadloží tunelové trouby. Zatřídění a značení leh-

kého mezerovitého betonu bylo použito dle ČSN EN 1520.

Byl použit beton LAC2/0,6 (dle již neplatné české normy

MLB 2–600) s jednou frakcí lehkého kameniva Liapor tuzem-

ské výroby 4–8 mm.

Další známé aplikace jsou použití v protihlukových stěnách,

obr. 14 , jako výplňový tepelně-izolační beton, v oblasti

prefabrikace a jako zavěšené deskové pohledové prvky provět-

rávaných fasád. Často je také mezerovitý beton užíván v oblasti

vibrolisované výroby (zdící systémy, zahradní architektura).

Z Á V Ě R

Lze konstatovat, že při současných trendech výstavby

nachází lehký beton opakovaně využití. V zahraničí je však již

používán i v konstrukcích, v kterých se v našich končinách

používá jen sporadicky nebo vůbec.

Významným aspektem pro použití lehkého betonu je jeho

znalost ze strany architektů a projektantů a v průběhu samot-

né realizace je důležitá práce technologa, bez jehož znalostí

dochází k zbytečným problémům během výstavby betono-

vých konstrukcí.

Tento příspěvek vznikl v rámci řešení programu MPO TIP FR-TI4/412.

Ing. Michala Hubertová, Ph.D.

FAST VUT v Brně, THD

Veveří 331/95, 602 00 Brno

tel.: 777 740 014

e-mail: m.hubertová@centrum.cz; [email protected]

Obr. 12 Most na silnici R6 ČR l Fig. 12 Bridge on the R6 road, CR

Obr. 13 Tunel Dobrovského Brno – ukládání mezerovitého betonu (Stappa mix,

spol. s r. o.) l Fig. 13 Dobrovsky Tunnel in Brno – pouring of LWC with open structure

(Stappa mix, Ltd.)

Obr. 14 Mezerovitý lehký beton v protihlukových stěnách (zdroj. www.liadur.cz ), a), b)

l Fig. 14 LWC with open structure in acoustic walls (source: www.liadur.cz ), a), b)

Literatura:

[1] Harapská kultura on-line na http://cs.wikipedia.org/wiki/Harappská_kultura

[2] Chandra, Benstsson: Lightweight Aggregate Concrete – Science, Technology and appli-

cations, 2002

[3] Spitzner J.: A Review of the Development of Lightweight Aggregate, History & Actual

Survey, Proc. of Int. Symp. Structural Lightweight Concrete, Sandefjörd, Norway,

pp. 13.21, 1995

[4] Stark J.: Proc. of Int. Symposium on Structural Lightweight Aggregate Concrete,

Sandefjörd, 1995, Paper by Spitzner., pp. 13.20 (1995)

[5] Hubertová M.; Hela R.: Lehký samozhutnitelný beton, kap. v Samozhutnitelný beton,

ISBN 978-80-87158-12-8, ČBS ČSSI, Praha, 2008

[6] Expanded Shale, Clay And Slate Institute (ESCSI) on-line na http://www.escsi.org

[7] Eurolightcon – Economic design and construction with lightweight aggregate concrete,

on-line na http://www.sintef.no

[8] Henkensiefken R., Nantung T. and Weiss J.: Internal curing – from the laboratory to

implementation, LWC Bridges Workshop 2009 IBC 1 U.S. Concrete, San Jose, CA

[9] McSaveney L. G.: New Zealand´s first use of high strength leightweight precast concre-

te, Golden Bay Cement, Auckland New Zealand

[10] www.liapor.com, www.liapor.cz

[11] http://www.ecbcs.org/docs/Annex_38_Netherland_Dalem.pdf

[12] Hubertová M., Hela R.: Celosvětové trendy výzkumu a aplikací lehkého betonu s póro-

vitým kamenivem, sb. konf. Technologie betonu 2012, ČBS ČSSI, Praha, 2012,

str. 125–130

[13] Hubertová M.: LWSCC precast elements used in SK Slavia Prague stadium, Concrete

Engineering International, ISSN 1742-352X, The Concrete Society, United Kindgom,

2008

[14] Chůra M., Němec P., Komanec J., Popsimov P., Hubertová M.: Most přes silnici a potok

Tisová na R6, sb. 16. mezinár. symp. Mosty 2011, ISBN 978-80-86604-52-7,

Sekurkon, Praha, 2011, str. 382–387

Obr. 14b

Obr. 14a

Obr. 13



Bezprostředně u vstupu do historického centra městské

části Lechenich stojí moderní třípodlažní budova z pohledo-

vého betonu. Se svými skleněnými a betonovými plochami

vyzařuje klid a jasnost a dává tak prostý, ale zřetelný výraz

městu Erfstadt u Kolína. Velkorysé skleněné průčelí v příze-

mí vytváří transparentní spojení s venkovním prostranstvím,

což je ještě umocněno tím, že nosné sloupy jsou umístěny

za fasádu do vnitřku budovy. Okapní hrana má stejnou výšku

jako okap sousední budovy, stejně jako sklon střechy a výšku

podkroví, nová budova tak zapadá do celkového rázu okolní

zástavby, obr. 1 .

Výstavbě budovy kanceláří města pro styk s občany před-

cházela architektonická soutěž, kterou vyhlásilo město

Erfstadt v roce 2007. Prostorový program s celkovými 700 m2

užitné plochy stanovil, že kromě otevřené kanceláře pro styk

s občany v přízemí, obr. 2 , budou v dalších dvou podlažích

flexibilní administrativní prostory, jejichž využití bude určeno

později.

Rohový pozemek objektu v těsné blízkosti říčky Rotbach a při-

lehlého veřejného parku a s výhledem na historickou měst-

skou bránu se sice nachází již mimo centrum městské části

Lechenich, může však na jeho kontext navázat. Plán zástavby

velkoryse určil možný rozsah budovy a definoval polohu budo-

vy jako pokračování řadové zástavby v Bonner Straße.

K O N C E P T B U D O V Y

Mladá architektonická kancelář, která vyšla ze soutěže jako

vítěz, navrhla monolitickou stavbu, navazující jak na pros-

té historické stavby v okolí, tak i na sousední obytné domy

a blízkou zeleň. Skulpturální koncept budovy patrně vyšel

z jakéhosi střetu s místem a jeho kvalitami a předjímá splynutí

občanské budovy a jejího využití.

Klidný stavební objekt s velkou prosklenou plochou v příze-

mí se otevírá na sever do Bonner Straße a umožňuje v 1. NP

bezprostřední přechod z venkovního prostranství do interié-

ru budovy, obr. 2 . Obě horní patra, která budou pronajímá-

na jako kanceláře, směřují na jih. Kvalitu prostoru podtrhuje

pohled na Bonnerskou bránu a blízkost zeleně, k níž tvoří

přirozený přechod velkorysá střešní terasa osázená stromy.

E N E RG E T I C K Y Ú S P O R N Ý M O N O L I T Z B A R V E N É H O L E H K É H O B E TO N U | LOW- E N E RGY M O N O L I T E O F C O LO U R E D L I G H T W E I G H T C O N C R E T ER A G N H I L D K L U S S M A N N , P E T E R K O P P E ,

A L E X A N D E R P A A T S C H , M A I K D O S T M A N N

Skulpturální architektura z pohledového betonu pro novou budovu městského úřadu v německém Erfstadtu | Sculptural

architecture from fair faced concrete for the new town hall building in Erfstadt, Germany

Obr. 1 Nová budova se stávající zástavbou l Fig. 1 The new building within the

current buildings

Obr. 2 Půdorys s kanceláří pro občany v přízemí l Fig. 2 Ground plan with the

office for visitors on the ground floor

Obr. 1

Obr. 2



Vznikl tak klidný a jasný stavební objekt nápadného tvaru

s maximálně jednoduchou fasádou zredukovanou na prolí-

nání se ploch pohledového betonu a velkoplošného zasklení.

Pro odlehčení vzhledu byly nosné sloupy v přízemí posunuty

hlouběji do vnitřku budovy. Masivní hmota horních pater tak

jakoby vyčnívá do Bonner Straße a přes strop nad přízemím

se po zadní stěně „roluje“ zpět do vnitřku budovy. Na novém

objektu byla dodržena výška okapové hrany vedlejších

budov, jednotná v celé Bonner Straße, aby tak lépe zapadl

mezi okolní zástavbu a uzavřel uliční řadu. Krajová budova tak

dostala dvě hlavní fasády, které využívají jedinečného místa.

Barvený pohledový beton přebírá zabarvení historické měst-

ské brány a přináší klid do heterogenního prostředí různých

stavebních stylů.

Jednoduchost a původnost materiálů fasády pokračuje

i ve vnitřku budovy, dlažba z ulice je použita jako podlahová

krytina, vnější stěny z lehkého betonu s texturou s otiskem

hrubých prken pokračují i ve vnitřním prostoru, obr. 3 . Hala

pro styk s občany je zařízena barevně a materiálově s jed-

notným konceptem v zeleném tónu, obr. 10 , který se opakuje

na schodišti.

Bezespárová realizace stavby optimálně podtrhuje záměr

budovy a dává jí zcela vlastní skulpturální výraz, který je bez

ohledu na rozměr budovy velmi působivý.

Obr. 5a

Obr. 3

Obr. 6a

Obr. 5b

Obr. 4

Obr. 6b



K O N S T R U K Č N Í L E H K Ý B E T O N

Podle architektonického návrhu bylo třeba pro konstruk-

ci objektu najít takový stavební materiál, pomocí které-

ho by se dalo dosáhnout zamýšleného monolitické-

ho (celistvého) vzhledu s daným zabarvením a struktu-

rou. Zároveň muselo být dodrženo nařízení o úsporách

energií (EnEV) se zřetelem na tepelnou izolaci a energe-

tickou hospodárnost. Dalším požadavkem bylo nároč-

né statické schéma budovy s její vykonzolovanou horní

částí.

Řešení nabízel lehký barvený pohledový beton s hustou

texturou, který s objektem architektonicky i opticky velmi

dobře harmonizoval. Použití konstrukčního lehkého betonu je

ve stavebnictví velmi inovativní a ekologické. Vzhledem k jeho

malé váze a zároveň vysoké pevnosti poskytuje dobrou sta-

bilitu. Částečným nebo dokonce úplným nahrazením hrubé-

ho kameniva keramzitovým granulátem dosahuje tento beton

velmi malé hustoty. Tím se zmenší váha, o něco i pevnost

v tlaku a výrazně tepelná vodivost stavebních dílů. Všeobecně

je vztah mezi hustotou a tepelnou vodivostí betonu závislý

na druhu a množství použitého lehkého kameniva, přičemž

se zmenšující se hustotou klesá tepelná vodivost. Použitím

lehkého betonu se dosáhne vysoké míry působení tepelné

izolace a také vyrovnané a zdravé klima v celém vnitřním

prostoru.

