Znalostní portál
Tento znalostní portál obsahuje informace týkající se problematiky:
- stříkaného betonu
- injektáží
- míchání s nuceným oběhem
Portál bude postupně doplňován o nové znalosti a poznatky s cílem vytvořit ucelenou informační a vědomostní bázi týkající se stříkaného betonu a související problematiky.
Veškeré informace a údaje obsažené v tomto portálu mají pouze informativní charakter a společnost Filamos, s. r. o. žádným způsobem neručí za jejich úplnost a správnost.
Při vytváření portálu byly použity následující zdroje:
- interní zdroje společnosti Filamos s. r. o.
- Zpravodaj technických informací, ročník 1988, číslo 1-2., Kolektiv autorů, VDUP (Citace vycházející z tohoto zdroje jsou označeny *.)
Stříkání betonu
Obecná terminologie
- Technologie stříkání betonu
- Suchá technologie stříkání betonu
- Mokrá technologie stříkání betonu
- Torkretování
- Stříkaný beton
- Shotcrete
- Gunite
Přednosti a nevýhody jednotlivých metod
- Přednosti suché technologie stříkání betonu
- Nevýhody suché technologie stříkání betonu
- Přednosti mokré technologie stříkání betonu
- Nevýhody mokré technologie stříkání betonu
- Nástřik betonu suchou vs. mokrou cestou
- Výhody torkretování a stříkaného betonu
Technika a způsob stříkání betonu suchou cestou
- Příprava povrchu ke stříkání
- Armování
- Vzdálenost trysky od stříkaného povrchu
- Úhel stříkání
- Technika nástřiku
- Dávkování (záměsové) vody
- Odpad materiálu
- Možnosti úprav povrchu – konečná úprava
- Doprava a stříkání na větší vzdálenosti
- Zkoušky betonu
Injektování
- Funkce injektáže
- Typy injektáží
- Injektážní hmoty
- Injektážní čerpadla
- Příprava cementové směsi pro injektáž
- Injektážní jehla
- Doba zatuhnutí cementové zálivky
Technologie stříkání betonu
Technologie stříkání betonu je způsob strojního nanášení vyztužené nebo nevyztužené betonové vrstvy především na svislé stěny a stropy, jež mohou mít i libovolný nepravidelný tvar.
Suchá technologie stříkání betonu
Technologie stříkání betonu „suchou cestou“ spočívá v pneumatické dopravě suchých směsí a jejich vlhčení až v okamžiku vlastního nástřiku. Suchá směs je od stroje (stroje na stříkání betonu, torkretovacího stroje), transportována na místo nástřiku dopravními hadicemi zakončenými stříkací tryskou, do níž je současně přivedena záměsová voda a dochází zde k požadovanému zvlhčení stříkané směsi.
Přednosti suché technologie stříkání betonu
- Vlivem vysoké rychlosti dopravované směsi v dopravních hadicích a tím i vysoké výtokové rychlosti z trysky (až 30 m/s), dochází u nastříkané vrstvy betonové směsi k dokonalému zhutnění a tím k vysoké kvalitě nastříkaného betonu bez požadavku na další zhutňování vibrátorem apod.
- Suchou technologií stříkání lze v kratším časovém úseku nanést silnější betonovou vrstvu (15 – 20 cm, u lokálních nadvýlomů i více).
- Maximální vodorovná dopravní vzdálenost od stroje k stříkací trysce je až 300 m a svislá až 100 m.
- Dopravní potrubí a hadice postačí dimenzovat na nižší tlaky (tlak vzduchu do 0,6 MPa) a menší světlosti (max. 50 mm).
- Přerušení pracovního cyklu nevyžaduje žádné zvláštní nároky na čistění strojního zařízení a dopravní cesty.
- Nezpracovanou suchou betonovou směs lze zpracovat i po delší přestávce.
- Jednodušší a méně nákladné strojní zařízení (ve srovnání s mokrou technologií nástřiku betonu).
Nevýhody suché technologie stříkání betonu
- Manipulace se suchou betonovou směsí sebou přináší problémy prašnosti. Nesprávná údržba a seřízení stroje má za následek výskyt prašnosti v místě vlastního stroje na stříkání. Částečná prašnost u stříkací trysky je způsobena tím, že část suché betonové směsi se vlivem velké rychlosti nestačí dokonale provlhčit záměsovou vodou.
- V důsledku velké výtokové rychlosti z trysky a vlivem ostatních faktorů je u suché technologie stříkání poměrně větší odraz a spad materiálu (až 30% kameniva).
