Kompozitné karisiete: Moderné riešenie výstuže betónu pre 21. storočie

Čo sú kompozity a prečo menia stavebníctvo?

Kompozitné materiály sú kombináciou dvoch alebo viacerých zložiek s cieľom dosiahnuť lepšie mechanické a fyzikálne vlastnosti. V stavebníctve sa najčastejšie stretávame s kompozitmi vystuženými vláknami – typicky sklenenými, uhlíkovými alebo bazaltovými. Tieto materiály ponúkajú vysokú pevnosť pri nízkej hmotnosti, výbornú odolnosť voči korózii a dlhú životnosť. Práve tieto vlastnosti z nich robia ideálnu alternatívu k tradičnej oceli vo viacerých aplikáciách vrátane výstuže betónu.

Čo je to kari sieť a prečo sa používa?

Karisiet, známa aj ako karirohož, je zváraná sieť oceľových prútov alebo viazaných prútov z kompozitu, slúžiaca ako výstuž betónových konštrukcií. Zabezpečuje prenos ťahových síl v betóne, ktorý je inak pevný len v tlaku. Správne navrhnutá a uložená karisiet zaisťuje, že konštrukcia je pevná, stabilná a odolná voči praskaniu. Vystuženie je potrebné vo viacerých smeroch – v závislosti od zaťaženia v smere ťahu, ohybu či šmyku.

GFRP kompozitné karisiete: Inovácia v oblasti výstuže

Kompozitné kari siete (sklolaminátové, bazaltové alebo uhlíkové) nahrádzajú tradičné oceľové rohože v čoraz väčšom množstve aplikácií. Vďaka svojej nízkej hmotnosti, vysokému pomeru pevnosti k hmotnosti a odolnosti voči korózii sa uplatňujú najmä tam, kde oceľové výstuže rýchlo degradujú – napr. v prostredí s vysokou vlhkosťou alebo chemickou agresivitou. Navyše pri ich výrobe vzniká len zlomok CO2 oproti oceli.

Kde sa používajú kompozitné karirohože?

• Mostné konštrukcie – vďaka odolnosti voči posypovým soliam a mrazom

• Základové dosky rodinných domov

• Priemyselné podlahy a sklady s vysokým zaťažením

• Dopravná infraštruktúra – diaľnice, električkové trate, oporné múry

• Verejné a rekreačné objekty – bazény, čističky vôd, parkovacie domy

• Záhradná a terénna architektúra – betónové ploty, oporné múriky

Ako sa vyrábajú a aké rozmery sú dostupné?

Kompozitné karisiete sa vyrábajú z tyčí ťahaných zo sklených vlákien Advantex® ECR-glass  obalených  epoxidovou živicou. Tieto prúty sú následne viazané do sieťovej štruktúry za pomoci viazačského drôtu alebo plastovej sťahovaj pásky.

Dostupné priemery prútov:
⌀ 4 mm, ⌀ 6 mm, ⌀ 8 mm, ⌀ 10 mm, ⌀ 12 mm(štandardné rozmery, ekvivalentné oceli ⌀ 6–14 mm)
Rozmery sietí:
 2 × 3 m – možnosť individuálneho rozmeru podľa projektu
Rozmery oka:
 Bežný rozmer oka je 150 x 150mm

Vďaka nízkej hmotnosti je manipulácia jednoduchšia a nevyžaduje ťažkú techniku.

Ako viazať kompozitné karisiete?

Viazanie kompozitnej kari siete je rovnaké ako ako pri oceli, no je potrebné dodržať niekoľko špecifík:

• používajú sa viazacie drôty  alebo PVC pásky

• nedajú sa zvárať a ohýbať ako oceľ

• odporúča sa používať plastové dištančné podložky

Nahradenie nerezovej výstuže GFRP sieťami – ekonomická aj technická výhra

V špecifických projektoch, kde sa tradične navrhuje nerezová oceľová výstuž (inox) – napríklad mostné konštrukcie, pobrežné stavby, čističky vôd či betón v chemicky agresívnom prostredí – sa čoraz častejšie uplatňuje kompozitná výstuž typu GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) ako plnohodnotná alternatíva.

Zákazníci, ktorí pôvodne zvažovali použitie nerezových roxorov kvôli ich odolnosti voči korózii, sa napokon rozhodli pre GFRP rohože, ktoré:

• poskytujú rovnakú (alebo vyššiu) chemickú a koróznu odolnosť

• sú výrazne ľahšie, čím znižujú nároky na dopravu a montáž

• nekondukujú elektrinu, čo je dôležité v niektorých infraštruktúrnych aplikáciách

• a predovšetkým sú násobne lacnejšie než nerezová výstuž

Napríklad pri výstavbe menšieho mostného objektu zákazník nahradil nerezové výstuže GFRP sieťami, pričom ušetril viac než 60 % z rozpočtu na výstuž a zároveň získal trvanlivé riešenie bez rizika korózie. To je dôkazom, že GFRP karisiete nie sú len náhradou za oceľ, ale v mnohých prípadoch aj za drahé nehrdzavejúce alternatívy.