E N E R G I E A E S T E T I K A

Pozitivní energetická efektivita lehkého betonu umožnila

postavit všechny stěny monoliticky bez dodatečné tepel-

né ochrany. Součinitel tepelné vodivosti použitého betonu

λ = 0,45 [W/(m2K)], což odpovídá všeobecným povo-

leným stavebním hodnotám. Aby mohl být realizován

požadovaný jednoduchý a původní materiálový výraz

budovy, byly všechny obvodové stěny navrženy v jed-

notné tloušťce 650 mm. Požadované struktury zcela

bezespárových povrchů bylo dosaženo hrubým prken-

ným bedněním. Díky pískovcovému zabarvení pohledo-

Obr. 3 Barvený pohledový beton (vpravo) v protikladu k nebarvenému betonu (vlevo)

l Fig. 3 Coloured fair faced concrete (right) in contrast to the non-coloured concrete

(left)

Obr. 4 650 mm tlusté obvodové stěny nepotřebují žádnou dodatečnou tepelnou izolaci

l Fig. 4 650mm thick peripheral walls do not require any additional thermal insulation

Obr. 5 Betonáž, a) plnění bádie, b) ukládání betonu pomocí hadice l

Fig. 5 Concreting, a) filling of the BADIA, b) installation through hosepipe

Obr. 6 Okenní otvor, a) bednění a výztuž, b) vybetonované ostění l Fig. 6 Window

opening, a) formwork and reinforcement, b) concreted panelling

Obr. 7 Hrubá stavba budovy l Fig. 7 Structure of the building

Obr. 7



vého betonu budova neobvykle projasňuje okolí, obr. 3

a obr. 4 .

Pro výběr požadovaného tónu zabarvení a povrchové úpra-

vy bylo na staveništi postaveno několik zkušebních stěn,

z kterých byla vybrána ta, která splňovala všechny poža-

dované parametry a sloužila jako referenční pro pozdější

obvodové stěny. Nejdříve byly vyzkoušeny různé povrcho-

vé struktury a detailní řešení byla ověřována v poměru 1:1,

teprve po té se začalo s výstavbou prvních betonových

částí. Tak byla zajištěna velmi dobrá kvalita betonu, která

je určující pro celkový dojem, jakým budova působí na

příchozí.

Tab. 1 Skladba lehkého betonu LC12/13 D1,2 l Tab. 1 Mixture of the lightweight

concrete LC12/13 D1,2

Druh a obsah cementu [kg/m3]CEM III/A 42,5 N

330

Voda (w/c)eq

(c+0,4f=0,5) [kg/m3]

Vlhkost celkem [kg/m3]

177

126

KamenivoF3.5 2-8 mm [dm3/m3]

K-písek 0–2 mm [dm3/m3]

390

270

Přísadadruh

obsah [kg/m3]

popílek Evonik

30

Příměsidruh

obsah [% v. c.]

BV

0,85

Tekutá barva [% v. c.] 1,5

Zbytkové póry 1,2 % [dm3/m3] 12

Tab. 2 Vlastnosti čerstvého betonu l Tab. 2 Characteristics of the fresh concrete

Hodnota rozlití [mm]

Teplota [°C] Hustota čerstvého betonu [kg/m3]

10 min 45 min vzduch beton

560 500 20 18 1 370

Tab. 3 Vlastnosti ztvrdlého betonu, pevnost betonu v tlaku l Tab. 3 Characteristics

of the mature concrete, strength of concrete in compression

Stáří betonu v době zkoušky

Zatížení na mezi pevnosti [KN]

fc,dry

[N/mm2]

bw 150 2 d

bw 150 2 d

171

165

8

7

bw 150 7 d

bw 150 7 d

251

286

11

13

bw 150 28 d

bw 150 28 d

398

413

16

17

bw 150 56 d

bw 150 56 d

531

501

22

20

Obr. 9b Obr. 9c

Obr. 9a

Obr. 8



V Ý R O B A A T R A N S P O R T B E T O N U

Skladba směsi použitého betonu LC12/13, tab. 1 , s třídou

hustoty D1.2 byla vyvinuta ve spolupráci cementárny a výrob-

ce betonu. Při návrhu bylo třeba zohlednit optické požadav-

ky na pohledový beton i konstrukční zadání. Navržený beton

odpovídá, jak je to u vnější stavebních dílů běžné, expozičním

třídám XC4 a XF1 podle DIN EN 206-1/DIN 1045-2. Byl použit

cement s vysokým obsahem mleté granulované strusky. To

zajistilo pomalý průběh tuhnutí cementu, a tím pádem i menší

vývin hydratačního tepla, což přispělo k redukci napětí

od nerovnoměrného ohřátí v mladém betonu a zabránilo vzni-

ku trhlin, neboť vzhledem k izolačním vlastnostem lehkého

betonu se teplo v jádru betonového prvku uvolňuje pomaleji.

Pohledový beton s obsahem granulované strusky má světlý

vzhled, což v konečném důsledku vyhovuje požadovanému

zabarvení s použitím barevných pigmentů.

Lehký beton byl vyráběn v betonárně pro výrobu transport-

betonů ve dvouhřídelové míchačce. Po promíchání suché

směsi keramzitu, cementu a popílku, které trvalo cca. 30 s,

byla přidána voda a další přísady a vše se míchalo dalších

60 s. Teprve poté byl přidán tekutý pigment rozmíchaný

v nosné suspenzi (tzv. slurry) a vše se míchalo dalších 60 s.

Čerstvý lehký beton byl vyráběn po záměsích o maximálním

objemu 3 m3. V okamžiku napouštění betonu do domícháva-

če byly hodnoty rozlití od 500 do 560 mm. Do vozidla bylo

postupně napuštěno max. 8 m3 LC12/13.

Doba dojezdu na staveniště činila 15 až 20 min. Hustota

čerst vého betonu byla kolem 1 370 kg/m3, později stanovená

hustota za sucha byla v průměru kolem 1 170 kg/m3, tab. 2 .

Po příjezdu na staveniště byla hodnota rozlití většinou mezi

440 a 480 mm. Aby se před ukládkou betonu na stavbě

dosáhlo požadované konzistence s hodnotou rozlití 500 až

520 mm, byly v případě nutnosti dodávkovány do domíchá-

vače plastifikátory. Po uložení betonu, které trvalo cca 40 až

60 min, se mohlo začít s ošetřováním.

B E T O N Á Ž A N Á S L E D N É O Š E T Ř E N Í

Zabudování cca 300 m3 lehkého betonu probíhalo pomocí

bádie s násypkou o jmenovitém objemu 1 m3, obr. 5 . Beton

byl ukládán ve vrstvách do 1 m z výšky max 0,5 m. K zhut-

nění lehkého betonu byl použit ponorný vibrátor. Denně bylo

zpracováno 12 až 70 m3 čerstvého betonu.

Následné ošetřování spočívalo v ponechání betonu čtyři až

sedm dní v bednění. Po odbednění byl mladý beton zakryt

fólií, aby byl ochráněn před škodlivými účinky okolního pro-

středí. Nárůst pevnosti betonu v tlaku během tvrdnutí ukazuje

obr. 8 a tab. 3 . Po ukončení ošetřování byly betonové povr-

chy hydrofobovány.

Z Á V Ě R

Nová občanská budova v Erstadtu, obr. 9 a obr. 10 , mohla

být po 18měsíční výstavbě, jak bylo plánováno, otevřena

v prosinci 2010. Od té doby nejen nabízí občanům moderní

servisní centrum, ale také obohacuje a ozvláštňuje ze staveb-

ního hlediska samotné město.

Monolitická budova postavená z lehkého pohledového betonu

z cementu s vysokým obsahem granulované strusky se struk tu-

rou prkenného bednění a lehkým zabarvením povrchů má svůj

charakteristický výraz, který současně harmonizuje s okol ní

zástavbou. Na základě izolačních vlastností betonu ne pot ře-

bovaly obvodové stěny žádnou dodatečnou tepelnou izolaci.

Informace o stavběInvestor Město Erfstadt

Architekt Raumwerk.architekten, Köln

Návrh konstrukce Inženýrský tým Kinzer + Lindenberg, Köln

Do

dav

ate

l

hrubé stavby Zervos Hoch a Schlüsselfertigbau s.r.o

prefabrikovaných betonových dílů Betonsteinwerk Peter Eschenauer e.K.

transport betonu FBR Fertigbeton Rheinland s.r.o. & Co. k.s.

Výrobce kameniva do lehkého betonu Liapor GmbH & Co KG

Dodavatel cementu Lafarge Zement

Ragnhild Klußmann, Raumwerk Architekten, Köln, BU Wuppertal

Peter Koppe, Lafarge Zement, Kall-Sötenich

Alexander Paatsch, Lafarge Zement, Oberursel

Maik Dostmann, Liapor, Hallerndorf-Pautzfeld

Článek byl poprvé publikován v Beton-Informationen, Eine periodisch erscheinende

Informationsschrift für die Verwendung von hüttensandhaltigen Zementen Heft 5/6 2011,

51. Jahrgang, pp. 55-59, ISSN 0170-9283. Redakce časopisu Beton TKS děkuje redakci

Beton-Informationen, autorům a Lafarge Cement za souhlas s českým přetiskem.

Obr. 8 Proces tvrdnutí betonu LC12/13 D1,2 l Fig. 8 Process of concrete

hardening, LC12/13 D1,2

Obr. 9 a), b) Zadní fasáda ze zahrady domu, c) uliční nároží nové občanské budovy

v Erstadtu l Fig. 9 a), b) Back facade form the house garden, c) street corner

of the new town hall building in Erstadt

Obr. 10 Interiér kanceláře v přízemí budovy l Fig. 10 Interior of an office

on the ground floor

Obr. 10



Most Raftsundet, pro veřejnost otevřený 6. listopadu 1998,

je postaven v jedné z nejkrásnějších oblastí Norska, 300 km

za Polárním kruhem. 711 m dlouhý most přes průliv Raftsundet

umožňuje spojení silniční sítě na souostroví Lofoty se systé-

mem státních silnic severního Norska, bez nutnosti použití

ferry k překonání moře.