- Vodní součinitel V/C (voda/cement) je ovládán přímo na trysce a je do značné míry závislý na zručnosti a zkušenosti obsluhy.
- Pneumatická doprava suché betonové směsi klade větší nárok na výkonnější zdroj tlakového vzduchu.
Mokrá technologie stříkání betonu
Technologie stříkání betonu „mokrou cestou“ spočívá v dopravě mokré betonové směsi od stroje (čerpadla betonu) dopravním potrubím, případně hadicemi až do stříkací trysky.
Stříkacího efektu je u mokré technologie stříkání dosahování tím, že mokrá betonová směs je v konečné fázi dopravy promixována a urychlována tlakovým vzduchem. K urychlení může docházet buď přímo ve stříkací trysce nebo ve směšovací komoře, kde je současně dávkován tekutý urychlovač tuhnutí.
Druhou možností je využití tlakového vzduchu k dopravě mokré směsi již ze stroje na stříkání betonu (princip fungování je obdobný jako při nástřiku betonu suchou cestou). Proud betonu se mísí s urychlovačem tuhnutí ve stříkací trysce.
Přednosti mokré technologie stříkání betonu
- Oproti „suché cestě“ je zde prakticky odstraněno vyvíjení prachu a zpětné odrazy jsou zde citelně zredukovány (cca. jen 10%).
- Je možné přesnější řízení vodního součinitele V/C a kvalita stříkaného betonu na místě není tak citlivá na činnost obsluhovatele, neboť ten neseřizuje průtok vody.
Nevýhody mokré technologie stříkání betonu
- Výstupní rychlost z trysky je podstatně nižší než u suché cesty, a proto je menší i zhutňovací účinek a tím i konečná pevnost. V jedné vrstvě nad hlavou není možné nanášet více než 5 cm tloušťky. Silnější vrstvy je nutno stříkat v několika vrstvách s časovým odstupem.
- Další přidávání urychlovače u stříkací trysky je problematické, neboť tekuté urychlovače zvyšují již tak dost vysoký V/C – faktor nutný z důvodu čerpatelnosti. Mokrá směs vyžaduje více cementu, aby se dosáhlo téže pevnosti jako při suché směsi. Zpravidla se vyžadují ještě přísady pro zpomalování nebo urychlování tuhnutí a plastifikátory pro zlepšení čerpatelnosti při zachování kvality.
- Mezi mícháním a ukládáním mokrého betonu je k dispozici pouze omezený čas.
- Nedostatkem této technologie je nemožnost pracovní chod přerušit. Při delším přerušení se musí celý systém vyprázdnit, vyčistit a před obnovením práce zase naplnit.
- Nevýhodou mokré cesty je složitější a nákladnější strojní zařízení, včetně robustnějšího dopravního potrubí.
Nástřik betonu suchou vs. mokrou cestou
Při nástřiku betonu suchou cestou je suchá směs určená k nástřiku nasypána do násypky stroje, odkud je pomocí stlačeného vzduchu unášena dopravními hadicemi (či potrubím) směrem k místu nástřiku. Ke zvlhčení stříkané směsi vodu dochází ve speciální stříkací trysce bezprostředně před okamžikem vlastní aplikace na stříkaný povrch. Požadované zvlhčování stříkané směsi provádí obsluha trysky, podle konkrétních podmínek.
Při mokré technologii nástřiku betonu je stroj na stříkání betonu (torkretovací stroj) plněn kompletně zvlhčenou a předem promíchanou směsí. Proud stlačeného vzduchu může dopravovat mokrou směs ze stroje na stříkání betonu (torkretovacího stroje), nebo může být přiveden až přímo do stříkací trysky (pístové čerpadlo).
Torkretování *
Torkretování je strojní nanášení jemné betonové a žárobetonové směsi o zrnitosti do 4 mm bez požadavku na pevnostní hodnoty hotového betonu.
Používá se zejména pro:
- předběžné utěsňování s urychlovačem tuhnutí
- hlavní utěsňování betonu a hornin
- vyspárování zdiva a panelů
- omítání větších betonových ploch
- sanační práce při stavbě štol a tunelů
- zajišťování svahů
- opravy a vyzdívky pecí, kotlů, koksovacích baterií apod. za studena i za horka
Stříkaný beton *
Stříkaný beton je strojně nanášený vyztužený nebo nevyztužený beton s kamenivem o zrnitosti až 16 mm (nejvhodnější max. velikosti zrna do 8 mm).
