Co je to textilní beton (TRC)

Je známo, že železobeton je stále nejpoužívanějším kompozitním materiálem ve stavebnictví. Zvyšující se poptávka po designových betonových subtilních prvcích dala podnět vývoji nových řešení pro vyztužování betonu. Jedním z možných přístupů je vyztužovat beton pomocí technických textilií, které nekorodují, a tudíž nepotřebují tak silnou krycí vrstvu. TRC je kombinací těchto textilií a speciálního jemnozrnného betonu. Takto vzniklý kompozit je schopen snížit tloušťku požadované konstrukce na minimum, čímž nabízí nové architektonické možnosti, ušetří náklady za přepravu, šetří spotřebu primárních zdrojů a v některých případech může jeho použití vést k celkově environmentálně příznivějšímu řešení. [1]–[4]

Úvod

Obrázek 1, Textilní beton
(zdroj: https://solutions-in-textile.com/)

Textilní beton značený zkratkou TRC z anglického názvu Textile Reinforced Concrete, je poměrně nový kompozitní materiál, který vznikl na konci devadesátých let v německých výzkumných centrech při univerzitách v Aachenu a Drážďanech. Dnes je rozšířen po celém světě. Jedná se o kombinaci technických textilií a jemnozrnného vysokohodnotného (popř. ultra vysokohodnotného) betonu. Stejně tak, jako je v klasickém železobetonu kombinována pevnost betonu v tlaku a pevnost oceli v tahu, je u TRC kombinována vysoká tlaková pevnost betonu v kombinaci s vysokou tahovou pevností textilních vláken. Použití technických textilií, které jsou umístěny v hlavním směru namáhání kompozitu, vede k daleko vyšší účinnosti ve srovnání s použitím volně rozmístěných krátkých vláken v běžně známém sklovláknobetonu. TRC má i oproti železobetonu mnohé výhody. Jednou z nejdůležitějších je, že oproti klasické ocelové výztuži zde odpadá starost s korozí. Není tudíž nutné dodržet normou předepsané několikacentimetrové krytí výztuže a právě proto dovolí tento kompozit vytvářet prvky s velmi malou tloušťkou dokonce v řádech milimetrů. Dříve bylo TRC používáno převážně na zesilování stávajících konstrukcí či na skořepiny. Později si však našel uplatnění ve všech možných odvětvích, kde je potřeba subtilnosti. [4]–[7]

Materiály textilních vláken

Pro vyztužování TRC betonu jsou používána vlákna z různých druhů materiálů. Vhodné jsou nekorozivní materiály s velkou pevností a s vysokým modulem pružnosti. Mezi nejpoužívanější patří alkalivzdorné sklo, uhlík, aramid či čedič. Rovingy (svazky několika vláken) se zpracovávají na netkané, tkané či různě pletené textilie s 2D, 3D nebo dokonce s cylindrickou strukturou. Nejčastěji jsou textilie uspořádány do mřížkovitých tvarů s oky minimálně trojnásobnými až čtyřnásobnými než je pak největší zrno kameniva v betonové matrici.

Obrázek 2, Skleněné vlákno
(zdroj: http://www.ocvreinforcements.com)

Obrázek 3, Uhlíkové vlákno
(zdroj: http://www.compositeshop.de)

Vysokohodnotný beton

Pro prvky z textilního betonu se používá speciální tekutý jemnozrnný beton, který má oproti běžnému betonu některé vlastnosti výrazně vylepšené. Jedná se o tzv. vysokohodnotný beton a značíme ho zkratkou HPC, která vychází z anglického názvu High Performance Concrete. V některých případech, kde se dostáváme na opravdu vysoké hodnoty pevností, tento beton řadíme do třídy ultravysokohodnotných betonů (UHPC). Počátek vývoje HPC resp. UHPC sahá do 70. let 20. století. Jeho uplatnění bylo zpočátku hlavně pro sloupy výškových staveb. Dnes se používá pro nejrůznější účely od mostů po designové prvky. Tlaková pevnost HPC se pohybuje od 50 MPa a u UHPC od 150 MPa.[8]

Použití

Použití betonu s plošnými 2D či prostorovými 3D textiliemi je velmi pestré. Nejčastější využití má textilní beton pro zesilování stávajících konstrukcí, skořepiny, fasády, městský mobiliář, betonový nábytek nebo různé designové prvky. Jedná se o nový moderní materiál, který umožňuje daleko větší tvůrčí svobodu při navrhování betonových konstrukcí. Tvary, které byly za použití běžného železobetonu nemyslitelné, jsou nyní reálné s použitím výztuže textilní. [4]

Fasádní obklady

Obrázek 4 TRC fasádní prvky betoShell® XXL na objektu posluchárny Univerzity RWTH v Aachenu, Německo,
Architekti: Helmer-Seiler-Archtitekten, Aachen (zdroj: http://www.heringinternational.com)

Designový nábytek

Obrázek 5, TRC fasádní panely betoShell®, Administrativní budova, Paul- Klinger-Straße, Essen, Architekti: Bahl + Partner Architekten BDA, Hagen
(zdroj: http://www.heringinternational.com)

Obrázek 6, Židle vyztužené karbonovými textiliemi
(zdroj: http://www.paulsberg.com)

Poděkování

Tento článek vznikl za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605 - Univerzitní centrum energeticky efektivních budov – Fáze udržitelnosti.

Literatura

1. C. Fiala, Optimalizace betonovỳch konstrukcí v environmentálních souvislostech. CIDEAS-Centrum integrovaného navrhování progresivních stavebních konstrukcí, 2011.
2. P. Hájek, M. Novotná, A. Chira, C. Fiala, T. Vlach, and L. Laiblova, “Challenge of Textile Reinforced High Performance Concrete for Sustainable Construction,” Fib Symp. Proc. Cph., vol. 2015.
3. Laiblová Lenka et al., “Technical textiles as an innovative material for reinforcing of elements from high performance concretes (HPC),” Adv. Mater. Res., no. 1054, 2014.
4. L. Laiblová, “Vvyužití textilií pro vyztužení prvků z vysokohodnotného betonu - experimentální ověření a vyhodnocení,” Diplomová práce, České vysoké učení technické v Praze, 2014.
5. W. Brameshuber, Report 36: Textile Reinforced Concrete - State-of-the-Art Report of RILEM TC 201-TRC. RILEM Publications, 2006.
6. P. J. M. Bartos, “Sklovláknobeton e-GRC: Nová cesta ke zlepšení čistoty fasád a kvality ovzduší našich měst,” Beton TKS, vol. 9, no. 2, 2009.
7. Z. Kořínek, “Vlákna,” Kompozity, 2018. [Online]. Available: https://kompozity.webnode.cz/.
8. P.-C. AÏTCIN, Vysokohodnotný beton. Praha: ČKAIT, 2015.