Geometrii mostu ukazuje obr. 1 . Nosnou konstrukci tvoří spo -

jitý monolitický letmo betonovaný komorový nosník, který pod-

pírají tři štíhlé pilíře ve výšce 46 m. Čtyři rozpětí jsou dlou há

86, 202, 298 a 125 m. Výška nosníku je více než 14 m nad

podpěrami přilehlými k hlavnímu rozpětí a 3 m uprostřed hlav-

ního pole. Střední 224 m dlouhá část hlavního 298m rozpětí

je postavena z vysokohodnotného lehké ho betonu (HPLWC)

s hustotou 19,75 kN/m3 a 28denní pevností 60 MPa (LC60).

Betonáž hlavního rozpětí probíhala současně od obou pilířů

ke středu rozpětí, aby byl průhyb vy ložených dlouhých konzol

co nejmenší. Zbytek superkonstrukce a pilíře jsou postaveny

z betonu normální váhy o hustotě 24 kN/m3 a 28denní pevnosti

více než 65 MPa (C65).

Rozhodnutí o stavbě mostu vydal Norský úřad veřejné dopra-

vy počátkem roku 1996. Stavět se začalo v květnu téhož roku

a konstrukce byla dokončena dle plánu v říjnu 1998. V době

dokončení představoval most nejdelší dokončenou konstrukci

tohoto typu mostů na světě a poprvé v Evropě byla jako lehké

kamenivo použita expandovaná břidlice. Most také představuje

první významné použití čerpaného lehkého betonu v Norsku.

L E H K Ý B E T O N

Ačkoliv je lehký beton koncem 20. století v některých čás-

tech světa, např. Severní Americe, čerpán naprosto běžně,

v Norsku to bylo považováno pro vysokohodnotný beton

(HPC) za nevhodné. Specifikace návrhu pro mosty na stát-

ních silnicích v Norsku zahrnovaly až do roku 1999 ustanove-

ní: „Lehký beton by neměl být čerpán“. Návrhové specifikace

rovněž vyžadovaly přísné kontroly vlhkosti lehkého kameniva

během skládkování a specifické postupy zahrnující promíchání

lehkého betonu před ukládáním.

Pro most Raftsundet preferoval dodavatel následující způsob

distribuce betonu na superkonstrukci: věžové jeřáby umístěné

u každého pilíře zvednou beton v bádii z přistaveného mixu

na úroveň superkonstrukce a čerpáním bude dopraven až

na místo uložení. Dodavatel byl přesvědčen, že při tomto způ-

ČERPANÝ VYSOKOHODNOTNÝ LEHKÝ BETON PRO MOST RAFTSUNDET, SEVERNÍ NORSKO | PUMPING OF HIGH PERFOR-MANCE LIGHTWEIGHT CONCRETE FOR THE RAFTSUNDET BRIDGE, NORTHERN NORWAYJ A N - E I R I K N I L S S K O G , R O L F V A L U M , K E N N E T H S . H A R M O N

Čerpání lehkého betonu nebylo v době výstavby mostu Raftsundet v Norsku běžně užíváno jako možný způsob ukládání těchto betonů. Pro mostní

konstrukce nebylo čerpání vysokohodnotného lehkého betonu povoleno vzhledem k vysokým absorbčním hodnotám expandovaného jílu nebo

jílovitých břidlic, z nichž jsou v Evropě lehká kameniva do betonu obvykle vyráběna. Most Raftsundet je 711 m dlouhý betonový most v severním

Norsku vybudovaný technologií letmé betonáže. Hlavní rozpětí délky 298 m s plavební výškou 47 m je postaveno z vysokohodnotného lehkého

betonu s 28denní pevností 60 MPa (LC60). Dodavatel stavby se snažil získat povolení pro čerpání lehkého betonu, proto připravil a realizoval

detailně propracovaný program zkoušení a dokumentování vlastností betonu. Cílem programu bylo ukázat, že při použití rotační vypalovací pece

pro výrobu lehkého kameniva z expandované břidlice (LWA) muže být lehký vysokohodnotný beton čerpán bez jakýchkoliv měřitelných nežádoucích

projevů na vlastnosti uloženého betonu. V článku jsou diskutovány obavy a znepokojení týkající se pumpování lehkého vysokohodnotného betonu,

rozsah zkušebního programu připraveného v souvislosti s výstavbou mostu Raftsundet a zpráva porovnávající výsledky realizovaných zkoušek

s výsledky referenčních zkoušek prováděných během výstavby mostu z betonu normální váhy a lehkého betonu. | Pumping of lightweight con-

crete is traditionally not used as a means of placing lightweight concrete in Norway. For bridge construction, this procedure has not been permitted

for placing high performance concrete due to the high absorption of expanded clay or shale lightweight aggregate normally used in Europe. The

recently completed Raftsundet Bridge is a 711- meter long free cantilever concrete bridge spanning the Raftsundet Strait in northern Norway. The

main span, with a total length of 298 m and a sailing height of 47 m, is constructed from high performance light weight concrete with a hardened

density of 19.75 kN and a 28-day compressive strength of 60 MPa (LC60). In order to obtain permission to pump lightweight concrete for the

Raftsundet Bridge, the contractor AS Anlegg developed an elaborate testing programme and documenting of concrete properties. The program was

implemented in order to demonstrate that by using a rotary kiln expanded slate lightweight aggregate (LWA), high performance lightweight con-

crete could be pumped without any measurable adverse affect on concrete properties. This paper discusses the concerns regarding pumping of

high performance lightweight concrete, outlines the testing programme developed for the Raftsundet Bridge and reports on results from a parallel

testing of both normal weight and lightweight concrete performed during the period of construction.



sobu distribuce a ukládky bude mít možnost lepší kontroly nad

konečnou kvalitou betonu, zajistí jeho lepší uložení a ošetřová-

ní, než kdyby byl tradičně vypouštěn z bádií do stěn komoro-

vého nosníku místy až 14 m vysokých.

Použití předvlhčeného LWA materiálu s nízkou absorbcí umož-

nilo používat pro distribuci a ukládání lehkého betonu stej-

ná zařízení a postupy jako v případě betonu normální váhy

a nebylo nutné ani jeho dodatečné promíchávání bezprostřed-

ně před ukládáním. Použití uvedeného typu kameniva také

významně zredukovalo potřebu jeho chráněného (pod stře-

chou) skladování a přísných kontrol vlhkosti.

Aby dodavatel získal povolení zjednodušení procedur výroby

LWC a souhlas s jeho čerpáním vyvinul speciální směs pro

čerpatelný HPLWC, tab. 1 , s použitím expandované břidlice

jako lehkého kameniva LWA.

Z K U Š E B N Í P R O G R A M

Existovaly obavy, že čerpání může narušit homogenitu směsi

betonu a jakákoliv nerovnoměrnost může být později příčinou

rozdílných výsledných tlakových pevností čerpaných a nečer-

paných lehkých betonů. Pro posouzení možných nehomoge-

nit byla zvolena metoda petrografického vyšetření vrstvičky

na styku malty a lehkého kameniva před a po čerpání beto-

nu. Aby se prokázalo, že čerpání LWA betonu na něj skutečně

nemá žádný nežádoucí vliv, bylo zkušební čerpání provedeno

ve skutečném měřítku, neboť povolení použití čerpání betonu

v uvedeném projektu plně záviselo na prokazatelných výsled-

cích zkoušky.

Základní uspořádání zkoušky na obr. 2 ukazuje, že bylo pou-

žito běžné zařízení a postupy užívané při čerpaní betonu. Byla

použita pumpa na beton Reed Multi M40 s různou délkou

5“ ocelových rour a 10 m dlouhá gumová hadice položená

na dokončenou část mostovky. Takto byl dosažen doporučený

sklon vedení 5 %. Vnější konec vedení byl osazen střižným ven-

tilem, který může být během čerpání kdykoliv uzavřen, aby se

tak simulovalo možné ucpání vedení. Taková situace způsobí,

že na čerstvou betonovou směs sevřenou uvnitř vedení působí

plný tlak, který je pumpa schopná vyvolat.

Lehký beton byl dávkován, zkoušen a přepravován na staveni-

ště mostu běžným způsobem. V okamžiku příjezdu k pumpě

byl cca 30 min starý beton vyzkoušen na sednutí kužele, obsah

vzduchu a hustotu směsi. Mix mezitím pokračoval do kry-

tého skladu, kde bylo postaveno bednění referenční „stěny“

(l x h x š = 1,5 x 1 x 0,4 m), do kterého byla uložena část beto-

nu standardním způsobem, aby se získaly srovnávací hodnoty

tekutosti a konečných charakteristik lehkého betonu. Jádrové

vývrty připravené z tohoto bloku byly později odzkoušeny jako

referenční vzorky nepumpovaného betonu na pevnost a husto-

tu tvrdé, vyzrálé směsi.

Po návratu mixu k pumpě byl beton čerpán běžnou rychlos-

tí a tlakem. Během čerpání byla vyzkoušena simulace ucpání

vedení zavřením koncového ventilu a působením na beton tla-

kem 100 bar po dobu 5 min. V tu dobu byl beton starý cca 1 h.

Tab. 1 Složení čerstvého čerpatelného HPLWC betonu l Tab. 1 Mix design for

a pumpable HPLWC

Složka Množství [kg/m3]

Cement Norcem HS65 430

Silika fume 23

Jemné kamenivo NWA 0-8mm 745

Lehké kamenivo Stalite LWA ½“- 8 550

Voda celkem 175

Plnivo Scancem P 3,2

Plastifikátor Scancem SP40 4

Provzdušňovač Scancem (L) M 0,5

Obr. 1

Obr. 2



Po uvolnění ventilu bylo na konci vedení opět vyzkoušeno sed-

nutí kužele, obsah vzduchu a hustota čerstvého betonu. Poté

pokračovalo čerpání betonu pod normálním tlakem gumo-

vou 5“ tlustou a 10 m dlouhou hadicí přes hranu mostovky

do násypky na beton, která byla zavěšena pod mostem. Beton

byl poté přenesen pod přístřešek, kde byl uložen do další „stě-

nové“ sekce, kde reprezentoval materiál zatížený během čer-

pání silným tlakem.

