UDK-UDC 05:625; YU ISSN 0017-2774 LJUBLJANA, NOVEMBER, DECEMBER LETNIK XXXVIII, STR. 267-364 - ZAVOD ZA RAZISKAVO MATERIALA K IN KONSTRUKCIJ LJUBLJANA, n. sol. o. DEJAVNOSTI: Raziskave in kontrola kakovosti vseh vrst materialov, njihovih surovin ter razvoj tehnologij za proizvodnjo in uporabo. Raziskave tehnologij za shranjeva­ nje odpadnih materialov in za upo­ rabo sekundarnih surovin - varstvo okolja. Proizvodnja specialnih materialov in njihova aplikacija. Raziskave in kontrole s področja gradbene fizike: prostorska akustika, zvočna, toplotna in požarna zaščita ter zaščita proti vlagi. Raziskave s področja geomehanike, inženirske geologije in izvajanje spe­ cialnih geotehničnih del. Projektiranje in izvajanje klasičnih in masovnih miniranj hribin ter special­ nih miniranj objektov. Raziskave in kontrola kakovosti na področju prometne infrastrukture. Raziskave in kontrola kakovosti gradbenih konstrukcij. Raziskave na področju potresnega inženirstva. Patologija konstrukcij in sanacije. Raziskave za povečanje trajnosti in zanesljivosti strojev, naprav in njiho­ vih delov. TOZD INŠTITUT ZA GEOTEHNIKO IN CESTE LJUBLJANA, n. sub. O. TOZD INŠTITUT ZA KONSTRUKCIJE, GRADBENO FIZIKO IN SANACIJE LJUBLJANA, n. sub. O. TOZD INŠTITUT ZA MATERIALE LJUBLJANA, n. sub. o. DELOVNA SKUPNOST SKUPNE SLUŽBE Naslov: Dimičeva 12, 61109 Ljubljana, p. p. 54, Jugoslavija Telefon: (061) 344 061 Teleks: 31449 YU ZRMK Telegrami: RAZMAT ENOTA V MARIBORU Gorkega 1, 62000 Maribor, Jugoslavija Telefon: (062) 23 849, 32 851 POIZKUSNI CENTER GAMELJNE Gameljne 41, 61211 Šmartno pod Šmarno goro, Jugoslavija Telefon: (061) 59 126 Raziskave s področja tribologije. Raziskave na področju gradbene mehanizacije. Tehnični nadzor žičnic. Razvoj in izdelava laboratorijske opreme. Umerjanje meril za silo, trdoto, go­ stoto in vlago. Izdelava investicijskih programov, tehnične dokumentacije ter izvajanje svetovalnega inženiringa in inženi­ ringa v obsegu, v katerem oprav­ ljamo študije, raziskave in razvoj. Kontrola tehnične dokumentacije. Nadzor gradnje gradbenih in rudar­ skih objektov. Izobraževanje strokovnjakov iz prakse s področja dejavnosti. Informacijsko-dokumentacijska služ­ ba in računalniški center. GLASILO ZVEZE DRUŠTEV GRADBENIH INŽENIRJEV IN TEHNIKOV SLOVENIJE ŠT. 11-12 • LETNIK 38 • 1989 • YUISSN 0017-2774 V S E D I N A - C O N T E N T S Članki, študl|e, razprave Articles studies, proceedings Poročila Fakultete za arhitekturo, gradbeništvo In geodezijo Univerze E. Kardelja v Ljubljani Proceedings of the Department of Civil Engineering University E. Kardelj, Ljubljana Informacije Zavoda za raziskavo materiala In konstrukcij Ljubljana Institute for testing and research In materials and structures Ljubljana Borut Gostič: 40 LET RAZVOJA ZAVODA ZA RAZISKAVO MATERIALA IN KONSTRUKCIJ LJUBLJANA........................................ 268 TEHNOLOGIJA BETONOV S POUDARKOM NA VISOKOAERIRANIH DROBNOZRNATIH BETONIH.......................... 270 Edvard Mali, Andrej Zajc, Janez Gjura st., Jakob Šušteršič, Tomo Gečev, Jadran Korla: VISOKOAERIRANI DROBNOZRNATI BETONI V GRADBENIŠTVU............................................................................... 270 HIGHLY AERATED SMALL-GRAINED CONCRETES IN THE CONSTRUCTION INDUSTRY Jakob Šušteršič, Stanislav Urbančič, Edvard Mali: MIKROARMIRANI BETONI S POUDARKOM NA VISOKOAERIRANIH BETONIH......................................................... 280 MICRO-REINFORCED CONCRETES, WITH SPECIAL EMPHASIS ON HIGHLY AERATED CONCRETES Janez Gjura, Andrej Flis: VISOKOAERIRANI BETONI V SANACIJSKIH IN RESTAVRATORSKIH DELIH.............................................................. 284 HIGHLY AERATED CONCRETES IN REPAIR AND RESTORATION WORKS Damijana Dimic, Jerneja Šuput, Matjaž Pelan: TITANOVA SADRA IZ CINKARNE CELJE V PROIZVODNJI CEMENTA....................................................................... 