Zpět na materiály, výrobky, technologie

Stavební systémy nové generace, 2. díl Demontovatelný stěnový systém

15. května 2018
prof . Ing. Jiří Witzany, DrSc., dr.h.c.

Konstrukce demontovatelného prefabrikovaného stěnového systému je alternativou stěnových systémů realizovaných v předchozích letech zejména prefabrikovanou, popř. monolitickou technologií. Teoreticky i experimentálně ověřené řešení prefabrikovaného demontovatelného stěnového systému umožňuje realizovat objekty bez závislosti na klimatických podmínkách, vytváří předpoklady pro podstatné zlepšení pracovních podmínek a v neposlední řadě umožňuje po dosažení předpokládané funkční životnosti stavby její demontáž a následné využití prefabrikovaných dílců v souladu s jejich fyzickou životností.

Autor:


Zabývá se konstrukčně statickou problematikou progresivních stavebních, zejména prefabrikovaných systémů pozemních staveb, rekonstrukcí panelových budov, sanací a rekonstrukcí nosných zděných konstrukcí historických staveb kompozity na bázi FRP. Je řešitelem dvou výzkumných projektů zaměřených na uvedenou problematiku.


Úvod

Demontovatelné prefabrikované systémy mohou být použity jak pro stavby trvalé, obdobně jako konstrukce monolitické, popř. na stavby dočasného charakteru s plánovanou životností. Jejich předností ve srovnání s monolitickými konstrukcemi je možnost plného využití životnosti železobetonových prefabrikovaných dílců a tím dosažení snížení energetické náročnosti i negativního vlivu stavebnictví na životní prostředí.

Trvanlivost a životnost železobetonových konstrukcí

Trvanlivost a životnost železobetonových konstrukcí je v současnosti velmi aktuálním a společensky závažným tématem především v souvislosti s havarijním stavem řady železobetonových mostních konstrukcí a s tím související ztrátou jejich použitelnosti. Termín fyzická životnost železobetonových konstrukcí obvykle vyjadřuje časový úsek, během kterého železobetonová konstrukce a její části dosáhnou minimální přijatelnou úroveň spolehlivosti (únosnosti a po-užitelnosti), po níž dochází ke ztrátě projektovaných vlastností a tím i schopnosti bezpečně a spolehlivě plnit svou funkci, popř. dobu, po které zabezpečení spolehlivé funkce vyžaduje náročné sanační a stabilizační opatření. V tomto směru lze konec fyzické životnosti železobetonové konstrukce definovat jako stav, kdy spolehlivost železobetonové konstrukce nesplňuje podmínku mezní (směrné) spolehlivosti a požadavky údržby vyžadují nadměrné náklady. Termín fyzická životnost je tedy pravděpodobnostní pojem, jenž je spojen se stanovenou úrovní mezní spolehlivosti [6].

Vedle fyzické životnosti je další významnou charakteristikou stavby její funkční, provozní a ekonomická životnost. Funkční životnost lze definovat jako dobu (stáří stavby), po jejímž uplynutí dochází ke ztrátě schopnosti stavby nebo její části plnit v požadovaném rozsahu a kvalitě funkční (provozní) požadavky (kvalita vnitřního prostředí, provozně-dispoziční i prostorové požadavky apod.). Ekonomická životnost je časový úsek užívání stavby, ve kterém jsou náklady na její provozování nižší než náklady na demolici a pořízení nové stavby. Životnost stavby (fyzická) a funkční životnost se zpravidla liší. V případech, kdy je fyzická životnost konstrukce výrazně delší než funkční životnost, např. uspořádání a užitné vlastnosti nosného systému stavby neumožňují změnu jejího dalšího funkčního využití, dochází k předčasné demolici konstrukce (obr. 1). V případě např. rezidenčních staveb může být nevyhovující uspořádání nosného systému překážkou pro řešení individuálních požadavků na uspořádání bytové dispozice podle současných požadavků, úrovně a technického vybavení bytu. Nevyužitím fyzické životnosti stavby a předčasnou demolicí v těchto případech dochází k ekonomickým ztrátám i negativnímu vlivu na životní prostředí (tzv. dluh životnímu prostředí, [1]).

V případě železobetonových konstrukcí může být mezním stavem použitelnosti depasivace výztuže, které předchází karbonatace betonu, vznik trhlin, narušení krycích vrstev až mezní stav únosnosti. Postoupí-li linie (čelo) zkarbonatované povrchové vrstvy betonu až k výztuži – tj. zasáhne celou krycí vrstvu – naruší se ochranná (pasivační) vrstva na povrchu výztuže, která pak může začít v přítomnosti kyslíku a vlhkosti korodovat (obr. 2). Vzhledem k náročnosti objektivní predikce následného průběhu koroze po depasivaci lze považovat depasivaci výztuže za mezní stav použitelnosti železobetonové konstrukce. Z tohoto hlediska může být uvažován rozsah a hloubka karbonatace betonu jako možné kritérium klasifikace stavu konstrukce. ČSN ISO 2394 [10] definuje mezní stav použitelnosti jako stav, jenž odpovídá podmínkám, za kterých již není možné splnit požadavky na použitelnost konstrukce.

