Široké spektrum odborných článkov a prezentácie spoločností, odborníkov pôsobiacich v oblasti stavebníctva, dopravy, strojárstva, ťažby surovín a environmentálnych technológií vo všetkých odvetviach priemyselnej výroby.

Príklad alternatívneho návrhu skladby priemyselnej podlahy s použitím penobetónu FC 500IF


Návrh podkladových  vrstiev priemyselných podláh predstavuje neustálu výzvu pri dosahovaní rovnováhy medzi ekonomickou efektivitou, bezpečnosťou a životnosťou. Článok sa venuje príkladu alternatívneho návrhu podkladových vrstiev  podláh s použitím penobetónu FC 500IF pre dosiahnutie zaujímavých úspor nákladov výstavby.

Penobetón (FC - Foam Concrete) ako zmes spojiva, vody, prísad a technickej peny, je vo svojom princípe známy už viac ako tridsať rokov. Je to stavebný materiál s dobrými mechanickými vlastnosťami, nízkou tepelnou vodivosťou, jednoduchým, a pritom vysoko technologickým spracovaním. Penobetón obsahuje uzatvorené vzduchové póry, čím sa dosahuje jeho nízka objemová hmotnosť a úspora materiálových vstupov. Vzhľadom k svojim vlastnostiam je využiteľný ako náhrada sypaných podkladových vrstiev priemyselných podláh, ale aj dopravných plôch, či ako súčasť základových konštrukcií pozemných stavieb.    

Penobetón s objemovými hmotnosťami 300 – 400 kg/m3 sa v súčasnosti najčastejšie využíva ako vyrovnávacia vrstva podláh občianskych stavieb. Výskum a vývoj realizovaný spoločnosťou iwtech s.r.o. v spolupráci so Žilinskou Univerzitou a ďalšími partnermi ukazuje, že jeho využitie môže byť  omnoho širšie. Benefity použitia penobetónu ako konštrukčnej podkladovej vrstvy zlepšujúcej vlastnosti podložia priemyselnej podlahy budú prezentované na príklade podlahy skladovacích priestorov halového objektu (obr. 1). Klasická podkladová vrstva zo štrkodrviny bude nahradená vrstvou z penobetónu FC 500IF s objemovou hmotnosťou 500 kg/m3.

Statické posúdenie jednotlivých variantov podlahovej konštrukcie bolo vykonané v zmysle predpisu Concrete Society TR34. Pre ukážku možností FC 500IF ako vrstvy zlepšujúcej vlastnosti podložia bol zvolený príklad ťažko zaťaženej priemyselnej podlahy s prevádzkovým zaťažením:

  • plošné rovnomerné zaťaženie s charakteristickou intenzitou qk = 100 kN/m2,
  • bodové zaťaženie simulujúce zaťaženie od vysokozdvižného vozíka s intenzitou 56 kN pre 1 koleso,
  • bodové zaťaženie 75 kN / 1 stojku od regálov s pôdorysnou dispozíciou stojok 1,1 x 2,8 m, s roznášacou pätkou s rozmermi 150x150 mm pri vzájomnej vzdialenosti regálov 300 mm.

Podlahová doska z betónu C25/30 hrúbky 200 mm je vystužená oceľovými vláknami DRAMIX® (L = 60 mm, D = 0,9 mm, Rm = 1160 MPa). Doska je uvažovaná s dilatačnými škárami vo vzdialenosti 30 x 30 m.

Návrh podkladovej vrstvy z penobetónu FC 500IF ako aj samotnej betónovej dosky vystuženej oceľovými vláknami vychádzal z podmienok kladených na sypanú podkladovú vrstvu obvyklého návrhu podlahy s požiadavkami na podklad dosky EV2 > 80 MPa a EV2 / EV1 < 2,2.

Podkladom pre návrh hrúbky podkladovej vrstvy z penobetónu FC 500IF boli experimentálne merania vrstiev penobetónu FC 500IF na podloží v reálnej mierke v pokusnom poli Žilinskej univerzity (UNIZA).

Vzhľadom na priaznivé fyzikálno-mechanické vlastnosti penobetónu FC 500IF možno znížiť celkovú hrúbku konštrukcie podlahy pri výrazne nižších nárokoch na úpravu podložia. Okrem splnenia podmienky minimálnej hodnoty modulu pretvárnosti EV2, pomer modulov z oboch zaťažovacích cyklov statickej zaťažovacej skúšky pri penobetóne FC 500IF dosiahol hodnotu 1,0 až 1,3.