287 TITANOGYPSUM FROM THE CELJE ZINC-WORKS FOR THE PRODUCTION OF CEMENT Jurij Šoba, Andrej Eleršek, Mihaela Kovačevič: 13 LET RAZVOJA NA PODROČJU TEMPERATURNO OBSTOJNIH IZOLACIJSKIH MATERIALOV.......................... 294 13 YEARS OF DEVELOPMENT OF HIGH-TEMPERATURE RESISTANT INSULATING MATERIALS GRADBENOFIZIKALNA PROBLEMATIKA ZGRADB PRI N A S .................................................................................... 300 THE PROBLEMS OF BUILDING PHYSICS IN THE BUILDINGS OF SLOVENIA |a ||/q I o h a r * TOPLOTNA'ZAŠČITA ZG RADB..................................................................................................................................... 301 Peter Šimenko: PREVENTIVNA GRADBENA POŽARNA ZAŠČITA ZGRADB........................................................................................ 303 Savo Volovšek: GRADBENA AKUSTIKA.................................................................................................................................................. 305 Matjaž Zupan: PASIVNO IZKORIŠČANJE SONČNE ENERGIJE.......................................................................................................... 307 Peter Žargj: HIDROZASČITA ZGRADB.............................................................................................................................................. 308 Mihe Tomaževič, Tomaž Velechovsky, Polona Weiss: RAZISKAVE POTRESNE ODPORNOSTI ZIDANIH ZGRADB Z MEŠANIM KONSTRUKCIJSKIM SISTEMOM . . . . 311 INVESTIGATION OF THE SEISMIC RESISTANCE OF MASONRY BUILDINGS WITH A MIXED STRUCTURAL SYSTEM Vera Apih: POLIMERI IN S A N A C IJE .............................................................................................................................................. 318 POLYMERS AND THE REPAIR OF STRUCTURES Ernest Trinkaus, Boštjan Godec, David Kenda: KOROZIJA ARMATURE V B E T O N U ............................................................................................................................ 322 THE CORROSION OF REINFORCEMENT IN CONCRETE Marko Fašalek, Igor Ajdič: PREDSTAVITEV SODOBNEGA STATIČNEGA PENETROMETRA................................................................................ 327 INTRODUCING THE MODERN STATIC PENETROMETER Matej Fischinger, Peter Fajfar: O POTRESNIH SILAH V PREDPISIH............................................................................................................................ 334 ON THE SEISMIC FORCES IN ASEIMIC CODES Jelena Srpčič, Mladen Houška: LEPLJENI LESENI LAMELIRANI NOSILCI V SPREMENLJIVI V LA G I........................................ 341 GLUED LAMINATED BEAMS IN CHANGING HUMIDITY CONDITIONS Glavni In odgovorni urednik: FRANC ČAČO VIČ Lektor: IRENA PUHAR - Tehnični urednik: DANE TUDJINA Uredniški odbor: SERGEJ BUBNOV, VLADIMIR ČADEŽ, VOJTEH VLODYGA, STANE PAVLIN, GORAZD HUMAR, IVAN JECELJ ANDREJ KOMEL, BRANKA ZATLER-ZUPANČIČ, JOŽE ŠČAVNIČAR, DR. MIRAN SAJE Revijo izdaja Zveza društev gradbenih inženirjev in tehnikov Slovenije, Ljubljana, Erjavčeva 15, telefon: 221 587. Žiro račun pri SDK Ljubljana 50101-678-47602. Tiska Tiskarna Tone Tomšič v Ljubljani. Revija izhaja mesečno. Celoletna naročnina, skupaj s članarino za člane društev znaša 30.000 din. Za študente in upokojence velja polovična cena. Naročnina za gospodarske naročnike za II. polletje 1989 znaša 250.000 din, za inozemske naročnike pa 50US$. Revija izhaja ob finančni pomoči Raziskovalne skupnosti Slovenije, Splošnega združenja gradbeništva in IGM Slovenije, Zveze vodnih skupnosti Slovenije, Zavoda za raziskavo materiala in konstrukcij Ljubljana in Fakultete za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo Univerze Edvarda Kardelja v Ljubljani. 