Zhruba 2,5 h poté, co beton opustil betonárnu, bylo k pumpě

připojeno vedení dlouhé 100 m a zbývajících 5 m3 lehkého

betonu bylo za normálního tlaku přečerpáno. Sednutí, hustota

ani obsah vzduchu nebyly v této fázi zkoušeny. Během všech

fází zkoušky byly odebírány vzorky betonu pro zkušební krych-

le a válce k měření hustoty ztvrdlého betonu, tlakové pevnosti,

modulu pružnosti a petrografickým zkouškám (kontaktní vrstvy

malty a kameniva). Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tab. 2 .

Vzorky betonu a zkoušení

Všechen beton pro stavbu mostu byl vyráběn v nezávislé

betonárně stojící v malé vesnici cca 20 km západně od sta-

veniště a byl přivážen autodomíchávači.

Program zkoušek zaměřený na ověření možností čerpání

betonu stejně jako všechny ostatní zkoušky spojené s výro-

bou betonu byly realizovány v laboratořích dodavatele. Byly

Obr. 1 Most Raftsundet, poslední segment konstrukce 298 m dlouhého hlavního

rozpětí l Fig. 1 Raftsundet Bridge, final segment of the construction of the 298m

long main span, construction proceeded simultaneously from both sides in order to minimize

deflection prior to „mating“

Obr. 2 Uspořádání zkoušek čerpání betonu a odběr vzorků l Fig. 2 General layout

of rig for pumping trials

Obr. 3 Výřez z fotografie tenkého vzorku podrobeného petrografické analýze, šipky ukazují

na drobné mikrotrhliny, kruhové objekty v cementové matrici jsou vzduchové bubliny, světlé

plochy v kamenivu jsou mikropóry l Fig. 3 Segment of thin section photography from

petrographic analysis showing interface of Stalite particle (upper half) and sand/cement

matrix, arrows indicate micro cracks, spherical objects in matrix are entrained air bubbles;

light areas in Stalite particle are microcells

Tab. 2 Porovnání vlastností čerpaného, zablokovaného a nečerpaného betonu l Tab. 2 Comparisons of features of pumped concrete, blocked concrete and unpumped concrete

Stáří betonu [d]Hustota [kN/m3] Krychelná tlaková pevnost [MPa] Modul pružnosti [GPa]

1 2 3 1 2 3 4 1 2 3

čerstvý beton 20,06 20,11 19,92

2 19,83 19,93 19,94 35,6 37,4 35,6

3 19,88 20 19,82 46,4 48,8 47,1

7 19,83 20,06 19,9 57,5 57 61

14 19,9 19,96 19,87 66,9 67,8 65,5

28 19,82 20,06 19,92 73,5 75,8 71 66 24,4 24,5 23

Poměr válec/krychle = 0,93

1 – čerpaný beton; 2 – blokovaná; 3 – nečerpaný beton

Obr. 3



zkoušeny vlastnosti čerstvého betonu a měřena tlaková pev-

nost a hustota na krychlích ztvrdlého betonu o hraně 100 mm.

Všechny zkoušky válcových vzorků byly uskutečněny v nezá-

vislé zkušební laboratoři v Narvik Technical High School v blíz-

kém Narviku. Zahrnovaly stanovení poměru pevností betonu

v tlaku měřených na válcích a krychlích z čerpaného a nečer-

paného betonu a určení modulu pružnosti E na všech typech

vzorků, na jádrových vývrtech (rozměry standardních válco-

vých zkušebních vzorků) z připravených zkušebních betono-

vých bloků byla také měřena pevnost betonu v tlaku a určen

modul pružnosti E. Ve výzkumném centru SINTEF v norském

Trondheimu byla petrograficky analyzována kontaktní vrstva

lehkého kameniva a cementové malty. Byly vyšetřeny tenké

řezy z vzorků čerpaného betonu pro posouzení případného

negativního vlivu čerpání na vnitřní strukturu lehkého betonu.

Obr. 3 ukazuje výřez z typického tenkého řezu zkušebního

vzorku s přechodem fází lehké kamenivo – cementová malta.

Šipky ukazují na mikrotrhliny v maltové matrici a v kontaktní

zóně lehké kamenivo – malta.

Zkouška čerpání realizovaná ve skutečném měřítku prokáza-

la, že lehký beton je beze všech pochybností plně čerpatelný.

Beton byl stabilní a robustní a jak je vidět z obr. 4 , nepotřebo-

val beton s lehkým kamenivem před uložením dodatečné pro-

míchání a vykazoval přijatelnou úroveň sednutí ještě dlouho

po namíchání (2,5 h). Jak je vidět z tab. 2 a obr. 5 , variabi lita

hodnot hustoty a tlakové pevnosti betonu mezi čerpaným a ne-

čerpaným materiálem je velmi malá a nevýznamná. Za povšim-

nutí stojí, že hodnoty veličin naměřené na čerpaném betonu,

který byl ještě podroben simulovanému ucpání potrubí, a byl

tedy vystaven vysokému tlaku, jsou stejné nebo dokonce vyšší

než hodnoty naměřené na betonu, který nebyl čerpán.

Zpráva o petrografické analýze vzorků čerpaného betonu

zpracovaná výzkumným centrem SINTEF uvádí, že na analy-

zovaných vzorcích nebyly shledány negativní projevy čerpání

materiálu. Beton vzorků byl homogenní, nebyly registrová-

ny žádné důsledky krvácení betonu (hnízda kameniva bez

cementové malty), či větší množství vzduchových pórů na roz-

hraní LWA – malta. Počet a povaha mikrotrhlin pozorovaných

na vzorcích ukazovaly jen nevýznamné rozdíly mezi čerpaným

a nečerpaným betonem bez nějakých souvislostí.

Výsledky zkoušek

Během výstavby mostu Raftsundet odebral dodavatel pro

zkoušky materiálu v rámci jeho přejímacích kontrol a pro cel-

kovou dokumentaci kvality použitého betonu více než šest set

vzorků. Vzorky byly odebírány z betonů normální váhy i z beto-

nů s použitím lehkého kameniva před vstupem do čerpadla,

takže bylo možno srovnávat oba betony za stejných fyzikálních

podmínek.

Výsledky zkoušek betonů z období výstavby listopad 1997 až

únor 1998, tab. 3 , ukazují, že vysokohodnotný lehký beton

vyrobený z předvlhčeného lehkého kameniva Stalite může

být vyráběn a ukládán stejnými postupy za stejných obec-

ných podmínek jako beton normální váhy. Obecné zkoušky

výroby betonu potvrdily, že beton používaný na stavbě mostu

Raftsundet mohl být čerpán na vzdálenost delší než 100 m bez

významnějšího poklesu výsledné pevnosti. Beton nevykazoval

ani negativní následky náhlých rychlých nárůstů tlaku v dosa-

žených hodnotách hustoty, tlakové pevnosti a modulu pruž-

nosti. Tlakové vlny byly způsobeny zkouškami možného ucpání

a zablokování potrubí.

Z Á V Ě R

LWA beton se ukázal jako velmi stabilní, ve většině sledova-

ných charakteristik (hustota čerstvého a tvrdého betonu, obsah

vzduchu, sednutí kužele, tlaková pevnost betonu a modul pruž-

nosti) s nižšími odchylkami od průměrných hodnot než beton

normální váhy používaný na projektu, a tedy vhodný k čerpání.

Autoři doufají, že výsledky rozsáhlého experimentálního pro-

gramu uskutečněného před a během realizace významné

konstrukce přispějí k demystifikaci HPLWC jako konstrukčního

materiálu.

Jan-Eirik Nilsskog, AS Anlegg, Trondheim, Norway

Rolf Valum, Polkonsult AS, Tromsoe, Norway

Kenneth S. Harmon, Carolina Stalite Company, Salisbury, NC

Tab. 3 Výsledky zkoušek betonů (NWC a LWC) z období výstavby listopad 1997

až únor 1998 l Tab. 3 Test results (NWC a LWC) for the construction period from

November 1997 to February 1998

Sledovaná charakteristika Stáří [d]Druh betonu

NWC C65 LWC LC60

Tlaková pevnost

Počet zkoušek n

28

68 68

Průměrná hodnota x [MPa] 71,9 65,9

Statistická odchylka s [MPa] 5,8 3,7

Modul pružnosti E

Počet zkoušek n

28

4 4

Průměrná hodnota x [GPa] 27,5 23,5

Statistická odchylka s [GPa] 4,1 1,1

Hustota

Počet zkoušek n

28

36 36

Průměrná hodnota x [kN/m3] 24,63 19,32

Statistická odchylka s [kN/m3] 0,28 0,3

Obsah vzduchu

Počet zkoušek n

–

70 65

Průměrná hodnota x 4 4,4

Stat. odchylka s 0,6 0,7

0

5

10

15

20

25

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Hours

Slu

mp

in

cm

Sample at batchplant

Sample at site

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30

Curing days

MP

a

Pumped normal

Pumped blockage

Unpumped

Reference NWC

Obr. 4

Obr. 5



M O S T S U N D Ø Y

Na základě zkušeností získaných během výstavby mostu

Raftsundet přistoupila norská administrativa v roce 1999

k zahájení projektu výstavby mostu Sundøy, který spojuje

vesnici Sundøya na ostrově Alsta s pevninou v kraji Norland.

Stavba opět probíhala ve velmi náročných klimatických pod-

mínkách v blízkosti polárního kruhu.

Konstrukce

538 m dlouhý, letmo betonovaný most má tři pole s hlavním

délky 298 m. Pod mostem bylo třeba zajistit (i během výstavby)

plavební kanál výšky 43,5 m v šířce 80 m. Hlavní pole bylo opět

navrženo z lehkého vysokopevnostního betonu LC60 a obě

boční pole z vysokopevnostního betonu běžné hustoty C65.

Nosnou konstrukci mostu tvoří jednokomorový spojitý nosník

proměnné výšky, široký 10,3 m, spodní konstrukci dvě dvoji-

ce ohybově poddajných štíhlých pilířů založených na skalním

podloží v hloubce – 16, resp. – 19 m. Rozměry základů jsou

9 x 14 m. Dilatační spáry jsou na obou opěrách.