Používá se zejména pro:
- provizorní zajišťování důlních děl při ražbě
- definitivní ostění důlních děl, štol a tunelů
- betonování zdí, nádrží apod.
- zajišťování svahů
- sanování důlních děl podzemních staveb
- vyplňování prostor za panelovou výztuží
Historie stříkaného betonu
Historie stříkání betonu se začala datovat od počátku 20. století. Za otce technologie stříkání suchou cestou je považován američan Carl Akeley, který tuto metodu poprvé uplatnil při tvorbě sádrových modelů zvířat pro vědecké účely. Metoda si našla velmi rychle cestu do stavební branže a vzhledem k jejím velkým úspěchům byl v roce 1911 pojem “gunite” (stříkaný beton) dokonce patentován. Jako strojní zařízení se tehdy používaly výhradně tlakové nádoby.
V 50tých letech 20. století spatřila světlo světa technologie stříkání betonu mokrou cestou.
K významnému rozšíření možností aplikace obou technologií stříkání betonu přispělo vynalezení stroje na stříkání betonu (torkretovacího stroje) pracujícího na principu rotujícího dávkovacího bubnu na počátku 60tých let minulého století.
Výhody torkretování a stříkaného betonu *
- dokonalé přilnutí stříkaného materiálu k podkladu
- spolehlivé vyplnění všech trhlin a nerovností
- vysoká pevnost hotového betonu v tlaku a tahu za ohybu již po 28 dnech
- dosažení vysoké počáteční pevnosti použitím vhodných urychlovačů tuhnutí
- úspora bednění
- vysoká vodotěsnost daná dokonalým zhutněním a nízkým poměrem V/C
- možnost jednoduché volby tloušťky stříkané vrstvy podle požadavků a situace
- rychle proveditelné zpevnění ohrožených konstrukcí, zejména při důlních pracích
Shotcrete
Pod pojmem „shotcrete“ se rozumí pneumatický vysokorychlostní nástřik betonu nebo malty prováděný prostřednictvím stříkací trysky. Pojem „shotcrete“ je používán jako univerzální pojem zahrnující jak suchou tak mokrou technologii nástřiku betonu nebo malty. (Lze se však také setkat s použitím pojmu „shotcrete“ jako speciálního označení pouze pro nástřik betonu mokrou cestou).
Pojem „shotcrete“ vznikl jako odvozenina dvou anglických výrazů „shoot“ (tryskat) a „concrete“ (beton). Pojem shotcrete byl poprvé použit a definován American Railway Engineers Association (AREA) na počátku 30tých let minulého století.
Gunite
Pojem „gunite“ se používá pro označení nástřiku betonu suchou cestou, při níž dochází ke zvlhčení suché směsi vodou až bezprostředně před jejím nástřikem ve stříkací trysce zařízení na stříkání betonu.
Příprava povrchu ke stříkání *
Zásadně se musí stříkat na čisté povrchy. Na podkladu, který je znečištěn prachem a jinými nečistotami, dochází ke snížení přilnavosti torkretu nebo stříkaného betonu.
Plocha se očistí omytím pomocí trysky čistou tlakovou vodou.
Stříkat se musí na dostatečně navlhčený podklad (stěny výrubu, ale bez stékající vody) jinak je nebezpečí, že suchý poklad odebere čerstvě nastříkanému betonu mnoho vody, čím se zhorší mechanické vlastnosti tvrdnoucího a vytvrzeného betonu, hlavně jeho pevnost.
V případě, že na povrchu stěn výrubu teče – stéká voda (místní výrony) je nutno místo předběžně utěsnit, nebo vodu odvést pomocí drenážních hadic, které se do obezdívky zastříkají. Nebude-li toto provedeno beton ke stěně nepřilne – bude odpadávat.
Jestliže se musí stříkat na měkký podklad (hlínu nebo písek – neprovádí se omytí stěn) doporučuje se zpevnit nejprve povrch slabou vrstvou cca do 1,5 cm torkretem a teprve potom provádět nástřik stříkaným betonem na tloušťku cca 5 cm. Další vrstvy jsou následně nanášeny do tloušťky předepsané projektem. Tímto postupem se zabrání odloupnutí nastříkané vrstvy betonu od podkladu (stěny výrubu).
Vložené pletivo z ocelového drátu v jedné nebo ve dvou vrstvách (předepisuje projekt) zvyšuje pevnost obezdívky ze stříkaného betonu.