40 LET ZAVODA ZA RAZISKAVO MATERIALA IN KONSTRUKCIJ LJUBLJANA Delavci Zavoda za raziskavo materiala in konstrukcij Ljubljana (ZRMK) praznujemo v letošnjem letu 40-letnico njegovega obstoja. Pred 40 leti je namreč vlada Ljudske republike Slovenije ustanovila Gradbeni inštitut, temelj sedanjega Zavoda, in mu naložila naslednje naloge: - raziskovati tehnično kakovost gradbenega materiala, surovin za proizvodnjo gradbenega materiala, gradbenih elementov in konstrukcij; - raziskovati in preizkušati nove vrste gradbenega materiala, gradbene elemente in konstrukcije; - raziskovati nove vire surovin za proizvodnjo gradbenega materiala, dajati predloge za standarde gradbenega materiala in gradbenih elementov; - preiskovati in dajati mnenja o kakovosti tal in načinu fundiranja za gradbene namene; - preučiti nove produkcijske metode v gradbeništvu in industriji gradbenega materiala doma in v tujini; - organizirati zbirke gradbenega materiala, gradbenih elementov in modelov gradbenih konstrukcij; - objavljati rezultate svojega dela. Z današnjega vidika lahko trdimo, da je b il program dela Gradbenega inštituta vizionaren. Izdelan je b il namreč v času, ko je bila osnovna naloga gradbenikov obnoviti domovino, porušeno m ed drugo svetovno vojno. Kljub temu je b il program aktualen še vseh naslednjiih 40 let, ko smo sprva gradili izredno intenzivno, nato pa, podobno kot na vseh ostalih področjih, začeli stagnirati. Gradbeni inštitut je sprva štel samo šest delavcev, kljub temu jim je uspelo do leta 1952 pridob iti novo stavbo v Dimičevi u lic i 12, jo oprem iti s kakovostno raziskovalno opremo in p ritegn iti k sodelovanju še približno 140 delavcev, m ed njim i tudi številne strokovnjake za posamezna področja. Istega leta je vlada Ljudske republike Slovenije razglasila Gradbeni inštitut za gospodarsko ustanovo s samostojnim financiranjem in z novim imenom - Zavod za raziskavo materiala in konstrukcij LRS. Vodstvo Zavoda se je g lede na omenjeni način financiranja zavedalo, da mora b iti delo Zavoda pomembno za vso gradbeno dejavnost. Delavci Zavoda so s projektanti, z izvajalci, s strokovnim nadzorstvom in z inšpekcijskim i službami tesno sodelovali p r i reševanju zahtevnih problemov, k i so se pojavili v praksi, svetovali kakovostnejše in bolj ekonomične rešitve te r sodelovali p r i oblikovanju zakonodaje. Tak način je utrdil mesto Zavoda v slovenskem in jugoslovanskem gradbeništvu, še več, terjal je stalno širjenje njegovih zmogljivosti. Tako se je sčasoma povečalo število delavcev, p ri čem er smo posebej pazili, da se je nenehno izboljševala kvalifikacijska struktura zaposlenih. V letu 1984 smo zgradili še prizidek s 4600 m 2 novih delovnih prostorov in s tem rešili prostorsko stisko. Večje težave smo imeli z raziskovalno opremo, saj so bile potrebe ves čas večje od možnosti za nabavo. Kljub temu lahko ugotovimo, da smo tud i tu sledili razvoju in da imamo solidno raziskovalno opremo, posebej glede na razmere p ri nas. Po 40 letih od ustanovitve ima Zavod status znanstveno-raziskovalne organizacije. Čeprav smo zadržali osnovne sm eri delovanja Gradbenega inštituta iz leta 1949, smo poslovni p redm et močno razširili in tako postali največja znanstveno-raziskovalna organizacija, ki deluje na področju graditeljstva v naši republiki. Na Zavodu je seda j zaposlenih približno 470 delavcev, od katerih jih ima 119 visokošolsko izobrazbo, magisterij ali doktorat znanosti, 16 višješolsko in 148 srednješolsko izobrazbo. Delo poteka v treh organizacijskih enotah: Inštitutu za materiale, Inštitutu za konstrukcije, gradbeno fiziko in sanacije ter v Inštitutu za geotehniko in ceste. Pri našem delu se prepletajo raziskovalna, svetovalna, razvojno-aplikativna in kontrolna dejavnost, kar nam hkrati omogoča razvoj in prenos rezultatov tega razvoja v prakso. Posebno pozornost posvečamo raziskovalnemu delu, ki je naša osnovna dejavnost in pod laga za vse ostale aktivnosti. Temu cilju prilagajamo tudi sistem kadrovanja in dodatnega izpopolnjevanja. Podatek, da 93 % dohodka ustvarimo z nalogami, k i jih neposredno naroči gospodarstvo, preostalih 7 % pa financira Raziskovalna skupnost