Během projektu, tohoto jednoho z nejdelších letmobetonova-

ných mostů na světě, bylo analyzováno použití betonu běžné

hustoty a betonu s užitím lehkého kameniva (Stalite). Protože

délky bočních polí byly omezeny, na straně Dagsviku to bylo

dáno terénem vynuceným trasováním silnice a na straně

Sundoy topografií skalního povrchu vhodného k umístění

Obr. 4 Změna poklesu kužele referenčního nečerpaného betonu při zkouškách čerpání,

pomalu a postupně klesající křivka je způsobena účinkem zpožďovače tuhnutí na bázi

lignosulfátu, během betonáže v chladném počasí byla část lignosulfátu nahrazena

melaminovými nebo naftalénovými příměsmi l Fig. 4 Slump loss in non-pumped

concrete used in pumping trials. The slow and gradually declining curve is a consequence of

the retarding effect of lignosulphonate based admixtures. During cold weather concreteing,

part of the lignosulphonates was replaced by melamine or naphtalene based admixtures

Obr. 5 Porovnání vývoje tlakové pevnosti lehkého betonu a betonu běžné váhy čerpaných

během experimentů za standardních tlakových podmínek l Fig. 5 Strength

development of LWA concrete used at the pumping trial and NW concrete pumped at normal

pressure

Obr. 6 Dokončený most Raftsundet l Fig. 6 Completed Raftsundet bridge

Obr. 7 Výstavba pilíře mostu Sundøy s použitím samošplhacího bednění

l Fig. 7 Sundøy bridge, pier building by usage self-climbing forms

Klient Norwegian Public Road Dept., Nordland Road Office

Architektonický návrh Boarch Arkitekter AS, Bodö, Norsko

Projekt konstrukce Dr. Ing. A. Aas-Jakobsen AS, Oslo, Norsko

Dodavatel Anless AS, Trondheim, Norsko

Realizace počátek roku 1996 až říjen 1998

Literatura:

[1] Hoff G. C., Valum R., Weng J. K., Nunez R. E.: (1995) “The use of Structural Light

Weight Aggregate in Offshore Concrete Platforms.” Proc. Inter. Symp. on High

Strength/High Performance Concrete. Sandefjord, Norway

[2] Hoff G. C.: (1992) High Strength Lightweight Aggregate Concrete for Arctic

Applications, Sp- 136, Structural Lightweight Aggregate Concrete performance, ACI,

Detroit USA

Obr. 6 Obr. 7



základu pilíře, bylo použití lehkého vysokopevnostního beto-

nu LC60 pro dlouhé hlavní pole vyhodnoceno jako optimální.

Srovnání s použitím vysokopevnostního betonu běžné husto-

ty C65 ukázalo, že bude ušetřeno 2,5 mil NOK.

Výstavba

Podrobný projekt konstrukce byl zpracován s uvážením tech-

nologických postupů pro jednotlivé fáze výstavby:

❙ základy byly betonovány pod ochranou prefabrikova-

ných kesonů (ochrana kesony byla nutná vzhledem k sil-

ným slapovým proudům u dna mořské úžiny),

❙ pro betonáž pilířů bylo použito samošplhací bednění,

obr. 7 ,

❙ konzoly hlavní konstrukce byly betonovány po lamelách

proměnné délky (max 5 m), obr. 8 .

Pro zajištění stability konstrukce během stavby (pilíře se

dvěma různě těžkými konzolami) byly použity dočasné pod-

půrné pilíře.

Cena mostu dosáhla 176 mil NOK. Most byl otevřen pro

veřejnost 9. srpna 2003.

Zdroj: www.aas-jakobsen.no

doplnění článku připravila Jana Margoldová

Úvodní fotografie: Wikimedia Commons, March 2007, author Janter,

fotografie 1 až 8 Jan-Eirik Nilsskog

Klient Norwegian Public Road Administration

Projekt konstrukce Dr. Ing. A. Aas-Jakobsen AS, Oslo, Norsko

Realizace projektu počátek roku 1999 až srpen 2003

Obr. 8 Betonáž konzol po lamelách, a) listopad 2002, b) únor 2003 l Fig. 8 Casting

of cantilever segments, a) November 2002, b) February 2003

Obr. 9 a) Vypouštění HPLWC z autodomíchávače do badie, b) vypouštění betonu z badie

do násypky pumpy c) ukládání betonu v chráněném betonážním vozíku l Fig. 9 Filling

skip by HPLWC from truck mixer, b) pouring out the skip into the hopper of pump, c)

concrete works in a sheltered cantilever segment formwork

Obr. 8a Obr. 8b

Obr. 9a

Obr. 9b

Obr. 9c



Liapor BETON, jak vyvážené...

• nízká objemová hmotnost při zachování pevnosti• tepelná a zvuková izolace• vysoká žáruvzdornost• vysoká požární odolnost• dobré sorbční a difúzní vlastnosti• zlepšuje mikroklima v interiérech staveb

STEJNÝ VÝKON, POLOVIČNÍ HMOTNOST

Lias Vintířov, lehký stavební materiál, k.s. 357 44 Vintířov

tel.: +420 352 324 444 fax: +420 352 324 499e-mail: [email protected]

www.liapor.cz


135T Ě Ž K É B E T O N Y | H E A V Y C O N C R E T E

Pod pojmem těžké betony rozumíme betony, jejichž objemo-

vá hmotnost je větší než ρ = 2 600 kg/m3. Vysoké objemové

hmotnosti betonu je dosaženo použitím vhodného těžkého

kameniva. Taková těžká kameniva mohou být buď přírodní,

nebo umělá.

Těžké betony se dají použít jako „zátěžové“ tam, kde je zapo-

třebí koncentrovat velkou hmotnost na malém objemu. Mohou

to být např. protizávaží výtahů či zvedacích mostů, nebo záva-

ží na traktorech, která mají nahradit běžně používanou litinu aj.

Největší rozšíření a význam však těžké betony mají jako mate-

riál pro stínění zdrojů ionizujícího záření – stínící betony.

Právě u nich se projevují protikladné požadavky. Stínící beto-

ny by měly být homogenní, aby stejnoměrně zeslabovaly ioni-

zující záření. Těžké složky betonu však mají tendenci k seg-

regaci. Je proto třeba zvolit optimální technologický předpis

pro každý typ kameniva a v průběhu výroby stínící konstrukce

zvolit vhodnou metodu kontroly, která by zajistila předepsané

objemové hmotnosti těžkého betonu.

Pokud mluvíme o „stínících betonech“, míníme tím obvykle

stínění proti účinkům záření gama a vysokoenergetického

fotonového záření cca do 20 MeV s vysokým dávkovým pří-

konem ionizujícího záření. Tato záření jsou vskutku zeslabo-

vána v závislosti od „měrné“ hmotnosti stínícího materiálu.

U jaderných reaktorů a u zdrojů brzdného záření vysokých

energií se však kromě záření gama tvoří ještě neutronové

záření, kde principy jeho zeslabování jsou rozdílné od prin-

cipu zeslabování záření gama. Neutronové záření je zesla-

bováno na jádrech lehkých prvků a nejúčinnější jsou právě

jádra vodíku (H2) a to právě ve formě, kdy jsou ve sloučenině

s kyslíkem jako voda (H2O). (Kromě vody to mohou být ještě

další látky, kde je vodík vázán, jako plastické hmoty, např. PE,

nebo parafín). Ve své podstatě i běžné betony včetně těžkých

betonů obsahují do jisté míry vázanou vodu, a tak jsou i stíní-

cími materiály proti neutronovému záření.

V některých případech je však vyžadováno, aby stínící vlast-

nosti betonu nepoklesly ani při vyšších teplotách (jaderné

reaktory). V těchto případech je nutno do betonu přidávat

speciální kamenivo, které obsahuje vázanou vodu i při vyš-

ších teplotách. K takovým materiálům patří např. serpentinity.

Pro záchyt již pomalých neutronů je pak výhodné do beto-

nů přidávat bór, jehož množství obsažené v betonu je nutno

velmi přesně dávkovat.

K O N S T R U K C E Z T Ě Ž K É H O B E T O N U

Dosud nejrozšířenější konstrukce, kde se využívá těžkých

betonů, jsou stínící konstrukce lineárních urychlovačů použí-

vaných jak v defektoskopii, tak při léčení onkologických one-

mocnění, obr. 1 .

U těchto konstrukcí rozeznáváme obvykle dvě oblasti stínění.

Tu oblast, kam dopadá účinný svazek záření, nazýváme pri-

mární stínění, obr. 2 . Na zbývající část konstrukce dopadá

odražené záření od předmětů v ozařovně a únikové záření

z vlastního ozařovače a tuto oblast konstrukce nazýváme

sekundární stínění. Dávkový příkon účinného svazku může

být až 1 000krát větší než sekundární záření. Při návrhu stí-

nících konstrukcí by proto vycházel velký nepoměr tlouštěk

mezi primárním a sekundárním stíněním, pokud by bylo

zhotoveno ze stejného materiálu. V tomto případě je proto

výhodné navrhnout primární stínění z těžkého betonu, a tím

redukovat jeho tloušťku. Zvlášť účelné je však těžké betony

navrhovat při rekonstrukčních pracích, zejména při realizaci

vestaveb, u kterých je možnost volby tloušťky stěny limitová-

na stávajícím dispozičním řešením.

Podstata těžkého betonu je založena na použití kameniva

o vysoké specifické hmotnosti jako jedné z jeho výrobních

složek. Nejčastěji to bývá drcený baryt, mohou to však být

i různé železné rudy nebo doplňkově litinová drť, popř. seka-

né kousky železa. Objemová hmotnost těžkého betonu závisí

na množství těžkých látek v kamenivu a musí být pro každé

naleziště pečlivě stanovena zvlášť. Obecně se dá tvrdit,

že se vzrůstající měrnou hmotností kameniva prudce roste

i jeho cena, která se projeví na výsledné ceně těžkého beto-

nu. Orientační cena 1 m3 těžkého betonu v závislosti na jeho

konečné objemové hmotnosti je uvedena na obr. 3 .

T Y P Y T Ě Ž K Ý C H B E T O N Ů

Podle převažujícího druhu použitého těžkého kameniva

můžeme těžké betony rozdělit do následujících typů:

TĚŽKÉ BETONY A SPECIÁLNÍ STÍNÍCÍ BETONY | HEAV Y CONCRETE AND SPECIAL SHIELDING CONCRETEL E O N A R D H O B S T , J A N J A Š E K , L U B O M Í R V Í T E K

Beton je výborným materiálem pro ochranu před účinky ionizujícího záření. Vlastnosti betonu lze vhodně modifikovat podle

výběru použitého kameniva, jak proti záření gama, tak proti neutronovému záření. | Concrete is an excellent material

for shielding against ionizing radiation. The properties of concrete against gamma and neutron radiation can be modified

according to the aggregate used.