Proces karbonatace je závislý na řadě parametrů, jako je např. po-měr w/c, typ cementu a písku, druh aditiv, tloušťka krycí vrstvy, pórovitost i další, a v neposlední řadě na tzv. meso- a mikroklimatických podmínkách a jejich změnách, kterým je betonová konstrukce vystavena. Rozhodující roli v tomto směru mají koncentrace vzdušného CO2, teplota, vlhkost, případně další chemické vlivy. Rozptyl těchto parametrů a podmínek – např. expozice betonové konstrukce vnějšímu prostředí (jsou chráněny před deštěm, jsou vystaveny dešti) apod. – je příčinou rozdílů požadavků na betonové konstrukce, které by měly zajistit požadovanou životnost [2]).

Ve druhém stadiu (stupeň karbonatace 55–73 %) se vlastnosti betonu příliš nemění a pohybují se kolem původních hodnot [3]. Ve třetím stadiu (fázi) karbonatace (při rekrystalizaci jemnozrnných útvarů uhličitanu vápenatého, stupeň karbonatace 73–85 %) se již zhoršují mechanické vlastnosti betonu vlivem krystalizačního tlaku na stěny pórů. U většiny konstrukcí dosahuje karbonatace maximálně 2. stupně, spíše výjimečně se vyskytují konstrukce ve 3. a 4. stupni karbonatace, a to v případě intenzivních zdrojů CO2 [4].

Pro stanovení životnosti železobetonové konstrukce má významný vliv vztah mezního stavu únosnosti a použitelnosti i odpovídající úrovně spolehlivosti [6], že nebude dosaženo mezního stavu v rámci návrhu živostnosti v případě, kdy je koroze výztuže kritickým stavem. Pro praktický návrh není dosud k dispozici dostatečně spolehlivý model pro predikci vzniku koroze po dosažení depasivace výztuže [2]. Na obr. 3 je znázorněn podle [5] kumulativní čas depasivace povrchu výztuže v betonu s probíhající karbonatací a mezní stav depasivace odpovídající úrovni spolehlivosti. Z obr. 3 je patrný rozptyl nominální životnosti (cca padesát až sto dvacet let) pro stejnou konstrukci vystavenou stejnému prostředí podle různých národních normotvorných organizací vycházejících z rozdílné pravděpodobnosti porušení pf [2]. Kromě koroze výztuže po její depasivaci je neméně důležité zabývat se důsledky karbonatace ve 3 . stadiu na mechanické vlastnosti betonu.

Aktuální situace související s již zmíněným havarijním stavem železobetonových mostních konstrukcí ukazuje na závažnost průběžného monitoringu železobetonových konstrukcí a stanovení jejich re ziduální životnosti. V případě stávajícího rozsáhlého fondu betonových pozemních staveb – bytových, průmyslových či zemědělských – představuje jejich včasná údržba, obnova, demolice a recyklace mimořádně závažný ekonomický a společenský problém, kterému je třeba věnovat odpovídající pozornost. Možnost demontovat stavby a následně bez nákladného procesu souvisejícího s demolicí i recyklací opětovného použití dílců tak, aby byla využita jejich plná životnost, představuje významné snížení negativního vlivu stavebnictví na životní prostředí a také vyšší úroveň technologie stavění.

Demontovatelný prefabrikovaný stěnový systém

Nosná konstrukce demontovatelného deskostěnového systému DPS – ST navržená i experimentálně ověřená v rámci [6, 7] pro vícepodlažní a nízkopodlažní objekty sestává z prefabrikovaných stěnových dílců, stropních dílců a dalších prefabrikovaných konstrukcí – obvodových dílců, schodišťových dílců apod. Rozpon a uspořádání svislé nosné konstrukce – příčné, podélné, popř. obousměrné – závisí na požadavcích uživatele a stavebníka. Stropní konstrukce je řešena variabilně z plných deskových, případně dutinových nepředpjatých, popř. předpjatých dílců (obr. 4).

Charakteristickým článkem, systému DPS jsou patentově chráněné suché demontovatelné styky nosných dílců, které umožňují opakovanou montáž i demontáž nosné konstrukce s vyloučením mokrých procesů. Řešení styků vychází z výrobních a montážních tolerancí dosažitelných současnou úrovní technologie výroby pre-fabrikovaných železobetonových dílců (v rozměrech dílců v rozsahu do ± 5 mm) a dosažitelných montážních tolerancí (v osazení dílců v rozsahu do ± 5 mm). Výsledné odchylky montovaných konstrukcí obecně závisejí na přesnosti vyrobených dílců, přesnosti vytyčení i osazování. U demontovatelných konstrukcí se může významně uplatnit zejména přesnost osazování. Účinně lze využít postup přeurčeného osazování, při kterém se současně sleduje a upravuje více geometrických veličin, než je nezbytně nutné. Tímto postupem lze osazovaný dílec umístit do optimální polohy, minimalizovat nepřesnosti jeho skutečného tvaru i odchylky vytyčení a docílit tak vysoké výsledné přesnosti.

Celý článek naleznete v archivu čísel 05/2018.