Slovenije (spet posredno iz gospodarstva), kaže na tesno povezavo Zavoda z gradbeništvom in industrijo. Čeprav sta trenutno oba v krizi, pa le pričakujemo, da bo zmanjševanje obsega gradnje še povečalo interes graditeljev za iskanje racionalnejših rešitev in s tem tud i za sodelovanje z Zavodom. Razumljivo je, da po 40 letih uspešnega delovanja p rece j razmišljamo o usmeritvi Zavoda v prihodnje. Menimo, da moramo predvsem izpopolnjevati znanje na vseh področjih naše dejavnosti. Nadalje se bo treba preusmeriti na vsa tista področja, kjer bo m ogoče z boljšo organizacijo in kakovostnejšim i načini gradnje doseči ob minimalnih vlaganjih velike učinke racionalizacije. (Rezerve so po našem mnenju ogromne!) Med njimi je izredno pom em bno področje stanovanjske gradnje, kjer so kljub stagnaciji vložena ogromna sredstva, ki niso vedno optimalno izkoriščena. Zato nameravamo našo raziskovalno dejavnost še dopolniti, tako da b i v celoti zajeli področje stanovanjske gradnje, zagotavljali varnost, trajnost in ekonomičnost zgradb, v katerih bodo ugodni ter zdravi bivalni in delovni pogoji. Intenzivneje se bomo vključili tudi na področje prometne infrastrukture, kjer lahko s svojimi raziskovalnimi kapacitetam i p recej pripom orem o h gradnji kakovostnih in ekonomičnih prometnih objektov. Čeprav si že več kot deset le t prizadevamo, da b i družba spoznala velik pom en toplotne zaščite zgradb in pasivnega izkoriščanja sončne energije, še vedno nismo dosegli želenih rezultatov. Kljub temu bomo vztrajali še naprej, da b i tako pripom ogli k zmanjševanju porabe energije za ogrevanje zgradb. Intenzivno bomo razvijali nove materiale ter tehnologije in jih p rek pilotne proizvodnje v lastnih obratih razvijali do take mere, da bodo prim erni za predajo v proizvodnjo drugim delovnim organizacijam. Reševanje ekološke problematike je bilo doslej omejeno le na nekatera področja, kot so zaščita tal p od deponijami, zmanjševanje emisije snovi v okolico, zmanjševanje hrupa itd. Odločili smo se, da bomo to dejavnost razširili in tako s svojim delom pripom ogli k čistejšemu okolju. Predvsem si bomo prizadevali poiskati možnosti za učinkovito uporabo sekundarnih surovin. Svojo dejavnost bomo razširili tud i na področje dopolnilnega izobraževanja delavcev v gradbeništvu, ki bo zajemalo II. do VII. stopnjo. Splošna ugotovitev zaposlenih v gradbeništvu je namreč taka, da 'b rez izpopolnjevanja znanja na vseh ravneh ne bo mogoče slediti svetovnim usmeritvam in zagotavljati sodobne, kakovostne in ekonomične gradnje. Hkrati z navedeno akcijo se nameravamo na Zavodu pripraviti za opravljanje svetovalne, razstavne in informacijske dejavnosti. Realizacija vseh teh pobud pa n i odvisna samo od nas, temveč tudi od pom oči samega gradbeništva, ki te dejavnosti potrebuje. S Fakulteto za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo se pripravljamo na akcijo Evropa 92. Pri tem mislimo na uvajanje in uskladitev evropskih standardov, normativov in tehničnih predpisov s področja gradbeništva. Potrebovali bomo predvsem ustrezne kadre in opremo, da bomo sposobni izvajati preiskave za domače in tuje interesente po kriterijih navedene regulative. Avtor: direktor ZRMK; Borut Gostič, dipl. inž. gradb. TEHNOLOGIJA BETONOV S POUDARKOM NA VISOKOAERIRANIH DROBNOZRNATIH BETONIH VISOKOAERIRANI DROBNOZRNATI BETONI V GRADBENIŠTVU UDK' 691 322 EDVARD MALI, ANDREJ ZAJC, JANEZ GJURA st., JAKOB ŠUŠTERŠIČ, TOMO GEČEV, JADRAN KORLA POVZETEK V zadnjih petnajstih letih smo za potrebe našega gradbeništva in industrije gradbenih polizdelkov razvijali posebno zvrst pornih betonov z zelo velikim možnim razponom prostorninskih mas, od 300 do 2300 kg/m3. Ti betoni imajo specifično mikrocelično porno strukturo z večjo ali manjšo stopnjo tehnične neprepustnosti za tekočine in pline. Pore uvajamo v vezivo kot komponento betonov pri samem pripravljanju le-teh, in sicer ali po postopkih klasičnega aeriranja ali