136 T Ě Ž K É B E T O N Y | H E A V Y C O N C R E T E

Barytový beton

Samotný barytový beton je vhodný především pro stínění

rentgenových pracovišť, s rentgeny do energie 500 kV. Pro

vyšší energie záření se směs barytového betonu doplňuje liti-

novou drtí pro zvýšení objemové hmotnosti, nebo se používá

jiný druh kameniva.

Jako kamenivo se používá baryt (těživec) BaSO4, který je

v kamenivu obsažen v různé koncentraci. Koncentrace

BaSO4 u kvalitního barytu dosahuje 75 %. V současné době

jsou naleziště bohatá na koncentrovaný BaSO4

ve střed-

ní Evropě poměrně vyčerpána. Baryt tříděný podle poža-

davků odběratele se těží v Rudňanech u Spišské Nové Vsi

(Slovenská republika). Pro rok 2012 činí cena barytového

kameniva 130 EUR/t. Velmi čisté barytové kamenivo (90 %

BaSO4) je možné dovážet i z Číny. Měrná hmotnost kameni-

va dosahuje až 4 200 kg/m3. Cena je však vlivem dopravních

nákladů vyšší než u slovenského kameniva. Beton zhotovený

z barytu s velkou koncentrací BaSO4

může mít průměrnou

objemovou hmotnost až ρ = 3 500 kg/m3.

Limonitový beton

Limonit (hnědel) je směs oxidů a hydroxidů železitých ( Fe2O

3

. n H

2O), má nahnědlou barvu. Jednou z jeho hlavních složek

je goethit. Limonit je konečným produktem zvětrávání želez-

ných rud. Obsah železa kolísá od 35 do 40 hmotnostních %.

Beton zhotovený z limonitu dosahuje objemové hmotnosti

ρ = 3 000 kg/m3.

Naleziště limonitu jsou ve Slovenském rudohoří, v Lotrinsku,

na Kerčském poloostrově a ve Španělsku.

Hematitový beton

Hematit (krevel) je oxid železitý (Fe2O

3), cihlově červené barvy.

Je to vydatná železná ruda, obsahující až 70 hmotnostních %

železa. Beton zhotovený z hematitu dosahuje objemové

hmotnosti až 3 500 kg/m3.

Naleziště hematitu u nás jsou Horní Blatná, Hradiště u Kadaně,

Míšek pod Brdy a Ejpovice. Ve světě jsou rozsáhlá naleziště

v Brazílii, Krivém Rogu na Ukrajině a v USA.

Magnetitový beton

Magnetit (magnetovec) je oxid železnato-železitý (Fe3O

4), je

černé barvy. Je to nejbohatší železná ruda (obsahuje až 72 %

železa). Jeho měrná hmotnost je až 5 200 kg/m3. Beton zho-

tovený z magnetitu dosahuje objemové hmotnosti 3 400 až

4 000 kg/m3.

Naleziště magnetitu u nás jsou ve Vlastějovicích nad Sázavou,

v Malešově u Kutné Hory a v Přísečnici v Krušných horách.

Ve světě jsou významná naleziště Itabira v Brazílii, Dielette

ve Francii a Kirunowara ve Švédsku.

I lmenitový beton

Ilmenit je oxid železnotitaničitý (FeO . TiO2) – titanová ruda,

vytváří černé tabulky. Je o 12 až 15 % lehčí nežli jiné železné

rudy. Beton zhotovený z ilmenitu dosahuje objemovou hmot-

nost ρ = 3 500 kg/m3.

K významným nalezištím ilmenitu patří Egersund v Norsku

a Miass na Urale.

Ferofosforový beton

Ferofosfor (směs FeP, Fe2P), vzniká jako vedlejší produkt při

vý robě fosforu. Vzhledem ke své vysoké objemové hmotnosti lze

dosáhnout objemové hmotnosti betonu až ρ = 4 800 kg/m3.

Železo-port landský velmi těžký beton

Kamenivo tohoto betonu je nahrazeno litinovou drtí nebo

sekaným železem. Sekané železo může být i vedlejším pro-

duktem při výrobě šroubů, fitinků a jiných výrobků ze železa.

Tento beton se však vyrábí velmi těžko a těžko se zpracovává.

Železo-portlandské betony dosahují objemové hmotnosti

ρ = 5 000 až 6 000 kg/m3 .

cena Kč/m3

hmotnost betonu kg/m3

Obr. 1

Obr. 2

Obr. 3



Uranový beton

Ochuzený uran (DU – depleted uranium) se nachází ve vel-

kém množství jako odpadní materiál ve státech, které se

zabývají výrobou obohaceného paliva pro jaderné elektrár-

ny. Jednou z možností jeho využití je použít vhodně upra-

veného oxidu uranu jako kameniva do betonu. Toto kame-

nivo se vyrábí v USA pod názvem DUAGG a má objemovou

hmotnost ρ = 8 800 kg/m3 . Z něj vyrobený beton má název

DUCRETE a dosahuje objemové hmotnosti ρ = 6 400 kg/m3 .

Tento beton je v USA určen pro výrobu kontejnerů pro

uskladnění vyhořelého paliva a vysoce radioaktivních odpa-

dů v úložištích.

Pozn.: Ochuzený uran je v naší zemi pokládán za štěp-

ný materiál, který podléhá přísné evidenci a kontrole, a tak

je malá pravděpodobnost, že by se přednosti DUCREATU

mohly ověřit i v našich podmínkách.

Speciální st ínící betony

Kromě zdrojů záření gama se stále častěji jak v průmyslu, tak

ve zdravotnictví setkáváme s požadavky na stínění buď jen

neutronového zdroje záření (např. využívání kalifornia Cf 252

v brachyoterapii), anebo na kombinaci neutronového záření

a záření gama. Vyhovující stínící materiál proto musí obsa-

hovat jak prvky s nízkým atomovým číslem Z pro odstínění

neutronového záření, tak prvky s vysokým Z pro odstínění

primárního záření gama ze zdroje a sekundárního záření ze

záchytu neutronů. Jako účinný stínící prostředek proti tomu-

to kombinovanému záření se jeví vhodně modifikovaný beton

specifického složení.

Nejznámější betony pro odstínění neutronového záření jsou

betony serpentinitové a boritové.

Serpentinitový beton

Serpentinitové horniny obsahují azbest (3 MgO . 2 SiO2 . 2 H

2O),

který je schopen dlouhodobě uchovávat svoji krystalizač-

ní vodu až do teploty 450 °C. Jako kamenivo lze však

použít pouze takový serpentinit, který tvoří krátká vlákna.

Kvalitní azbest s dlouhými vlákny nelze pro účely stínění

používat, neboť neumožňuje dokonalé zpracování betonu.

Serpentinitové kamenivo se používá v případech, kdy se

předpokládá vnitřní teplota betonu vyšší než 95 °C, což se

vyskytuje především u jaderných reaktorů. Výhodnost apli-

kace serpentinitového betonu pro stínění před neutronovým

zářením je tedy dána těmito charakteristikami:

❙ velkým obsahem vázané vody

❙ odolností proti vysokým teplotám

Objemová hmotnost serpentinového betonu je 2 100 kg/m3,

tedy menší než u klasického betonu, a proto i jeho stínící

účinky proti záření gama jsou nižší. Stínící účinky proti neut-

ronovému záření jsou však podstatně lepší než u klasického

betonu. Proti kombinovaným zdrojům záření lze serpentini-

tový beton upravit přidáním těžkých frakcí kameniva nebo

litinovou drtí.

Boritový beton

Beton z těžkého kameniva a kameniva s obsahem vodíku

zeslabuje záření gama a rychlé neutrony. Je však nutno ještě

dosáhnout záchytu tepelných neutronů bez následného vzni-

ku vysokoenergetického sekundárního záření gama. K tomu

je nutno do betonu přidat prvky, které mají velký absorpční

průřez pro tepelné neutrony s následnou emisí pouze nízko-

energetického záření gama.

Vyhovujícím prvkem je izotop 10B, který je obsažen v horni-

nách, anebo se přidává jako umělá přísada (je ho obsaženo

19 % v přírodním bóru). Bór může být přidáván do obyčejné-

ho a těžkého betonu různými způsoby. Nejlépe je přidávat bór

ve formě písku o velikosti zrna 0,5 až 2,5 mm. Doporučuje se

podíl 0,9 až 1 % bóru vztaženo na hmotu betonu. S ohledem

na stínící účinky není zvyšování obsahu bóru nad 1,5 % efek-

tivní, navíc narůstají problémy s tuhnutím betonu.

V Ý R O B A , U K L Á D Á N Í A Z P R A C O V Á N Í

T Ě Ž K Ý C H B E T O N Ů

Těžké betony mají obecně jiné reologické vlastnosti než „oby-

čejné betony“. Projevuje se to na celém postupu od jejich

výroby až po proces zpracování.

Obr. 1 Pohled na dokončenou stavbu stínící konstrukce lineárního urychlovače (LU)

l Fig. 1 View to the completed shielding construction of a linear accelerator

Obr. 2 Oblasti primárního a sekundárního stínění LU l Fig. 2 Areas of primary

and secondary shielding of the linear accelerator

Obr. 3 Graf nárůstu ceny těžkého betonu v závislosti od jeho objemové hmotnosti l

Fig. 3 Graph of increase of the price of heavy concrete depending on its volume weight

Obr. 4 Průběh výstavby stínící konstrukce LU l Fig. 4 Process of construction

of the shielding structure of the linear accelerator

Obr. 5 a) Radiační hutnoměr VUT-IX, b) schéma radiačního hutnoměru,

1 – vyhodnocovací elektronika, 2 – GM – detektory záření, 3 – zdroj záření (Cs 137,

A = 300 MBq) l Fig. 5 The VUT model IX radiation density gauge, b) the radiation

density gauge – description, 1 – electronics, 2 – GM – detectors, 3 – radiation source

(Cs 137, A = 300 MBq)

Obr. 4

Obr. 5a Obr. 5b



Výroba těžkého betonu může být zajištěna v centrálních beto-

nárnách, ale dávkování na jednotlivé záměsi musí být nižší,

aby nebyla betonárna přetěžována. Stejně při přepravě těžké-

ho betonu autodomíchávači musí být brán zřetel na jeho větší

objemovou hmotnost a dbát na to, aby autodomíchávače

přepravovaly povolené zatížení. Betony do objemové hmot-

nosti cca 3 200 kg/m3 jsou s obtížemi čerpatelné , obr. 4 .

