Vývoj je vo všeobecnosti nezastaviteľný a platí to i pre takú oblasť, ako je výroba ľahkých betónov, v tomto prípade penobetónu. Použitím penobetónu v stavebných, obzvlášť v inžinierskych konštrukciách prináša pre konštruktérov doposiaľ netušené možnosti pri ich hmotnostnej a teda i pevnostnej optimalizácii. Umožňuje ju úžasná variabilita penobetónu, či už v hmotnostnej, pevnostnej oblasti, alebo pre schopnosť pevnostne, teda i z pohľadov nákladov prispôsobiť sa umiestneniu v konštrukcii. Práve táto variabilita bola spúšťačom aktivít pracovníkov spoločnosti iwtech, ktorej výsledkom je priemyselná výroba penobetónu v betonárni v zmysle nášho hesla: „Penobetón ako betón.“

Penobetón – vzduch zaformovaný do cementu

 Pre mnohých praktikov v oblasti výroby betónu býva pri prvých stretnutiach s priemyselnou výrobou penobetónu obvykle ťažko predstaviteľné, že v betonárni je možné vyrobiť hmotu, ktorá obsahuje v prípade objemovej hmotnosti 300 kg/m³ 795 l vzduchu v 1 m³. Že takto pripravenú hmotu z betonárne možno priviezť štandardným autodomiešavačom na stavbu a obvyklým čerpadlom ju dopraviť na miesto uloženia. Že po spracovaní takmer samonivelačného materiálu dokáže stvrdnúť a pritom počas celého procesu nestratiť z objemu. Naša viac ako 20-ročná vývojová činnosť však už prináša výsledky a penobetón sa postupne stáva pre projektantov obvyklým stavebným materiálom a dokážu využívať jeho prednosti v prospech stavieb a investorov.

Dostali sme sa teda do stavu, keď vzduchom v uzatvorených póroch dokáže penobetón prenášať zaťaženie, ktoré doposiaľ prenášal hutný materiál, a tak prispievame k šetreniu prírodných zdrojov. Príkladom môže byť použitie penobetónu ako náhrady zhutnenej štrkodrviny v konštrukcii priemyselnej podlahy.

Zloženie a výroba penobetónu

 V úvode spomínaná variabilita predstavuje rozsah najčastejšie používaných objemových hmotností od 300 do 900 kg/m³. Jednotlivé modifikácie sú spravidla rozdelené po 100 kg/m³. Každá z nich sa skladá z vody, cementu a technickej peny. Pri objemových hmotnostiach od 500 kg/m³ vyššie obsahujú zmesi i kamenivo frakcie 0-2 mm, v prípade nedostupnosti tejto frakcie je možné použiť i kamenivo 0-4 mm.

Podmienkou funkčnosti celého systému komponentov je použitie technickej peny s vlastnosťami, ktoré zabezpečia, aby počas celého výrobného procesu, tzn. od výroby po tuhnutie, na mieste uloženia zostal penobetón v objeme vyrobenom v betonárni. Nemenej dôležitým faktorom je dávkovanie presného objemu technickej peny s predpísanými vlastnosťami.

Vybrané vlastnosti a namerané parametre penobetónu

 S ohľadom na štruktúru a objemovú hmotnosť penobetónu nie je možné očakávať, že pevnosti budú na úrovni klasických betónov, tzn. na úrovni napr. od 10 MPa vyššie, budú nižšie. Nižšie pevnosti môžu byť považované za nevýhodu, opak je však pravda. Priemyselne vyrábaný penobetón totiž prináša do konštrukcií stavieb všeobecne pevnosti, ktoré doposiaľ neboli dostupné a na mnohých miestach stavebných konštrukcií boli používané materiály so zbytočne vysokými pevnosťami, a teda konštrukcie boli zhotovované do určitej miery nehospodárne.

Penobetóny 300 – 900 kg/m³ a ich pevnosti v tlaku

Okrem pevnostnej variability prináša penobetón možnosť využiť i výrazné tepelnoizolačné vlastnosti v porovnaní s klasickými betónmi, prípadne so štrkodrvinou alebo s inou horninou. Nechceme tvrdiť, že penobetón dokáže nahradiť napr. polystyrén alebo dosky z minerálneho vlákna. Môže však prispieť k zníženiu hrúbky tepelného izolantu v stavebnej konštrukcii a tým prispieť k úspore nákladov.

Často sa stretávame s otázkou týkajúcou sa nasiakavosti penobetónu. Vo všeobecnosti sa totiž nasiakavosť stavebného materiálu považuje za vlastnosť pre stavbu nevhodnú. Áno, táto výhrada je obvykle namieste, nemá však všeobecnú platnosť. Ak totiž dôjde k zatopeniu penobetónu a ten vodu prijme, následne zátopová voda poklesne a penobetón nasiaknutú vodu bez straty fyzikálnych charakteristík postupne uvoľní, je nutné považovať jeho nasiakavosť za problém? Viac ako 20-ročné skúsenosti ukazujú, že nie.

Pre úplnosť uvádzame, že nasiakavosť penobetónu sa pohybuje cca od 50 % hm. pri 300 kg/m³ a so zvyšujúcou sa objemovou hmotnosťou postupne klesá.