pa z vmešavanjem pene kot posebej pripravljene komponente. Tako pripravljene betone imenujemo visokoaerirane betone ali penobetone. Ti betoni so enostavni za pripravljanje ter imajo v svežem stanju zelo ugodne reološke karakteristike. V strjenem stanju uspešno združujejo ugodne sanitarno tehnične lastnosti opečnih izdelkov z dobrimi gradbenotehnološkimi in konstrukcijskimi sposobnostmi navadnih težkih betonov. Razširitev uporabe visokoaeriranih drobnozrnatih betonov je zato vsekakor utemeljena. HIGHLY AERATED SMALL-GRAINED CONCRETES IN THE CONSTRUCTION INDUSTRY SUMMARY Over the last fifteen years aerated concretes with a very wide range of weights from 300 to 2300 kg/m3 have been developed at ZRMK Ljubljana for the needs of Slovenia’s construction industry and industry of prefabricated building products. These concretes have a specific micro-cellular pore structure, which is to a greater or lesser degree permeable to liquids and gases. The pores are introduced into the binder component of the concretes during their actual preparation using either the usual methods of aeration, or else by the mixing in of foam as a separately prepared component. Concretes prepared in this way are called highly areated concretes, or foam concretes. They are easy to prepare, and in the freshly-mixed state they have very good rheological properties. When hardened they successfully combine the favourable internal-environmental properties of brick products with the excellent building-technological and structural properties of ordinary-weight concretes. The greater use of highly aerated small-grained concretes is thus well justified. 1.0. VISOKOAERIRANI BETONI KOT POSEBNA TEHNOLOŠKA ZVRST Visokoaerirani betoni so zvrst betonov z določenimi skup­ nimi specifičnimi osnovami in značilnostmi. Sestave in tehnološko-tehnične lastnosti ter namenska uporabnost so zelo različne. Avtorji: Edvard Mali, dipl. inž. gradb., razisk. svetnik - mag. Andrej Zajc, dipl. inž. fiz., razisk. svetnik - Janez Gjura, dipl. inž. gradb., razisk. svetnik - Jakob Šušteršič, dipl. inž. gradb., razisk. sodelavec - Tomo Gečev, dipl. inž. gradb., razisk. svetnik - Jadran Korla, dipl. inž. gradb., višji razisk. sodelavec Betone lahko nazivno razvrščamo po različnih vidikih. Privzemamo le najbolj splošno razvrstitev uporabljanih vrst betonov glede na prostorninsko maso in na nekatere strukturne značilnosti. Na tej osnovi bomo razvrstili obrav­ navane visokoaerirane betone. 1.1. SPLOŠNA SHEMATSKA DELITEV BETONOV GLEDE NA PROSTORNINSKO MASO IN NEKATERE ZNAČILNOSTI STRUKTURE Delitev glavnih vrst betonov iz zrnatih agregatov glede na prostorninsko maso je podana v shemi 1. Delitev različnih vrst betonov glede na njihovo prostorninsko maso Vrsta betonov Prostorninska masa betona kg/m3 A Lahki betoni Starejša opredelitev (1) 300 do 1600 Pogosta današnja opredelitev (7) 400 do 1800 Opomba k A: Delitve znotraj podanih razponov prostorninskih mas so zelo različne in jih ne navajamo; najbolj pogoste, vendar tudi zelo različne so delitve po prostorninskih masah in strukturnih značilnostih, ki hkrati opredeljujejo konstrukcijske in toplotnoizolacijske, eventualno še zvočnoizolacijske značilnosti oziroma uporabnosti. B Lažji betoni (3) Po masi oziroma teži so to »olajšani« navadni težki betoni v modifikacijah z določeno količino lahkih agregatov ali z zvišano stopnjo aeriranja ali z obojim hkrati. Obravnavamo jih bolj ali manj kot izjemno kategorijo. 1800 do 2300 C Težki betoni (1) C-1 Navadni težki betoni 2100 do 2500 C-2 Težki betoni z večjimi količinami peskov oziroma drobneje zrnati betoni 1800 do 2100 C-3 Težki betoni za masivne konstrukcije To so bolj ali manj posebne sestave betonov z izjemno grobimi ali s težjimi (eruptivnimi) agregati ali betoni s številnimi vključki kamenih kosov, lahko pa so tudi zelo grobozrnati prepaktni betoni. 