Technologie monolitického izolačního betonu

32
TECHNOLOGIE
Technologie monolitického
izolačního betonu
Pohledový monolitický tepelněizolační beton není sice běžným
stavebním materiálem, ale je v posledních letech využíván evropskými
architekty pro ztvárnění velmi zajímavých staveb. Výhodou tohoto
betonu je zejména možnost využití pohledového betonu současně
v exteriéru i interiéru bez přidání tepelných izolací. Na druhou stranu
je vhodné si uvědomit, že tento druh betonu patří z hlediska
technologie výroby, ukládání a ošetřování mezi náročnější aplikace,
a je proto nutné na tento fakt brát zřetel již při přípravě stavby.
ho betonu, severní a jižní strana se vyznačuje
fasádou z trámů a hrázděním s velkými, výraznými skleněnými plochami a panely z eloxovaného hliníku (obr. 2). Pro výrobu betonu byl
použit Liapor frakce 1–4 a 4–8 mm a drcený
Liapor frakce 0–2 mm německé výroby, který
dodatečně zvyšuje tepelně-technické vlastnosti
betonu. Tento beton vykazoval velice dobré
tepelněizolační vlastnosti – součinitel tepelné
vodivosti 0,2 W/(mK). Lehký beton dosahuje
pevností, které se přibližují pevnosti lehkého
betonu LC8/9. Zajímavé u projektu bylo především to, že konstrukční a stavebně-fyzikální detaily byly přizpůsobeny vlastnostem materiálu
a postupovalo se jiným způsobem, než je jinak
Stručná historie aplikací v Evropě
Průkopníkem této technologie je švýcarský inženýr a architekt Patrick Gartmann, který je znám
svou zálibou v betonu. V roce 2005 byl dokončen
jeho projekt třípatrového domu v blízkosti Churu,
v kantonu Graubünden (na východním úpatí hory Hochwang, vysoké 2532 m). K tomu, aby byl
schopen realizovat svůj monolitický koncept, si
architekt vybral izolační liaporbeton (obr. 1). Použitá receptura obsahovala lehké kamenivo Liapor a granulát z expandovaného skla Liaver. Při
stavbě svého rodinného domu přitom Patrick
Gartmann využil spolupráce s Danielem Mayerem
ze společnosti Liapor Švýcarsko, který zahájil řadu
laboratorních pokusů k nalezení nejvhodnější
receptury. Favorizované prototypy litého betonu
následně prošly přísnými testy EMPA. Použitý
izolační liaporbeton má hodnotu tepelné vodivosti 0,32 W/(mK). Projekt Dům Gartmann, Chur
obdržel za skvělé komplexní dílo skládající se z architektonické myšlenky a použitého inovačního
izolačního liaporbetonu ocenění Stříbrný zajíc za
nejlepší výkon v architektuře 2004. Toto ocenění
každý rok uděluje uznávané švýcarské grémium
tvořené z architektonického časopisu Hochparterre, švýcarské televize DRS a Muzea uměleckoprůmyslové tvorby [1].
Další zajímavou aplikací této technologie je
rodinný dům prof. Dr. sc. techn. Mika Schlaicha
ve východní části Berlína. Dům vpodstatě slouží
jako testovací objekt k vědeckým účelům (obr. 2).
Společně se svým týmem a v úzké spolupráci se
společností Liapor vyvinul prof. Schlaich na Technické univerzitě v Berlíně ultralehký beton, který
s kamenivem Liapor dosahuje vynikajících tepelněizolačních hodnot při objemové hmotnosti
kolem 800 kg/m3. Dům, do kterého se rodina
Schlaichových mohla nastěhovat v létě 2007 po
sotva ročním trvání stavby, se prezentuje jako
moderní architektonický objekt s puristickou
kvádrovou formou. Východní a západní strana
budovy sestává kompletně ze stěn z pohledové4/2009
Obr. 1: Interiér domu Ing. arch. Gartmanna v Churu
Obr. 2: Obytný dům v Berlíně, Prenzlauer Berg
Obr. 3: Centrum Švýcarského národního parku
v Zernezu
TECHNOLOGIE
Obr. 4: Grafické znázornění pevnostních charakteristik betonu
u železobetonových staveb obvyklé. Ke snížení
jinak nevyhnutelných smršťovacích trhlin byla
jako výztuha použita skleněná vlákna. Tak se
podařilo nejen vyřešit problémy s korozí výztuže,
ale i zabránit tepelným mostům. Uvnitř byly stěny z pohledového betonu ponechány v přirozeném vzhledu. [2]
Další švýcarskou aplikací je nové centrum Švýcarského národního parku v Zernezu od architekta Valeria Olgiatiho, který pracuje v Curychu
a Los Angeles (obr. 3). Budova se skládá ze
dvou krychlí o třech podlažích, které jsou vzájemně spojeny jedním rohem tělesa. Zvláštností
u této budovy je bílá barva, která byla dosažena
použitím bílého cementu. Použitá receptura
byla velmi podobná receptuře u domu Patricka
Gartmanna, neboť na tomto projektu pracoval
opět Daniel Mayer ze společnosti Liapor Švýcarsko. Budova obsahuje celkem šest sálů pro veřejnost [3].