S nasiakavosťou je spojená i mrazuvzdornosť. Jej hodnotením pre penobetón s objemovou hmotnosťou 500 kg/m³ bol po 100 zmrazovacích cykloch zistený pokles pevnosti v tlaku 10,5 % a úbytok hmoty zo skúšobných vzoriek 0,5 %. V prípade doposiaľ realizovaných stavieb takáto mrazuvzdornosť bola dostatočná.

Ako je to s vystužovaním penobetónu? Merania ukázali, že použitie rozptýlenej výstuže pevnosti podstatne nezvyšuje. Zvyšuje však odolnosť penobetónu proti účinkom mrazu.

Na zvýšenie pevnosti v ťahu za ohybu s úspechom používame čadičové siete ORLITECH. Ich hlavnou prednosťou je odolnosť proti korózii v cementovom prostredí, v neposlednom rade i nízka vlastná hmotnosť vo vzťahu k manipulácii a preprave. Využíva sa hlavne na vystuženie vrstvy penobetónu 500 kg/m³ v konštrukcii priemyselnej podlahy.

Príklady použitia a skúsenosti

Použitie penobetónu ako vyrovnávacej vrstvy podlahy pozemnej stavby je dnes možné považovať už za osvedčený spôsob vyrovnania podkladu pre akustickú izoláciu s následnou montážou roznášacej vrstvy. Prvé realizácie boli od roku 1998 a v súčasnosti možno rátať výmeru takto realizovaných podláh na mnoho 100-tisíc m². Od roku 2000 je penobetón v podlahe Starej tržnice v Bratislave alebo v podlahách jadra veže Národnej banky.

Ďalším využitím unikátnych vlastností penobetónu 500 kg/m³ je náhrada sypaných a zhutňovaných podkladových vrstiev priemyselnej podlahy. Toto použitie prináša úspory v znížení nárokov na únosnosť podložia a zmenšení celkovej hrúbky konštrukcie podlahy. Nezanedbateľným prínosom je i zvýšenie tepelného odporu podlahy.

Postupne sa rozširuje i použitie penobetónu 400 kg/m³medzi základové pásy rodinného domu. Nahradzuje sa ním doposiaľ obvykle používaný zhutnený zásyp, v mnohých prípadoch i stavebná sutina. Úspory energie na vykurovanie bývajú veľmi markantné.

Bol už spracovaný i návrh cyklotrasy [2], ktorá má byť umiestnená v zaplavovanom území.

Spolupráca s univerzitným prostredím 

Priemyselne vyrábaný penobetón sa nám podarilo v podmienkach Slovenska, Česka, Poľska, Anglicka a iných krajín dostať do bežnej stavebnej praxe i za prispenia vedeckého a odborného potenciálu Žilinskej univerzity v Žiline. Spoluprácu rozvíjame už od roku 2009. Cieľom tejto spolupráce je prinášať nové technické riešenia v oblasti navrhovania stavebných konštrukcií obsahujúcich penobetón. Výhodou je plná podpora vedenia Stavebnej fakulty Žilinskej univerzity, ktoré si je vedomé potenciálu rozvoja používania penobetónu hlavne v oblasti inžinierskych konštrukci,í ako sú napr. priemyselné podlahy, cyklotrasy, cesty pre motorové vozidlá a železničné trate.

Vhodným príkladom dokumentujúcim záujem Žilinskej univerzity o výskum a vývoj konštrukcií obsahujúcich penobetón, je, že vyčlenila na účely meraní deformačných charakteristík časť vlastného skúšobného poľa, na ktorom je možné posudzovať konštrukcie s penobetónom v mierke 1 : 1.

Budúcnosť 

Pevnosti penobetónu sú závislé hlavne od objemovej hmotnosti. S jej zvyšovaním sa zvyšujú i pevnosti a tuhosť. Práve táto závislosť objemovej hmotnosti a pevností umožňuje pre dané miesto a jemu príslušné zaťaženie/požadovanú únosnosť navrhovať práve takú pevnosť a tuhosť penobetónu, ktorá je pre dané miesto zabudovania dostatočná. Jednou z ďalších možností bude môcť byť napr. plánované otestovanie vrstvy penobetónu v otvorenom systéme konštrukcie spodku železničnej trate. Podľa doposiaľ absolvovaných testov by malo priniesť zníženie nárokov na únosnosť podložia a zlepšenie jeho ochrany pred účinkami mrazu pri súčasnom zmenšení celkovej hrúbky spodku železničnej trate. Tým by sa mala zlepšiť dlhodobá udržateľnosť stability geometrie samotných koľají s následným dlhodobo udržateľnou úrovňou projektovaných prejazdových rýchlostí.

Ing. Walter Scherfel

iwtech, s. r. o.

www.iwtech.sk

Literatúra:

zdroje autora

DECKÝ, M. a kol.: Cementobetónové vozovky a spevnenia dopravných plôch. EDIS – vydavateľské centrum ŽU 2018, s. 365, ISBN 978-80-554-1476-8.

www.orlitech.cz