Armování *
Armovací pletivo má mít minimální šířku ok 100 mm. U pletiva s menší velikostí ok se při stříkání zvyšuje odraz zrn kameniva – štěrkopísku (4-8 mm) a není též zajištěno dokonalé přilnutí stříkaného betonu k povrchu stěny (pletivo se špatně prostříkne).
Při stříkání na stěnu s vloženým armovacím pletivem se doporučuje nástřik slabé vrstvy před montáží pletiva (dovolují-li to podmínky), což zajistí snazší provádění nástřiku.
Nesmí se stříkat na pletivo montované ve dvou vrstvách, jelikož vznikají duté prostory za pletivem. Je-li předepsáno projektem armovací pletivo ve dvou vrstvách, je nutné první pletivo zcela zastříkat a potom montovat pletivo druhé a dokončit stříkání betonu na požadovanou tloušťku.
Vzdálenost trysky od stříkaného povrchu *
Vzdálenost mezi stříkací tryskou a povrchem, který se stříká, by se měla pohybovat kolem 1 m. Optimální vzdálenost je vždy závislá na konkrétních podmínkách (zrnitost materiálu, tlak vzduchu). Zmenšení nebo zvětšení této vzdálenosti má za následek zvětšení odpadu. V praxi bylo odzkoušeno, že při odchylce o ±0,25 m od optimální vzdálenosti, kdy je odpad například 10%, může dojít k jeho nárůstu až na 25%.
Velikost optimální vzdálenosti od povrchu může být ovlivněna:
- velikostní zrna suché směsi (větší zrnitost = větší vzdálenost)
- tlakem vzduchu v trysce v závislosti na délce potrubí (větší tlak = větší vzdálenost).
Optimální vzdálenost pro nástřik jednotlivých směsí je nutné stanovit na základě praktické zkoušky na místě nástřiku.
Úhel stříkání *
Dodržení úhlu stříkání je stejně důležité jako dodržení optimální vzdálenosti stříkací trysky od stříkaného povrchu a stanoveného vodního součinitele. Suchá betonová směs se musí stříkat vždy kolmo k povrchu, aby se zabránilo odrazu zrn velikosti 4-8 mm, který vzniká je-li tryska držena pod úhlem od 15º do 80º k povrchu stříkané plochy.
Při kolmém stříkání betonové směsi se dosáhne dokonalé přilnavosti ke stříkanému povrchu a ke zhutnění nastříkané vrstvy.
Technika nástřiku
Při vlastním nástřiku je nutno se stříkací tryskou provádět krouživé pohyby o průměru 10–15 cm pod úhlem max. 8º.
Dávkování (záměsové) vody *
Regulace množství záměsové vody se provádí ručně ventilem na tělese stříkací trysky.
Dosažení dobrých výsledků při stříkání tj. s minimálním odpadem betonové směsi, je plně závislé na obsluze stříkací trysky. Obsluhu musí provádět zaškolený a zapracovaný pracovník, který zvládl techniku stříkání. Takový pracovník může provádět nástřiky betonové směsi na nejrůznější podklady (suché, mokré apod.) neboť stříkání přizpůsobuje daným podmínkám.
Při teplotě prostředí pod +5 °C je třeba záměsovou vodu dávkovanou do stříkací trysky ohřívat.
Správné provlhčení směsi se pozná takto:
- málo navlhčená směs – zvýšená prašnost a současně dochází k odpadávání suchých neprovlhčených částic z povrchu stříkané stěny. Nedochází ani k dostatečnému zhutnění betonu.
- správně navlhčená směs – odpad při stříkání je minimální a nástřik má matový povrch,
- příliš provlhčená směs (mokrá) směs – dochází ke stékání směsi, kvalita nástřiku je špatná a na povrchu se tvoří závoje.
Odpad materiálu *
Při stříkání svislých ploch nemá odpad činit více než 10-15% z nastříkaného množství betonové směsi. Při stříkání stropů, tj. nad hlavou pracovníka, dochází k zvýšení odpadu až na 25-30% z nastříkaného množství betonové směsi.
Odpad se skládá převážně z hrubých podílů zrna betonové směsi. Odpad je zevně vlhký a většinou rozdružený a nesmí se ke stříkání znovu použít, protože jeho přidáním do suché betonové směsi dochází ke snížení pevnosti až o 20% (ověřeno zkušebnou TAZUS).
Příčina tohoto snížení pevnosti se přičítá tomu, že část zrn odpadu je již obalena cementovou kaší, která v době opětného použití zatvrdne a sníží se přilnavost ke struktuře stříkaného betonu.