 


Obr. 2 Obvyklý návrh skladby podlahovej konštrukcie 

Obr. 3 Alternatívny návrh skladby podlahovej konštrukcie s nevystuženým FC 500IF

Obr. 4 Alternatívny návrh skladby podlahovej konštrukcie s vystuženým FC 500IF

  

2. Teplotechnické posúdenie

Pre dokumentáciu teplotechnických vlastností alternatívneho súvrstvia s použitím penobetónu
FC 500IF bol vykonaný výpočet tepelného odporu konštrukcie podlahy pre obvykle navrhovanú i alternatívnu skladbu vrstiev podlahy.

Pre výpočet tepelného odporu vrstvy penobetónu FC 500IF bola uvažovaná jeho stabilizovaná hmotnostná vlhkosť v prostredí štrkodrviny 0/63 mm na úrovni 15% hm. a pre túto je stanovený súčiniteľ tepelnej vodivosti λ = 0,19 W/m.K. Tieto hodnoty platia pre prípad, keď vlhkostný stav FC 500IF neovplyvňuje podzemná voda, prípadne zatopenie počas povodne. Tepelný odpor R súvrstvia sa určí podľa vzťahu (1) ako suma podielov hrúbok jednotlivých vrstiev podlahy di a odpovedajúcich súčiniteľov tepelnej vodivosti λi.

 

R (m2.K/W) = Σ Ri = Σ [di (m) / λi (W/m.K)]                                                                                                                    (1)

Tepelný odpor R alternatívneho návrhu potom bude výrazne vyšší ako u návrhu obvyklého, prípadne obdobný pri ďalšej redukcii hrúbky konštrukcie podlahy.

Obvyklý návrh:                                   R = R1 + R2 + R3 = (0,20 / 1,34) + (0,02 / 0,58) + (0,38 / 0,58) = 0,839 m2.K/W

S nevystuženým FC 500IF:                R = R1 + R2 = (0,20 / 1,34) + (0,16 / 0,19) = 0,991 m2.K/W

S vystuženým FC 500IF:                    R = R1 + R2 = (0,20 / 1,34) + (0,13 / 0,19) = 0,833 m2.K/W

 

3. Ekonomické zhodnotenie

Prínos penobetónu FC 500IF v podlahovej konštrukcii je demonštrovaný na príklade silne zaťaženej priemyselnej podlahy skladovej haly. Tento prínos je možné vyjadriť aj vo finančnej úspore pri realizácii podlahovej konštrukcie. Uvedené ceny realizácie nezahŕňajú náklady súvisiace s úpravou podložia pod podkladovými vrstvami, kde pri nižších nárokoch na úroveň vykonanej úpravy podložia v prípade použitia FC 500IF ako podkladovej vrstvy je možné dosiahnuť ďalšiu významnú úsporu nákladov pri realizácii podlahovej konštrukcie.

V uvedených cenách sú zahrnuté strojné výkopové práce, obstarávacie ceny materiálov vrátane nákladov na ich dopravu, náklady na pracovníkov a strojné zariadenie vrátane dopravy.


Tab. 1 Porovnanie obvyklého návrhu podlahy s návrhmi alternatívnymi


Obvyklý návrh podlahy

Alt. návrh s nevystuženým

penobetónom

FC 500IF

Alt. návrh

s vystuženým

penobetónom

FC 500IF

Doba realizácie podkladu okrem zemných prác:

do 4 dní

do 2 dní

do 2 dní

Použiteľnosť podkladu po skončení prác na podkladových vrstvách:

okamžite

+3 dni pri 15 – 20 °C

+3 dni pri 15 – 20 °C

Použiteľnosť povrchu pre montážnu činnosť:

obmedzená

do 30 dní

do 30 dní

Cena realizačná 1000 m(EUR):   

53,407 tis.

48,407 tis.

48,296 tis.

Celková úspora

pre 1000 m2 (EUR):

---

5,000 tis.

5,111 tis.

Úspora prepočítaná

na 1 m2 (EUR):

---

5,0

5,1


Cena neobsahuje maržu realizačnej stavebnej spoločnosti a rozpočtovú rezervu, tiež neobsahuje náklady spojené s úpravou podložia (tie sa môžu výrazne líšiť podľa konkrétnej lokality). Ceny sa môžu líšiť v závislosti na dopravnom pásme jednotlivých materiálov. V kalkulácii je uvažovaná dopravná vzdialenosť 30 km pre všetky použité materiály.