Výhody kompozitnej karisiete oproti oceli

Mechanické vlastnosti GFRP výstuže

V tomto príklade je prezentovaný zjednodušený statický výpočet betónovej dosky vystuženej oceľovou tyčou a pre porovanie tyčovou výstužou z GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) , modelovanej ako jednoducho podopretý prvok na dvoch stranách. Tento model predstavuje konzervatívny návrhový scenár z hľadiska priehybu a ohybového namáhania. Výpočet je vedený v súlade so zásadami návrhu betónových konštrukcií podľa normy STN EN 1992-1-1 (Eurokód 2) a odporúčaní pre návrh kompozitnej výstuže podľa ACI 440.1R-15 („Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars“).

Treba poznamenať, že skutočné podmienky, ako napríklad základové dosky uložené na zhutnenej vrstve, poskytujú kontinuálne plošné podopretie, čím nevzniká voľný priehyb ako pri doskách nad otvoreným priestorom. Tieto skutočnosti vedú k výrazne priaznivejším napäťovým a deformačným pomerom v reálnej prevádzke, čo znamená, že výpočtový model použitý v tejto analýze poskytuje bezpečne nadhodnotený návrh z pohľadu dimenzovania výstuže.

Podrobnejšie informácie o vlastnostiach a návrhových princípoch GFRP výstuže možno nájsť aj v nasledujúcich zdrojoch:

• ACI 440.1R-15 – Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars

• fib Bulletin 40 – FRP Reinforcement in RC Structures

• STN CEN/TS 19101 – Predbežná technická špecifikácia pre návrh betónových konštrukcií s nekovovou výstužou

➤ Ťahová pevnosť (Tensile Strength)

GFRP výstuže majú vysokú ťahovú pevnosť – často vyššiu než oceľ:

• Typické hodnoty:
  1000–1300 MPa (oceľ B500 má cca 500–600 MPa)

• Modul pružnosti (E-modul):
  40–60 GPa (oceľ má cca 200 GPa)

To znamená, že GFRP tyče vydržia vysoké napätia v ťahu, no sú pružnejšie než oceľ – deformujú sa viac predtým, než sa pretrhnú. To treba zohľadniť v návrhu (napr. pri výpočte priehybov).

➤ Tlaková pevnosť (Compressive Strength)

GFRP nie je určený ako primárna výstuž na prenos tlaku – tlakové napätia v konštrukcii prenáša betón. GFRP je optimalizovaný na ťahové zaťaženie, kde betón sám zlyháva.

Avšak:

• Tlaková pevnosť GFRP prútov je nižšia než ich ťahová – typicky 200–400 MPa.

• Preto sa neodporúča používať GFRP ako výstuž v stĺpoch alebo v oblastiach so značným tlakovým zaťažením, ak nie je starostlivo navrhnuté obalenie betónom.

➤ Strihová pevnosť (Shear Strength)

• GFRP prúty majú nižšiu šmykovú pevnosť než oceľ, preto sa navrhujú s dôrazom na správne zakotvenie, prekrývanie a kotviace dĺžky.

• Výstuž nesmie byť obnažená alebo preťažená v šmyku, čo sa rieši správnym uložením do krycej vrstvy betónu (min. 20–25 mm krytie).

➤ Prehľad porovnania (na meter tyče s priemerom 8 mm):

Záver:

• GFRP výstuže sú špičkové v prenose ťahových síl a ideálne na vystuženie dosiek, stien, základov, mostoviek a podláh.

• Tlak prenáša betón – GFRP výstuž slúži primárne na ťah, ohyb a zabránenie praskaniu.

• Treba zohľadniť nižší modul pružnosti a tomu prispôsobiť návrh (napr. zvýšiť výšku dosky pri väčších rozponoch).

• V stĺpoch alebo silne namáhaných tlačených zónach sa použitie GFRP konzultuje s projektantom.