Možnosti úprav povrchu – konečná úprava *
Jestliže se torkret nebo stříkaný beton nanáší ve více vrstvách a je požadován hladký povrch provedené obezdívky, doporučuje se do poslední vrstvy nástřiku o tloušťce max. 3 cm přidat více vody (V/C = 0,5–0,55). Úprava povrchu musí být provedena nejdéle do jedné hodiny. Jestliže se torkret nebo stříkaný beton uhlazuje nebo obrušuje, je nutno dbát na to, aby nebyla narušena struktura betonu poslední vrstvy a aby se touto konečnou úpravou neuvolňovala nastříkaná vrstva betonové směsi od podkladu.
Pro konečnou úpravu torkretu nebo stříkaného betonu ohledně udržování vlhkosti, odolnosti proti vodě atd. platí stejná pravidla jako pro omítku a beton ukládaný za bednění.
Doprava a stříkání betonu na větší vzdálenosti
Pomocí strojů SSB lze provádět stříkání, případně dopravu suchých sypkých materiálů na značně velké vzdálenosti – až 300 m horizontálně a 100 m vertikálně. Při použití jiného materiálu než klasické suché betonové směsi je nutné možnost dopravy na velkou vzdálenost odzkoušet. Se snižujícím se podílem větší granulace zrn, se poměrně také snižuje dosahovaná dopravní vzdálenost a výška.
Základní podmínky:
- maximální vlhkost materiálu 7%
- dostatek stlačeného vzduchu
- pokud možno rovné dopravní potrubí bez oblouků, pro velké vzdálenosti se dává jedna gumová hadice za stroj na stříkání, potom rovné ocelové potrubí a na konec opět jedna gumová hadice se stříkací tryskou
- dopravní potrubí a hadice musí mít po celé dopravní trase stejnou světlost
- spojky hadic a potrubí nesmějí zmenšovat jmenovitou světlost
Zkoušky betonu
V praxi je zkoušení torkretu a stříkaného betonu spojeno s určitými obtížemi. Stříkání zkušebních kostek není možné, neboť při stříkání do kostkových forem se vlivem vznikajícího protitlaku shromažduje v rozích hrubý materiál, zatímco jemný materiál jako písek a cement je stlačeným vzduchem opět z formy vynášen. Z těchto důvodů je nutné získávat zkušební kostky vyřezáváním z nastříkané vrstvy betonu odpovídající tloušťky. Nejlépe se osvědčilo nastříkání do kolmo postavených beden o minimálním rozměru 50×50×20 cm a ze získaných bloků potom potřebné kostky vyřezat.
Nejlepších výsledků se však dosáhne při zkoušení odvrtaných zkušebních vzorků s minimálním průměrem 100 mm přímo z pracoviště.
Funkce injektáže
– těsnící (hydroizolace),
– zpevňující (zpevnění zdiva),
– výplňová (vyplňování trhlin, dutin, kaveren)
Typy injektáží
a) Beztlaková – gravitační (zálivková)
b) Tlaková injektáž
Injektážní hmoty
a) cementová směs – směs cementu a vody (vodní součinitel 0,4 – 0,5). V některých případech se do směsi přidávají hydroizolační příměsi.
b) organické a epoxidové pryskyřice
c) polyuretany
Injektážní čerpadla
– Šneková čerpadla se používají pro zálivky a nízkotlaké injektáže cementových směsí. Tato čerpadla jsou schopna vytvořit tlak až 35 bar (3,5 MPa).
– Pístová čerpadla injektují pryskyřice a polyuretany tlakem až 250 bar (25 MPa).
Příprava cementové směsi pro injektáž
Do aktivační míchačky se nejprve nalije odpovídající množství vody a následně nasype cement. Samotné míchání trvá 3 – 5 minut s tím, že je nutno rozmíchat veškeré shluky cementu, tak aby každé jednotlivé zrno cementu bylo obaleno vodou.
Injektážní jehla (pakr)
Slouží pro aplikaci injektážní hmoty do vývrtu. Injektážní jehla musí být vybavena kontrolním manometrem a uzavíracím ventilem. Pro zajištění bezpečnosti by měla být také vybavena ventilem na odtlakování.
Doba zatuhnutí cementové zálivky
Zatuhnutí cementové zálivky trvá cca 5 – 10 min. od ukončení injektáže. Po zatuhnutí je možno vyjmout horní část injektážní jehly z vývrtu a použít ji dále.