4. Záver

Navrhnutá alternatívna skladba konštrukcie podlahy s použitím podkladovej vrstvy z penobetónu FC 500IF spĺňa požadované kritériá z hľadiska statického posúdenia. Oproti klasickému riešeniu skladby podlahovej konštrukcie, použitie vrstvy penobetónu umožňuje:

  • zníženie celkovej hrúbky podlahovej konštrukcie zo 600 mm na 360 mm, resp. 330 mm
  • zníženie hrúbky podkladovej vrstvy zo 400 mm na 160 mm pri nevystuženom resp. 130 mm pri vystuženom penobetóne,
  • zníženie nárokov na úpravu podložia – požadovaná hodnota modulu pretvárnosti EV2 je znížená zo 45 MPa na 30 MPa,
  • dosiahnutie úspory finančných prostriedkov cca 5 100 EUR na 1000 m2,
  • dosiahnutie vyššej homogenity podkladu pod betónovou doskou v porovnaní s konvenčnými sypanými vrstvami.


Vrstvu penobetónu možno zaťažovať technikou už po troch dňoch po skončení prác pri teplote 15 – 20 °C až po dobu betonáže podlahovej dosky.

Vzhľadom k vysokej úrovni fyzikálno-mechanických parametrov a ich rýchly nárast v čase tak možno penobetón FC 500 úspešne použiť ako náhradu sypaných podkladových vrstiev.

Medzi najväčšie benefity FC 500IF ako podkladovej vrstvy priemyselnej podlahy patrí:

  • zníženie celkovej hrúbky podlahovej konštrukcie a zníženie nárokov na úpravu podložia, čo umožňuje redukovať rozsah zemných prác,
  • variabilita skladby podlahy s penobetónom FC 500IF pri použití nekorozívnej čadičovej výstužnej sieťoviny ORLITECH MESH a rôznych požiadaviek kladených na úpravu podložia,
  • výborné teplotechnické vlastnosti,
  • vysoká úroveň homogenity zhotovenej vrstvy FC 500IF a dodržiavanie štandardu kvality v rámci každej realizácie obzvlášť v prípade použitia výstužnej sieťoviny ORLITECH MESH v tejto vrstve zlepšujúcej vlastnosti podložia.  

Poďakovanie

Tento príspevok vznikol za finančnej podpory grantovej agentúry VEGA MŠVVaŠ SR v rámci riešenia grantovej úlohy 1/0484/20.

Literatúra

M. Decký, M. Drusa, K. Zgútová, M. Blaško, M. Hájek, W. Scherfel: Foam concrete as new material in road constructions, In: Procedia Engineering. ISSN 1877-7058. Vol. 161 (2016).

M. Drusa, L. Fedorowicz, M. Kadela, W. Scherfel: Application of geotechnical models in the description of composite foamed concrete used in contact layer with the subsoil. In: Geotechnické problémy líniových stavieb = Geotechnical problems of engineering constructions: zborník 10. Slovenskej geotechnickej konferencie s medzinárodnou účasťou: Bratislava 30-31. máj 2011,  ISBN 978-80-227-3504-9,  S. 644-652.

L. Ižvolt, P. Dobeš, M. Mečár, “Contribution to the methodology of the determination of the thermal conductivity coefficients λ of materials applied in the railway subbase structure,” Communications: Scientific letters of the University of Žilina., vol. 15, pp. 9–17, 2013

M. Hájek, M. Decký, M. Drusa, L. Orininová: Elasticity modulus and flexural strength assessment of foam concrete layer of Poroflow, In: IOP conference series: Earth and environmental science, ISSN 1755-1307. - Vol. 44 (2016).

M. Kadela, and M. Kozłowski, “Foamed Concrete Layer as Sub-Structure of Industrial Concrete Floor”, Procedia Engineering, WMCAUS 2016, vol. 161, pp. 468-476, 2016, ISSN 1877-7058

http://www.orlimex.cz/kompozity/, on line: 06/2017.

DIN 18134:2012-04, Soil – Testing procedures and testing equipment – Plate load test, 2012.

M. Decký, M. Drusa, W. Scherfel, M. Hájek, M. Blaško, P. Macošínec: „Objektivizácia mechanických vlastností penobetónu Poroflow 17-5 vo vzťahu k navrhovaniu vozoviek”, Silniční obzor 77, 7-8/2016, ISSN 0322-7154.

http://www.iwtech.sk


prof. Ing. Marián Drusa, PhD. – Katedra geotechniky, Stavebná fakulta, Žilinská univerzita v Žiline

Ing. Jozef Vlček, PhD. – Katedra geotechniky, Stavebná fakulta, Žilinská univerzita v Žiline

Ing. Walter Scherfel – spoločnosť iwtech s.r.o.