V některých případech je výhodné vyrábět těžký beton přímo

na staveništi v mobilních betonárnách a dopravovat čerstvý

beton bádiemi. Zde pak občas dochází k problémům při

vyprazdňování badií, a proto jsou k nim často připevňovány

příložné vibrátory, které po zapnutí usnadňují jejich vyprazd-

ňování.

Hutnění těžkých betonů se provádí nejčastěji vysokofre-

kvenčními ponornými vibrátory, po vrstvách cca 400 mm

betonu. Obsluha vibrátorů musí být vyškolena tak, aby při

zpracování čerstvého betonu nedocházelo k rozměšování

a segragaci těžkého kameniva.

Při výstavbě stínících konstrukcí je častý požadavek, aby

betonáž stínících stěn probíhala „na jeden zátah“ bez pracov-

ních spár. Betonáž tedy probíhá bez přestávky i více než 24 h

a v tomto případě je nutno dopředu počítat s možnými výpad-

ky techniky jak mísící, tak přepravním. Pokud je beton čerpán,

je dobré mít na stavbě zajištěnu náhradní čerpací techniku,

kdykoliv připravenou k okamžitému použití. I při dopravě beto-

nu bádiemi je dobré mít připraven náhradní jeřáb. Toto dopo-

ručení vychází z dlouholetých zkušeností, kdy právě rezervní

připravená technika umožnila bezchybný průběh betonáže. Je

však zřejmé, že tato zabezpečovací opatření opět prodražují

již tak drahou výrobu těžkého betonu.

K O N T R O L A O B J E M O V É H M O T N O S T I

T Ě Ž K Ý C H B E T O N Ů

Bezpečnost konstrukcí se zdroji ionizujícího záření závisí pře-

devším na homogenitě stínícího materiálu. Na kontrolu homo-

genity stínících konstrukcí byl kladen důraz již od dob výstav-

by naší první jaderné elektrárny A-1 v Jaslovských Bohunicích

(nyní Slovenská republika).

Pro stanovení homogenity stínících betonů lze využít různých

metod. Jako příklad lze uvést systematický a průběžný odběr

vzorků a jejich vyhodnocení v laboratoři, nebo ultrazvuková

kontrola na hotové konstrukci. Většina těchto metod však

neumožňuje okamžitou reakci na chybný postup při beto-

náži. Jako optimální se ukázalo využití přístrojů, založených

na měření zeslabení záření gama po průchodu zkoušeným

materiálem – radiometrických přístrojů.

Tyto přístroje vyrábí řada firem po celém světě a dají se využít

nejen na kontrolu homogenity čerstvého betonu, ale i v ostat-

ních odvětvích národního hospodářství (zhutnění zemin

u zemních hrází, kontrola účinnosti podbíjecích mechanizmů

pro štěrková lože kolejí aj.).

Radiační hutnoměry VUT

Již od 60. let 20. století se tehdejší Ústřední středisko radi-

ační defektoskopie VUT v Brně zaměřovalo na konstrukci

vpichovacích radiometrických přístrojů – hutnoměrů, které se

jevily jako optimální pro kontrolu zhutnění čerstvých betono-

vých směsí. Byla zhotovena celá řada prototypů, které byly

na základě zkušeností z měření „in situ“ průběžně inovovány.

Cílem těchto inovací bylo především snížit hmotnost radiač-

ních hutnoměrů a zvýšit komfort obsluhy. Dříve používaný

Obr. 6 Obr. 7



stínící materiál, olovo Pb (ρ = 11 360 kg/m3), byl nahrazen

ochuzeným uranem U238 (ρ = 19 200 kg/m3), který je relativ-

ně levný a dostupný, poněvadž je využíván odpad vznikající

při výrobě paliva pro jaderné reaktory. Při stejných stínících

účincích činí hmotnost stínění z uranu cca 1/4 hmotnosti stí-

nění z olova. V tomto případě 0,75 kg oproti 3 kg u dřívějších

modelů. Celkově se podařilo snížit hmotnost radiačních hut-

noměrů z původních 13,5 na 5 kg.

Vývoj kontinuálně pokračoval i na Ústavu stavebního zkušeb-

nictví Fakulty stavební VUT v Brně, kde se dospělo k posled-

nímu modelu Radiačnímu hutnoměru VUT – IX (obr 5).

Konstrukčně se tento radiační hutnoměr skládá ze dvou dílů,

vzájemně propojených duralovou trubkou. Ve spodním díle je

umístěn kryt se zářičem, akumulátorové baterie a detektory

záření. V horním díle je umístěna vyhodnocovací elektronika

a čelní ovládací panel se všemi ovládacími a komunikačními

prvky.

Toto uspořádání respektuje ergonomická hlediska práce,

protože jak při ovládání, tak při čtení hodnot není zapotře-

bí se k hutnoměru sklánět. Hutnoměr má výměnné pažnice

a umožňuje měřit dle potřeby v hloubkách: 0 (geometrie pří-

ložná), 100, 150, 200 a 250 mm.

Základem elektroniky hutnoměru je mikroprocesorová

vyhodnocovací jednotka. Použitý software zaručuje vysoký

uživatelský komfort. Až 900 naměřených hodnot objemové

hmotnosti (včetně zadané hloubky měření a doby měření)

se ukládá do vnitřní paměti hutnoměru pro pozdější kontrolu

nebo pro přenesení do nadřízeného počítače ke zpracování

dat.

Praktické použit í radiačních hutnoměrů

při kontrole st ínění

Nestejné vlastnosti jednotlivých složek betonové směsi,

nestejnoměrnost výroby a složení betonové směsi, stejně

jako doprava, ukládání a zhutňování by mohly při případném

souběhu těchto vlivů způsobit zhoršenou kvalitu betonu,

a tím snížit jeho stínící účinek. Úkolem průběžné kontroly je

proto stav zhutněné betonové směsi zjistit a sjednat případ-

nou nápravu. Proto probíhá radiometrická kontrola objemové

hmotnosti pomocí radiačního hutnoměru ihned po uložení

betonové směsi a jejím zhutnění.

Kontrola objemové hmotnosti čerstvé betonové směsi se

uskutečňuje ve dvou fázích:

❙ betonová směs je kontrolována ve zkušební nádobě

z každého domíchávače, obr. 6 ,

❙ uložená a zpracovaná betonová směs je kontrolována

přímo v bednění, obr. 7 .

V případě, že průměrná objemová hmotnost v měřeném

Obr. 6 Kontrola hutnosti těžkého betonu před jeho uložením do bednění

l Fig. 6 Checking density of heavy concrete before its placing into a framework

Obr. 7 Kontrola hutnosti betonu v průběhu výstavby stínění l Fig. 7 Checking

density of concrete during the building of shielding construction

Obr. 8 Půdorysné schéma stínící konstrukce s vyznačenými místy kontroly

l Fig. 8 Ground plan of the shielding construction with checkpoints

Obr. 9 Statistické vyhodnocení naměřených dat l Fig. 9 Statistical evaluation of

measured data

Obr. 10 Dostínění stínící konstrukce ocelovými pláty l Fig. 10 Additional (extra)

shielding of the structure with steel plates

Obr. 10Obr. 9

Obr. 8



místě by byla nižší než projektovaná objemová hmotnost,

bylo by toto místo ještě znovu zhutněno ponornými vibráto-

ry, popř. by byla okamžitě přijata opatření na zlepšení kvality

vyráběného betonu. Kontrola na opraveném místě pak musí

být vždy znovu opakována. Souborem uvedených opatření

je obvykle dosaženo objemové hmotnosti vyšší, než poža-

doval projekt.

Naměřené hodnoty objemové hmotnosti betonové směsi

ve zkušební nádobě a v bednění v průběhu betonáže se

přímo na místě zapisují do připravených půdorysných sché-

mat objektu, obr. 8 . Zápisy slouží k vyhodnocení, které se

provádí po skončení radiometrické kontroly, na pracovišti

VUT v Brně.

Jako příklad lze uvést kontrolu objemové hmotnosti ukládané

betonové směsi na stavbě biologického stínění radioterapeu-

tického objektu v areálu nemocnice v Novém Jičíně. Celkem

zde bylo proměřeno 238 autodomíchávačů a 1 003 kontrol-

ních bodů ve stěnách a stropu konstrukce.

Výsledky měření byly počítačově zpracovány. Program byl

sestaven pro výpočet Gaussova normálního rozložení hod-

not. Z celého souboru měření bylo provedeno statistické

vyhodnocení pro jednotlivé vrstvy a nakonec pro celé stěny

a stropy. Vypočtené hodnoty byly přehledně sestaveny

do tabulek. Z naměřených hodnot byly dále vypočteny sou-

řadnice Gaussova rozložení, jako je šikmost, špičatost a sou-

řadnice inflexních bodů.

Na základě znalosti směrné objemové hmotnosti ρ0 a smě-

rodatné odchylky s lze vypočítat zaručenou objemovou

hmotnost stínícího betonu ρg. Ta se rovná směrné objemové

hmotnosti ρ0 snížené o 1,64násobek směrodatné odchylky s.

Zaručená objemová hmotnost ρg, použitá jako vstupní hod-

nota při výpočtech a při hodnocení je objemová hmotnost,

které není s 95% pravděpodobností dosaženo pouze v 5 %

měření, obr. 9 . Tato hodnota je podle doporučení „Statistické

metody hodnocení betonu“ rozhodující. Její hodnota nesmí

být nižší než projektovaná minimální objemová hmotnost.

Tento požadavek byl v celém rozsahu výstavby stínících beto-

nů u stěn a u stropů splněn.

C O D Ě L A T , K D Y Ž P Ř E D E P S A N É H O D N O T Y

O B J E M O V É H M O T N O S T I B E T O N U N E N Í

D O S A Ž E N O ?

K jednomu z nejzávažnějších případů nedodržení objemové

hmotnosti betonu došlo na stavbě lineárního urychlovače,

kde byla předepsána minimální objemová hmotnost obyčej-

ného betonu 2 200 kg/m3 a minimální objemová hmotnost

barytového betonu 2 950 kg/m3.

Podle objemových hmotností betonových kalibračních vzor-

ků, zhotovených v laboratoři dle předepsaných receptur, bylo

možno očekávat, že betonáž proběhne bez větších potíží. Při

průběžné kontrole objemové hmotnosti dodávaných betono-

vých směsí „in situ“, obr. 7 , však bylo zjištěno, že jsou z hle-

diska dodržení stínících vlastností konstrukce nevyhovující.