2500 do 2800 D Zelo težki betoni (1) Betoni za posebne namene iz težkih agregatov (npr. baritni, magne- titni, železni agregati). 3000 do 5000 Shema 1: Lažji, težki in zelo težki betoni so po sestavi in vgrajenosti praviloma kompaktni in tehnično vodotesni. Glede agregatov so vezani na razme­ roma zelo stroge in enotne kriterije za kakovost materiala in na granulometrijske kriterije. Dopustne količine por nezgoščenosti so strogo omejene (0,5 do 3,0 vol. %). Ti betoni so lahko nearmirani ali armirani na več načinov. Za nekatere potrebe, npr. reološko tehnološke in/ali teh­ nično kakvostne so ti betoni neobvezno ali tudi obvezno aerirani v nižjih stopnjah (2 do 10 vol. %). Poroznost aeriranja je zaprtega tipa in je vgrajena v betonu v cementni glen (cement + voda + kemični dodatki v svežem stanju) oziroma v cementni kamen (hidratacijsko strjeni cementni glen - vezivna komponenta betona). Lažji betoni so po masi »olajšani« navadni težki betoni, ki so lahko tudi aerirani v višjih stopnjah. Če je v teh aeriranih betonih delež lahkih agregatov, so njihova zrna delni nosilec poroznosti betona, v primerih brez aeracije pa njen glavni nosilec. To poroznost betona imenujemo zrnska poroznost in je v teh izvedbah vedno zaprtega tipa. Lahki betoni so vsi porozni in jih zato imenujemo tudi porni betoni, navadno še s predoznačbo vrste por oziroma poroznosti. Armiranje teh betonov je omejeno oziroma odvisno od možnosti. Za te betone je močno aktualno mikroarmiranje, posebej še s sintetičnimi in z drugimi korozijsko neobčut­ ljivimi vlakni. Pore in porni sistemi so po strukturi in načinih tvorjenja zelo različni in imajo večjo ali manjšo stopnjo neprepust- nosti za tekočine in pline. Za te betone je značilna tudi raznovrstnost uporabljenih agregatov, ki pa niso obravna­ vani niti po enotnih kriterijih granulometrije niti kakovosti materiala. Za omenjene različne pore oziroma porne sisteme je značilno, da so ti lahko odprtega ali zaprtega tipa. V glavnem imamo opravka z medzrnsko in zrnsko poroznostjo obeh tipov in z umetno uvajano »celično« poroznostjo večinoma zaprtega tipa. Predvsem ta je značilna za obravnavane betone. Prednostno izbiramo čim bolj fino strukturo te poroznosti. V sveže betone oziroma v njihovo vezivno komponento jo vgrajujemo na različne načine, ki so tipični in navadno zajeti tudi v nazivih betonov. 2.0. OSNOVNE ZNAČILNOSTI SVEŽIH VISOKOAERIRANIH BETONOV (SESTAVA, PRIPRAVA, VGRAJEVANJE, REOLOŠKE LASTNOSTI) 2.1. MATERIALNA SESTAVA SVEŽIH VISOKOAERIRANIH BETONOV Osnovna skupna značilnost teh betonov je njihova poro­ znost z določeno strukturo, večinoma zaprtega tipa, in je vgrajena v vezivno komponento cementni glen oziroma cementni kamen. Dosegamo jo s postopki aeriranja, tj. uvajanja zračnih mikropor v sveži beton v določenih, pretežno višjih stopnjah. Redi velikosti teh stopenj so razvrščeni v območju od okrog 10 do 80 vol. % O zvišanih stopnjah aeracije govorimo zato, ker je v tehnologiji in tehniki navadnih težkih betonov aeriranje v nižjih stopnjah (2-10 vol. %) že splošno poznana in uporabljana modifikacija. Tipična postopka za uvajanje in vgrajevanje mikropornih sistemov v betone sta klasična tehnologija aeriranja beto­ nov z aeranti in tehnologija penobetonov oziroma peno- pornih betonov. Za obe tehnologiji je značilno, da uvajani porni sistemi temeljijo na fizikalnem penjenju tekočinskih kemičnih sredstev (ali aerantov ali penil) in da so porni sistemi obeh zvrsti strukturno oziroma funkcijsko medse­ bojno podobni in usklajeni. Obravnavani betoni so glede na pore in porne sisteme označeni kot aerirani betoni oziroma penobetoni. Prostorninske mase obravnavanih betonov se v program­ sko obvladljivih graduacijah razvrščajo v izredno velikem razponu, med 400 in 2200 kg/m3 ali tudi nekaj več. Glede na shemo 1 obsega ta razpon celotno območje lahkih betonov, skoraj celotno območje lažjih betonov in še razmeroma velik del območja tistih težkih betonov, ki jih v gradbeništvu, posebej še v visoki