Vlastnosti tepelněizolačního
liaporbetonu
Vlastnosti čerstvého betonu
a základní fyzikálně-mechanické
vlastnosti ztvrdlého betonu
Vylehčení betonu se provádí dvěma způsoby –
lehkým kamenivem a napěněním cementové
matrice. Co se týká lehkého kameniva, lze použít
buď samotné kamenivo Liapor nebo kombinaci
kameniva Liapor a Liaver. Liapor je kamenivo na
bázi expandovaných jílů vypalované při teplotě
1200 °C. Liaver je minerální, ekologická surovina
bez vláken s rovnoměrnou strukturou jemných
pórů a z větší části uzavřeným povrchem. Příznačné pro Liapor i pro Liaver jsou nízké objemové
hmotnosti materiálu, ze kterých vyplývají vynikající tepelněizolační vlastnosti. Tím pak může izolační liaporbeton dosahovat nízké objemové
hmotnosti pod 1000 kg/m3. Pórovitost charakteristická jak pro Liapor, tak pro Liaver zabezpečuje výbornou tepelnou izolaci. Napěnění cemento-
Obr. 5: Časový průběh dynamického modulu pružnosti, statický modul
pružnosti; 1) uloženo ve vodním normovém prostředí; 2) uloženo v suchém
laboratorním prostředí
vé matrice se docílí použitím napěňujících přísad.
Existuje mnoho variant receptur tohoto typu betonu a místně se jeho vlastnosti mohou lišit, což
je dáno právě použitými surovinami v dané lokalitě. Před návrhem konstrukce z tohoto betonu je
doporučeno na určené betonárce provést průkazní zkoušku betonu.
Vlastnosti uvedené dále v textu jsou naměřeny na receptuře použité v podmínkách České
republiky. Použitá receptura obsahovala lehké
kamenivo Liapor tuzemské výroby frakce 1–4
a 4–8 mm, cement portlandský pevnostní třídy
42,5, popílek, superlastifikátor na bázi polykarboxylátů a napěňující přísadu s vodním součinitelem 0,25. Objemová hmotnost čerstvého
betonu byla 1050 kg/m3, konzistence byla měřena obráceným Abramsovým kuželem, průměr
rozlitého koláče byl 650 mm. Objemová hmotnost ztvrdlého betonu ve vysušeném stavu se
pohybovala mezi 900 a 950 kg/m3, s přirozenou
vlhkostí do 1000 kg/m3. Pevnostní charakteristiky jsou znázorněny na obrázku 4.
Časový průběh dynamického modulu pružnosti a statický modul pružnosti jsou uvedeny na
obrázku 5. Odpad po zkoušce odolnosti povrchu
betonu vůči vodě a CHRL se po 50 cyklech pohyboval do 500 g/cm2. Po 100 cyklech byl již beton
zařazen do stupně 4 – silně narušený. Úbytek
hmotnosti po zkoušce mrazuvzdornosti po 100
cyklech byl na úrovni 92 %, úbytek pevnosti
v tlaku na úrovni 90 %.
Napěněním struktury betonu dochází ke zvýšení
jeho objemu o 17 až 20 %. Stanovením charakteristik vzduchových pórů (Spacing factor) se tyto
hodnoty víceméně potvrzují. Tyto výsledky ale do
určité míry ovlivňuje fakt, že při míchání betonu se
vždy částečně podrtí lehké kamenivo a do výsledků
tedy mohou vstupovat póry rozdrcených částeček
lehkého kameniva. Obsah mikroskopického vzduchu (do 300 μm) se ale pohybuje kolem 6 %.
Metodou horkého drátu byl u receptury stanoven koeficient tepelné vodivosti λ = 0,24 W/m.K.
Odolnost vůči agresivním prostředím
Zkušební tělesa z těchto receptur byla podrobena
působení vybraných typů agresivních prostředí,
a to vodě obsahující CO2; roztoku síranů SO2
a hořečnanů Mg2+.