(Více než 5 % naměřených hodnot bylo pod stanovenou mini-

mální hranicí.) Důvodem byl špatný technický stav betonárny

a z něho vyplývající nedodržování technologického předpisu

výroby betonu. Jednalo se o velmi vážnou závadu a situaci

bylo nutno operativně řešit.

Pozastavení výstavby, stejně jako i změna dodavatelské

betonárny nebyly z hlediska dodržení plánu výstavby možné.

Nalezené řešení představovalo stanovení nové minimál-

ní objemové hmotnosti těžkého betonu z původních 2 950

na 2 700 kg/m3, která pak byla směrodatná pro výrobu beto-

nu i pro měření, a podle toho byl upraven projekt.

Úprava projektu spočívala v tom, že snížená plošná hmotnost

stínících stěn byla doplněna přídavnou vrstvou z ocelových

desek, které byly na konstrukci připevněny po skončení beto-

náže a odbednění stěn, obr. 10 . Skladba a tloušťky nových

stínících konstrukcí byly s novými minimálními hodnotami

objemových hmotností přepočítány v upraveném projek-

tu tak, aby byly zachovány původně navržené stínící účinky

jednotlivých stěn a stropů (tloušťka přídavného stínění se

pohybovala od 10 do 30 mm). Stavba mohla být dokončena

v dohodnutém termínu a požadované kvalitě. Toto řešení bylo

pro všechny zúčastněné ekonomicky nejpřijatelnější.

Z Á V Ě R

Těžké betony se v současnosti používají nejvíce jako součást

stínících konstrukcí ozařovačů jak v průmyslu, tak v lékař-

ství. Z ekonomického hlediska, stavíme-li stínící konstrukce

na „zelené louce“, je vhodné v co největším měřítku použí-

vat obyčejné betony a tloušťku stínící konstrukce vypočítat

s ohledem na objemovou hmotnost betonu, který zvládá

vyrábět místní betonárna. Obvykle se pak u části „primárního

stínění“ používá jako konstrukčního materiálu těžkého beto-

nu, aby byla snížena celková tloušťka konstrukce. Záleží však

vždy na projektantovi, aby zvolil vhodnou proporci mezi stí-

něním z prostého a stíněním z těžkého betonu, a to jak z bez-

pečnostního, tak i ekonomického hlediska.

Článek vzniknul v rámci Výzkumného záměru MSM 0021630519

a projektu FAST/ÚSI-S-12-1.

Prof. Ing. Leonard Hobst, CSc.


Ing. Lubomír Vítek, Ph.D.


oba: Ústav stavebního zkušebnictví

FAST VUT v Brně, Veveří 95, 662 37 Brno

Ing. Jan Jašek

Qualiform Slovakia, s. r. o., Pasienková 9D, 821 06 Bratislava

tel.: +420 602 724 792, email: [email protected]

Literatura:

[1] Hobst L.: Úvod do problematiky návrhu a výroby těžkých betonů. Sborník příspěvků

konference „Speciální betony“ (Vlastnosti-Technologie-Aplikace), Otrokovice, březen

2002, str. 184–191, ISBN 80-86604-004

[2] Vítek L., Anton O.: Těžké betony jako stínění proti účinkům záření vysokých ener-

gii při výstavbě onkologických pracovišť. Sborník příspěvků konference „Speciální

betony“ (Vlastnosti-Technologie-Aplikace), Otrokovice, březen 2002, str. 192–195,

ISBN 80-86604-004

[3] Hobst L., Vítek L.: Betony pro konstrukce stínění zdrojů ionizujícího záření, Beton

TKS 6/2003, str. 18–20

[4] Jašek J.: Speciální betony – ochrana proti ionizujícímu záření, Beton TKS 6/2009,

str. 44–47


141

adhezní můstek 56

akustická emise 15

barvicí síla 91

beton

– barevný 91–105

– běžný 11–18, 43–47, 56, 59, 115, 118, 135

– lehký (LC – Light Concrete) 107–132

– – mezerovitý 107–109, 119

– – hutný 109–109

– – konstrukční 109

– – konstrukčně izolační 109

– – tepelně izolační 109

– stínící 135–140

– – boritový 137

– – serpentinitový 137

– stříkaný 73, 77, 79–89

– těžký 135–140

– – barytový 136, 140

– – ferofosforový 136

– – hematitový 136

– – ilmenitový 136

– – limonitový 136

– – magnetitový 136

– – uranový 137

– – železo–portlandský velmi těžký 136

– transportbeton 49, 111, 119, 125

– vláknobeton 69–77

– – drátkobeton 47

– – sklovláknobeton 70–77

– – polypropylenový vláknobeton 77

– velmi vysokých pevností (UHPC – Ultra High Performance Concrete) 10–19,

42–49, 51–56, 59–67

– vysokohodnotný (HPC – High Performance Concrete) 10–56, 71, 75, 77,

95, 117, 130

– vysokopevnostní (HSC – High Strenght Concrete) 10–56, 107, 131, 132

– z reaktivních práškových složek (RPC – Reactice Powder Concrete) 18, 44

cement, cementová pasta 11–18, 43–49, 51–56, 69–77, 87, 91–95, 101,

108, 110, 111, 115, 117, 118, 124, 125, 128–130

dávkování 49,138

– kameniva 46, 110, 111

– pigmentů 91, 94, 98, 105

– vláken, drátků 44, 46, 71

– přísad a příměsí 46, 111

hmotnost zrna (sypná, objemová) 110

hutnoměr 137–140

hydratace cementu 11–18, 94, 111, 118

– flokulace 12

– hydráty 12, 14

– menisky 13, 16

kamenivo

– jemné 17, 69, 87, 108, 128

– hrubé 16, 17, 43, 44, 46, 47, 77, 108, 110, 111, 123

– lehké 16, 107–112, 115, 116, 127, 128, 130

– přírodní 107–110, 118, 135

– umělé 107–109, 135

– těžké 135–140

kompozit 12, 43, 69–75, 77

konstrukce z HPC a UHPC

– lávky a mostní 17, 18, 21–38, 42, 45, 46, 50–56, 119, 127–132

– lehké fasády 59–67

– membránové a skořepinové 21, 37–41, 79, 81, 82

– prefabrikované 17, 19, 25–28, 32–36, 40, 41, 45, 46, 49, 51–56,

58–67, 73, 77, 80, 82, 94, 108, 110, 112,

115–117, 119, 125, 132

– ztracené bednění 51–56

konzistence 46, 47, 53, 54, 91, 94, 111, 125

míchání 16, 44–47, 53, 54, 59, 73, 91, 94, 110–112, 118, 130,

nasákavost 109–112

návrh směsi 47, 71

model (materiálu, konstrukce) 11, 35–41, 53, 73, 76, 77, 83–87, 114

odpařování vody 13, 15, 53

ošetřování betonu 13, 15, 16, 18, 44, 46, 47, 49, 54, 56, 111, 118, 125, 128

– tepelné 46, 49

– vnitřní 110–112, 118

– vnější 16

I N D E X | I N D E X


142

pevnost betonu

– houževnatost, duktilita 21, 25, 44, 49, 56, 59, 67, 69, 70–73

– ohybová tuhost 22, 47, 48

– tahová 44, 45, 69, 70, 73, 77

– tlaková 10–56, 59, 70, 128–131

– v tahu za ohybu 47, 48, 51–53, 56, 70

– ve 3D sevření (3D confinement) 18

pigmenty 91–95, 98, 101, 105, 125

pórovitost 12, 14, 15, 109

předvlhčení 111

příměsi 17, 18, 46, 54, 111, 118, 124

přísady 43, 44, 46, 54, 111, 124, 125

smrštění 77, 118

– autogenní 13, 15, 16, 46, 49, 112

– chemické 13, 14

– od vysychání 13, 110

soudržnost 44, 56, 70, 71, 73, 76, 77

stárnutí betonu 95

stínění 135–140

superplastifikátor 12, 17, 18, 44–46, 115

technologie výroby 44, 53

textura 61, 77, 91, 122, 123

transport betonu 46, 47

trhliny 13, 15, 22, 41, 44, 52, 53, 70, 73, 77, 82, 84, 87, 110, 111, 118, 125

trvanlivost 13, 17, 44, 59, 62,66, 67, 70, 116, 117

udržitelný rozvoj 11, 14, 16–19, 49, 70, 88, 98

ukládání betonu 12, 45, 46, 47, 49, 53, 59, 72, 77, 111, 112, 118, 127, 128, 139

vlákna

– aramidová 69

– mikrovlákna 74

– ocelová 18, 40, 44, 47–49, 51–56, 69–70, 77

– pevná přírodní 69, 70, 74

– polypropylenová 69, 77

– skelná 69–71, 73

– uhlíková 69

vlhkost 110, 111, 127, 128

voda 12–15, 18, 46, 48, 93, 95, 110, 111, 124, 125, 128, 135

– vodní součinitel w/c 11–15, 17, 18, 43, 46, 93–95, 110, 111, 117, 118

výkvěty 95

vzdálenost zrn 11, 12

zkouška, zkoušení 35–41, 43, 46–49, 51–56, 59, 62, 63, 69–73,

77, 82, 94, 95, 111, 116, 124, 127–131, 138

zpracovatelnost betonu 12, 43, 44, 46, 74, 109–111

ztracené bednění 51–53, 55, 56, 77

http://cze.sika.com www.shp.eu

V Y D Á N Í T É T O P U B L I K A C E P O D P O Ř I L I

210x297_1_KR.indd 1 11/7/2012 9:30:50 AM

®

Slavíme 100 let

TX

AC

TIV

ER

evoluční materiály, které čistí vzduch

R

TX

AC

TIV

E

jsou

revo

luční

sta

veb

ní

mate

riály

se

sam

očis

ticí

schop

ností,

kte

ré

pom

ocí

svě

tla

snižu

jí m

nožs

tví ško

dlivin

v ovzd

uší a

tím č

istí vzd

uch p

od

ob

ně ja

ko s

trom

y a ze

leň. Z

těchto

mate

riálů

lze s

tavě

t vše, c

o b

ěžn

ě b

ud

uje

me z c

em

entu

– s

třechy, p

rotih

lukové

stě

ny, zá

mkovo

u d

lažb

u, fa

sád

ní p

anely, o

mítk

y, mob

iliáře

.

ww

w.txactive.cz

CS_BETON

.indd 111/7/2012 3:49:16 PM

Date post:	05-Oct-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	1 times
Download:	0 times

BETONOVÉ KONSTRUKCE 21. STOLETÍ · překračujeme u pevnosti v tahu za ohybu hodnoty 25 MPa!...

Documents