gradnji, največ uporab­ ljamo. Prostorninska masa, nazivna in dejanska, te betone pravzaprav definira in je zato element za njihovo nazivno enotno opredeljevanje. Nadaljnja bistvena in tipična značilnost obravnavane zvrsti betonov je ta, da za njihovo pripravljanje uporabljamo pretežno fino- in drobnozrnate agregate, ki so sicer lahko zelo različni po izvorih, vrstah in skupnih sestavah zrna- vosti. Največ se uporablja skupna sestava z največjimi zrni (Dmaks) med 0,5 in 4 ali 8 mm. Za določene rešitve pa je premer največjega zrna tudi do 16 mm ali več. Praviloma velja, da se za betone z manjšimi prostornin- skimi masami uporabljajo bolj finozrnati oziroma drobno­ zrnati agregati, za betone z večjimi prostorninskimi ma­ sami pa tudi bolj grobozrnati agregati (sl. 8). Uporabljajo se nedrobljeni agregati, manj pa drobljeni agregati in mešani peski oziroma kameni agregati. Za določene rešitve se uporabljajo tudi drugi naravni in/ali umetni agregati (ekspandirana glina, opečni drobirji, lahki naravni materiali, ekspandirani polistiren in drugo). Po- Presevkl ( f ) Slika 1. Diagram območja skupne zrnavosti agregata (orienta­ cijsko Dmak, = 1 do 8 mm) sebno primerna je uporaba lažjih agregatov s čvrstimi (trdnimi) zrni, ki omogoča, da pri sicer enakih prostornin- skih masah betonov dosežemo boljše mehanske in druge fizikalne lastnosti (npr. zvečana trdnost, vodotesnost). Organski materiali, razen navedenega polistirena, se do sedaj še niso uporabljali. Visokoaerirani betoni so tudi specifična zvrst za zelo različne arhitektonske namene, kajti z njimi pogosto dose­ gamo želene teksturne in barvne učinke na vidnih površi­ nah. V določenih izvedbah so porni betoni lahko tudi malte za ročno ali strojno ometavanje, zidanje, estrihe in podob­ no. V takih primerih izbiramo agregat glede na določen namen uporabe. Za cemente ter kemične in druge dodatke za te betone veljajo enaki vidiki kot za navadne težke in druge lahke betone. Prednostno uporabljamo hitreje strjujoče se cemente z večjimi začetnimi trdnostmi. V primerjavi z navadnimi betoni je količina cementov v pornih betonih na splošno nekoliko večja, v širšem območju je od 150 do 700 kg/m3, najbolj pogosto pa med 300 in 500 kg/m3. Izmed kemičnih dodatkov se največkrat uporabljajo plasti- fikatorji (navadni ali super), za določene potrebe tudi pospeševala ali zavlačevala hidratacije. Lahko pa dodajamo amorfni Si02 (mikrosiliko) kakor tudi sintetična ali kovinska vlakna za mikroarmiranje. Mikrosi- lika in vlakna imajo dobre indikacije in so delno že preizkušena, hkrati pa jih še intenzivno raziskujemo. Za določene rešitve je primerna tudi uporaba polimernih dodatkov. 2.2. PRIPRAVLJANJE TER VGRAJEVANJE VISOKOAERIRANIH BETONOV IN NJIHOVE REOLOŠKE LASTNOSTI Sveže visokoaerirane betone lahko pripravljamo v različ­ nih stopnjah plastičnosti, od tekoče oziroma livne konsi- Slika 2. Finozrnati visokoaerirani betoni z livno konsistenco in manjšo prostorninsko maso Slika 3. Drobnozrnati visokoaerirani betoni z mehko plastično konsistenco in večjo prostorninsko maso stence (sl. 2), ki se največ uporablja, do plastične in trdoplastične oziroma glineno gnetne konsistence (sl. 3). Stopnje trdoplastične konsistence je mogoče dosegati predvsem pri betonih z večjimi prostorninskimi masami. Tehnologija in tehnika pripravljanja visokoaeriranih beto­ nov in ravnanje (manipuliranje) z njimi pred vgrajevanjem in med njim sta podobni tehnologiji in tehniki za navadne betone. Črpna sposobnost pornih betonov tudi pri sicer numerično ustreznih konsistenčnih stopnjah ni vnaprej dana in mora biti za posamezne sestave določena s preizkusi, za določene sestave pa sploh ni dosegljiva. Na splošno so najbolj primerne rotacijske in polžne črpalke. Visokoaerirani betoni v glavnem sploh niso nagnjeni k mikro- ali makrorazmešanju in so dobro vododržni (nizek „bleeding”), lahko zgostljivi ter obdelavni na več načinov. Ti betoni se