Požární specifika nosných konstrukcí z textilního betonu

Abstract

Práce shrnuje materiálová a požární specifika v chování novodobých konstrukcí z tzv. textilního betonu (TRC – Textile Reinforcement Concrete) a publikuje první výsledky z indikativních zkoušek v požární laboratoři na UCEEB ČVUT, jejichž cíli bylo vystavení betonových vzorků (desek a trámků) z TRC normovému požáru (normové teplotní křivce dle ISO 834) včetně sledování změn mechanických vlastností. Stále častěji používané vysokohodnotné betony (HPC – High Performance Concrete), popřípadě ultravysokohodnotné betony (UHPC – Ultra High Performance Concrete) vynikají svými mechanickými parametry i pohledovou kvalitou. Podobně jako u tradičních betonových konstrukcí je nutné zvýšit jejich únosnost přidáním tahové výztuže. Vzhledem k požadavku na subtilní konstrukce je vhodné použití alternativního typu výztuže, který má dobrou odolnost proti chemické degradaci. Tyto typy alternativních výztuží nepotřebují tak masivní tloušťku krycí vrstvy, jako je tomu u konstrukcí s tradiční betonářskou výztuží, neboť HPC konstrukce jsou navrženy pouze s ohledem na spolupůsobení materiálů. Nejčastěji jsou proto používány výztuže na bázi textilních vláken z uhlíku, čediče nebo skla. Základní podmínkou pro použití těchto vláknitých výztuží je zajištění dostatečné soudržnosti a redistribuce napětí do celé plochy vlákna, aby bylo docíleno maximálního využití výztuže. Tato schopnost je umožněna přidáním povrchové úpravy, tzv. matrice, po celém jejím povrchu a průřezu, přičemž se na výrobu matrice používají nejčastěji syntetické pryskyřice. Tato vrstva při plném prosycení primárně zapojuje všechna vlákna do spolupůsobení se zbytkem betonové konstrukce, a zároveň má sekundární funkci v podobě ochranné vrstvy zajišťující dodatečnou ochranu proti atmosférické korozi. Výše zmíněné materiály, které dohromady tvoří TRC, jsou v současné době používány především pro nenosné konstrukce, jako jsou fasádní nebo designové prvky. Vzhledem k mechanickým vlastnostem zmíněného kompozitu mají tyto konstrukce vysoký potenciál pro použití v prutových nosných konstrukcích (sloupy, nosníky apod.). TRC konstrukce s sebou však nesou úskalí týkající se jejich chování za zvýšené teploty při požáru, neboť tehdy se zmíněný prvek rychleji prohřeje, a to zejména kvůli absenci větší tloušťky krycí vrstvy (obvykle tloušťka od cca 5 mm). Dochází tak k rychlému překročení teploty vzplanutí syntetické matrice a možnému ohrožení únosnosti a stability konstrukčního prvku vlivem odštěpení betonu a par vzniklých odpařením pryskyřice. Diskutabilní pro aplikaci v ČR může být rovněž klasifikace do druhu konstrukční části (DP1, DP2, DP3).

The diploma thesis summarizes the general behavior of materials in fire and specifics of modern material called textile reinforcement concrete (TRC). It publishes the first results of the indicative tests in the fire laboratory at UCEEB CTU. The aim was to expose TRC samples (slabs and beams) to fire (according to standard temperature curve ISO 834) and monitore changes in mechanical properties. High performance concrete (HPC) or ultra-high-performance concrete (UHPC) excel in their mechanical parameters and visual quality, but it is necessary to increase their load-bearing capacity by adding tensile reinforcement. On demand of more subtle structures, it is useful to use an alternative type of reinforcement with good resistance to chemical degradation. These types of reinforcements do not need such a massive thickness of the covering layer, as we see in traditional concrete structures, because the HPC structures are designed only with respect to the interaction of materials. The most common are reinforcements based on textile fibers from carbon, basalt or glass. The fiber reinforcements ensure sufficient coherence and redistribution of tension across the entire surface of fiber to maximize the reinforcement utilization. This is possible by the addition of a “surface matrix” over its entire surface and cross-section. The most common used material for the matrix is synthetic resin. This layer, when fully saturated, primarily engages all the fibers into the interaction with the rest of the concrete structure. At the same time has a secondary function as a protective layer providing additional protection against atmospheric corrosion. However, TRC constructions also has a disadvantage in the form of their behavior in fire. Thhe element heats up in elevated temperatures more quickly, mainly due to the absence of a greater coating thickness (usually is a thickness around 5 mm). This leads to a fast exceedance of the flash point of the synthetic matrix and to a possible reduction of load-bearing capacity and stability of concrete. Classification into the structural type (according to a Czech legislative) may also be problematic for application.