Stavební systémy nové generace, 2. díl Demontovatelný stěnový systém

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 p_f [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.