Ve stáří 28 dnů byly na vybraných vzorcích
jednotlivých receptur odzkoušeny základní fyzikálně-mechanické vlastnosti. Ostatní vzorky
byly uloženy do chemicky agresivních prostředí,
kde byly exponovány po dobu 180 dní. Po uplynutí této doby byly na vzorcích provedeny fyzikálně-mechanické zkoušky (pevnost v tlaku,
pevnost v tahu za ohybu, objemová hmotnost,
dynamický a statický modul pružnosti, mrazuvzdornost, odolnost povrchu betonu vůči působení vody a chemických rozmrazovacích látek,
Tabulka 1: Charakteristika
agresivního prostředí
Látka
Koncentrace
Voda obsahující agresivní CO2
50 000 mg/l
Roztok síranů (SO2)
34 600 mg/l
Roztok hořečnanů (Mg2+)
10 000 mg/l
Tabulka 2: Fyzikálně-mechanické
vlastnosti betonu uloženého
v agresivních prostředích po dobu
180 dní, receptura 2C
Průměr
Odchylka
Prostředí Pevnost Obje- Pevnost Objev tlaku, mová v tlaku, mová
180 dní hmotn., 180 dní hmotn.,
[MPa] 180 dní
[%]
180 dní
[kg/m3]
[%]
12,2
936
–12,95 –0,57
CO2
11,5
945
–18,18
–0,16
SO42–
12,6
927
–10,36
0,86
Mg2+
Pozn: Odchylka pevnosti je brána k referenčním
vzorkům uložených 180 dní ve vodním uložení,
odchylka objemové hmotnosti je brána v porovnání
ke vzorkům o stáří 28 dní.
4/2009
33
34
TECHNOLOGIE
Obr. 6: Srovnání pevnosti v tlaku vzorků uložených po dobu 180 dnů
v agresivních prostředích
objemové změny) a fyzikálně-chemické zkoušky
(chemická analýza, rentgenová difrakční analýza a difrakčně-termická analýza). Koncepce fyzikálně chemických analýzy byla volena tak, aby
bylo možno exaktně posoudit míru degradace
betonu. Podrobný postup stanovení míry korozního narušení analyzovaných vzorků byl proveden dle metodiky Matoušek, Drochytka [6],
která podává přehled o mikrostruktuře daného
materiálu. Na základě těchto výsledků byly porovnávány změny vlastností lehkého betonu
vlivem agresivních prostředí a byl porovnáván
vliv použití jemných příměsí na trvanlivost betonu. Konstantní hodnota koncentrace agresivní
látky v roztoku při uložení vzorků byla udržována pravidelným obměňováním s periodou 7 dní.
Kapalná prostředí měla teplotu 20 ±2 °C. Charakteristiky jednotlivých prostředí jsou uvedeny
v tabulce 1. Některé výsledky jsou naznačeny
v tabulce 2 a na obrázcích 6 a 7. Tyto výsledky
mají spíše informativní charakter, neboť doba
uložení 180 dní není plně vypovídající. V sou-
Obr. 8: Čerstvý neuložený beton
4/2009
Obr. 7: Srovnání změn pevnosti v tlaku vzorků uložených po dobu
180 dnů v agresivních prostředích
časné době jsou tělesa nadále uložena v jednotlivých agresivních prostředích. Kompletní výsledky budou vyhodnoceny po 12 a 24 měsících.
Závěr
Monolitický izolační beton s využitím kameniva
na bázi expandovaného jílu zajišťuje žádoucí
statické a požadované tepelněizolační hodnoty
pro monolitické nosné tepelněizolační konstrukce, u kterých se nemusí používat dodatečná izolace ani jakékoliv jiné úpravy povrchů. Od
parotěsných zábran, izolace nebo omítky se
zcela upouští. Stavební fáze se tak zkracuje na
odstranění bednění a vysušení stavebního prvku. Monolitickou konstrukci je třeba navrhnout
tak, aby zabránila tvorbě tepelných mostů. Docílené betonové povrchy jsou homogenní a jemně strukturované, není třeba je dále upravovat
nebo dodatečně zušlechťovat. Estetický dojem,
jenž vyvolávají, odpovídá dnešnímu duchu doby.
Při technologii výroby, ukládání a ošetřování
existují určité odlišnosti, které je třeba akceptovat, např. tak jako u jiných typů lehkých betonů
s využitím lehkého pórovitého kameniva se jedná o vyřešení nasákavosti lehkého kameniva.