 Ilustračný priklad výpočtu:
(Príklad je pre základnú predstavu a nie ako návrh do reálneho projektu – ten musí byť overený projektantom)

• Doska: železobetónová, voľne uložená na dvoch stranách

• Rozmery: 4 m × 4 m, hrúbka 150 mm

• Zaťaženie: stála + úžitková záťaž 5 kN/m²

• Betón: C25/30

• Výstuž:

  • A) oceľ B500, Ø8/150 mm

  • B) GFRP, Ø8/150 mm (E = 50 GPa, fₜ = 1100 MPa)

 Výpočet momentu a napätia

1. Ohybový moment (jednosmerná doska, zjednodušene):
Použijeme momentový súčiniteľ pre dosku uloženú na 2 stranách:
$M = \frac{q \cdot L^2}{8} = \frac{5 \cdot 4^2}{8} = 10 \ \text{kNm/m}$

2. Potrebná výstuž pre oceľ:

Oceľová výstuž má:

• návrhovú pevnosť: $f_{yd} = 500 / 1.15 \approx 435 \ \text{MPa}$

• návrhový momentový odpor:
  $M_{Rd} = A_s \cdot f_{yd} \cdot z \Rightarrow A_s = \frac{M}{f_{yd} \cdot z}$
  (pri z = 0.9 d ≈ 0.9 × 130 mm = 117 mm)

Pre M = 10 000 Nm:

$A_s = \frac{10\,000\,000}{435\,000 \cdot 0.117} \approx 196 \ \text{mm}^2/m$

To zodpovedá cca Ø8/150 mm = 335 mm²/m (OK)

3. GFRP výstuž:

• fₜ,GFRP = 1100 MPa

• E,GFRP = 50 GPa (→ väčší priehyb)

• Bez zníženia sa výpočet robí často podľa ACI 440 s bezpečnostným faktorom
  (napr. $f_{fd} \approx 650 \text{ MPa}$)

Potrebná plocha:

$A_{f} = \frac{10\,000\,000}{650\,000 \cdot 0.117} \approx 131 \ \text{mm}^2/m$

To by zvládol už Ø8/200 mm (≈ 251 mm²/m) → rezerva OK

Porovnanie:

➡️ Záver: V tejto doske GFRP výstuž úplne nahrádza oceľ a je dokonca s vyššou rezervou. Potrebné je však overiť priehyby a krytie betónu, keďže modul pružnosti GFRP je nižší.

Na grafe je porovnanie priehybu betónovej dosky pri rovnakom zaťažení, ale s rozdielnou výstužou:

• Plná čiara (oceľ):   max. priehyb dosiahol  0,08mm
  menší priehyb vďaka vyššiemu modulu pružnosti

• Čiarkovaná (GFRP): max. priehyb dosiahol  0,36mm
  väčší priehyb pri rovnakom zaťažení, no stále v rámci únosnosti

To ukazuje, že GFRP je plnohodnotnou výstužou na ťah, ale pri návrhu treba zohľadniť deformácie – napr. použiť hrubšiu dosku alebo hustejšiu výstuž.

Záver výpočtu a význam pre prax

Na základe výpočtového modelu jednoducho podopretej dosky vystuženej GFRP tyčovou výstužou možno skonštatovať nasledovné:

• GFRP výstuž bez problémov prenáša bežné statické zaťaženia, pričom vykazuje vyššiu pevnosť v ťahu ako tradičná oceľ (až >1000 MPa oproti ~500 MPa).

• Model predstavuje konzervatívny návrh – teda záťažový scenár, ktorý je nepriaznivejší ako bežné reálne situácie, ako napr. základové dosky, ktoré sú celoplošne podopreté zhutneným podložím.

• V takýchto aplikáciách je deformácia výstuže (priehyb) prakticky eliminovaná, a teda návrhové zaťaženie GFRP výstuže je v praxi ešte menej namáhavé než v modelovanej situácii.

• Nekoroduje, je chemicky inertná, a preto predstavuje ideálnu alternatívu k nerezovej oceli, najmä tam, kde sa pôvodne uvažovalo o použití inox tyčí (napr. mosty, oporné múry, chemicky agresívne prostredie).

✅ Záver: Ak GFRP výstuž vyhovuje v tomto modeli, jej použitie v skutočných stavbách (napr. základové platne, chodníky, priemyselné podlahy) je staticky bezpečné, trvácne a ekonomicky výhodné.

Kde a ako kúpiť kompozitnú kari sieť?

Zákazníci môžu kompozitné výstuže objednať priamo tu na E-shope.  Len tak sa zaručí, že produkt je naozaj originál Fiberox.

Doručenie:
Vzhľadom na nižšiu hmotnosť je možné sieť doručiť aj kuriérskou službou čo pri oceľovej karisieti možné nie je.

Záver

Kompozitné kari siete predstavujú revolučnú alternatívu ku klasickým oceľovým výstužiam. Ich použitie znižuje hmotnosť konštrukcie, zvyšuje životnosť a odolnosť voči vonkajším vplyvom, znižuje náklady na údržbu a umožňuje jednoduchšiu manipuláciu pri montáži. Vďaka týmto vlastnostiam sa stávajú už bežným štandardom najmä v modernom ekologickom a infraštruktúrnom stavebníctve.

Zaujala vás táto technológia? Potrebujete poradiť s výberom vhodnej karisiete do vášho projektu?
Kontaktujte nás na info@eko-vystuze.sk alebo volajte na +421 949 590 275 a radi vám pripravíme ponuku na mieru.