Použitím předmáčeného lehkého kameniva se
dosáhne stabilnějšího reologického chování čerstvého betonu a lépe se reguluje napěnění cementové matrice. Tento monolitický izolační
beton lze ukládat badiemi. Nelze ho čerpat,
čímž se zpomaluje samotná rychlost betonáže
a musí se s tím tedy počítat již při návrhu samotné konstrukce. Doba zpracovatelnosti se podle
Tabulka 3: Výsledky rentgenové
difrakční analýzy
Prostředí
CO2
SO42–
Obsažené minerály
portlandit, ortoklas, ettringit, kalcit,
vaterit
portlandit, ortoklas, ettringit, sádrovec
Mg2+
portlandit, ortoklas, ettringit, gibsit
Obr. 9: Experimentální betonáž in-situ
TECHNOLOGIE
okolních podmínek (zejména počasí) pohybuje
od 60 do 90 minut. Zejména vysoké letní teploty nejsou vhodné. Aby byly splněny tepelnětechnické požadavky, stěna z tohoto typu betonu musí být cca 60 cm silná. Lehké kamenivo
Liapor má výraznou tepelněakumulační schopnost, a proto může při vyšších teplotách prostředí docházet po uložení čerstvého betonu do
bednění k velkému nárůstu teploty samotného
betonu.
Velmi důležité je dodržovat technologickou
kázeň při hutnění betonu ponornými vibrátory.
Pokud se během vibrace vibrátor dotýká stěn
bednění, dochází k vadám povrchu. Také kontakt
s výztuží není vhodný. Po odformování se doporučuje povrch betonu opatřit kvalitním hydrofobizačním nátěrem. Problematika z hlediska pohledového betonu je natolik široká, že ji nelze
v tomto příspěvku komplexně popsat. Je samozřejmě nutné brát zřetel na faktory jako složení,
doprava, ukládání a hutnění betonu, okamžik
odbednění, kvalita samotného bednění, ošetřování atd. Protože se ve své podstatě jedná o formu mezerovitého betonu, je vhodné primárně
ochránit výztuž. Tuto hypotézu potvrzují první
výsledky odolnosti betonu vůči agresivním prostředím.
Závěrem lze konstatovat, že je třeba u tohoto
typu betonu překonat některá technologická
úskalí. Je ale patrné, že se tento inovační ultralehký beton výborně osvědčuje i v praxi.
Tento příspěvek byl zpracován za podpory projektu MPO FI-IM5/016 Vývoj lehkých vysokohodnotných betonů pro monolitické konstrukce
a prefabrikované dílce a za přispění Centra integrovaného navrhování progresivních stavebních
konstrukcí (CIDEAS, projekt 1M6840770001),
financovaného MŠMT ČR.
MICHALA HUBERTOVÁ, RUDOLF HELA
Liapor GmbH Švýcarsko (1),
Ing. Michala Hubertová, Ph.D. (*1978)
je absolventkou Fakulty stavební
v Brně, obor fyzikální a stavebně
materiálové inženýrství; doktorské
studium absolvovala na ústavu
technologie stavebních hmot
a dílců VUT v Brně. V současné
době je vedoucí vývoje a kontroly
jakosti firmy Lias Vintířov, LSM, k. s.,
a nadále spolupracuje na řešení
výzkumných záměrů s Fakultou
stavební v Brně.
foto archiv Liapor GmbH (2) a Michala Hubertová (7, 8)
Literatura
1) Liapornews 2/2005. Liapor GmbH Pautzfeld,
www.liapor.com.
2) Liapornews 1/2008. Liapor GmbH Pautzfeld,
www.liapor.com.
3) Sonderdruck aus Bau & Architektur, 6/2008.
Liapor Schweiz Vertriebs GmbH.
4) Liapornews 3/2007. Lias Vintířov, Lehký stavební materiál, k. s., www.liapor.cz.
5) Hubertová, M.: Monolitický izolační beton. Beton TKS, 8/2008, samostatná příloha Povrchy
betonu. 6) Matoušek, M. – Drochytka, R.: Atmosférická koroze betonu. IKAS Praha 1998.
Doc. Ing. Rudolf Hela, CSc. (*1959)
od roku 2002 je docentem
v oboru technologie stavebních
hmot na ústavu technologie
stavebních hmot a dílců Fakulty
stavební VUT v Brně. Hlavní
oblastí jeho činnosti je technologie
betonů a stavebních dílců.
Je soudním znalcem v oboru
ekonomika a stavebnictví
a autorizovaným inženýrem
v oboru zkoušení a diagnostika.
Působí jako expert pro certifikaci
systémů řízení jakosti.
1/2
185x124
spad 225x140
4/2009
35