enostavno vgrajujejo bodisi neposredno na objektih, torej na mestu grajenja, bodisi na mestu pred- izdelave (prefabrikacije). Za vgrajevanje v opaže in kalupe je odločujoča solidnost njihove izdelave, posebej še glede zanesljive vodotesnosti. Pogosto lahko te betone vgrajujemo neposredno samo z litjem brez vibriranja, v določenih primerih pa z lažjimi vibracijami s šokom ali z razprostiranjem in zaglajevalno obdelavo. Visokoaerirane betone lahko enostavno pola­ gamo na vodoravne in tudi na precej nagnjene površine (estrihi, obloge, naklonski betoni). Ročno ali strojno se dobro nametavajo na podlago, tudi navpično, in se z njo dobro sprijemajo (ometi). Ocenimo lahko, da se stroški pri visokoaeriranih betonih glede na materialno sestavo in deloma tudi glede na pripravljanje v primerjavi z navadnimi težkimi betoni le malo zvečajo. Te stroške povrnemo in presežemo že z izboljšavami reoloških lastnosti svežih betonov in s poenostavitvami pri betonarskih delih. 3.0. TEHNIČNE LASTNOSTI STRJUJOČIH SE OZIROMA STRJENIH VISOKOAERIRANIH BETONOV IN NJIHOVA VEČNAMEMBNOST Strjujoči se in strjeni visokoaerirani betoni so glede tehnič­ nih lastnosti zelo različni. Njihove lastnosti so odvisne: - predvsem od prostorninske mase betona, ki je odvisna od količine mikropor aeracije, - pri enakih prostorninskih masah še od kakovosti ter količine agregata in cementnega kamna. 3.1. MEHANSKO-FIZIKALNE LASTNOSTI 3.1.1. Tlačne trdnosti visokoaeriranih betonov, ki jih lahko razvrščamo v korelaciji s prostorninsko maso (y), realno dosegajo vrednosti med 1 in 35 MPa (y = 600 do 2200 kg/m3). Večje vrednosti so dosegljive s posebnimi in z dražjimi modifikacijami (sl. 4 in 5). Slika 4. Odvisnost mehanske (tlačne In upogibno-natezne) trdnosti visokoaeriranih betonov od prostorninske mase In starosti (M P a X 10 3) prostorninska masa Ocg/ô j Slika 5. Rezultati alternativnih preiskav litih visokoaeriranih betonov tekoče konsistence v korelaciji: prostorninska masa - količina cementa - tlačna trdnost 3.1.2. Upogibno-natezne trdnosti znašajo pri visokoae­ riranih betonih okoli 10 do 25 % vrednosti njihovih tlačnih trdnosti, če so betoni mikroarmirani pa bistveno več. 3.1.3. Vrednosti modula elastičnosti (E) pornih beto­ nov se gibljejo za visokoaerirane betone v odvisnosti od prostorninske mase (y) in tlačne trdnosti (ßp) v območju med 1500 in 20.000 MPa. Okvirno velja relacija: E = 0,05 • v15 • ß°'5 MPa. Ocenjujemo, da so v primerjavi znavadnimi težkimi betoni pri enakih tlačnih trdnostih vrednosti modulov elastičnosti visokoaeriranih betonov precej manjše, in sicer za okrog 30 do 50 %. 3.2. GRADBENO TEHNIČNE IN SANITARNO TEHNIČNE FIZIKALNE LASTNOSTI 3.2.1. Tehnična vodotesnost in z njo tudi sposobnost betona za protikorozijsko zaščito armature sta brez poseb­ nih modifikacij dosegljivi le pri betonih z večjimi prostornin- skimi masami. V grobem upoštevamo kriterij, da mora biti prostorninska masa najmanj 1400 kg/m3 ali več. Indicirana je značilnost visokoaeriranih betonov, da struktura poroznosti aeracije prehaja iz prepustne strukture v vodotesno približno v območju prostorninskih mas med 1200 in 1500 kg/m3. 3.2.2. Vpijanje vode je pri visoko aeriranih betonih prav tako odvisno od prostorninske mase (y). To lastnost vrednotimo v gradbeno tehničnem in sanitarno tehničnem pogledu. Za betone, izpostavljene vpijanju vode po predhodni osušitvi pri 105°C, so značilni rezultati: pri y med 900 in 600 kg/m3 je vpijanje od okrog 30 do 40 m-% in pri y med 1800 in 1200 kg/m3 od okrog 10 do 20 m-%. 3.2.3. Dobra zmrzlinska obstojnost visokoaeriranih be­ tonov je odvisna že od njihove mikroporoznosti in je njihova tipična lastnost. Betoni s prostorninskimi masami nad 1000 kg/m3, pre­ iskani po standardu ASTM C 666, tudi pri zelo velikem številu obremenilnih ciklusov zmrzovanja in odtaljevanja (prek 200, tudi do 600) niso pokazali zmrzlinskih poškodb. 3.2.4. Difuzijska prepustnost v sicer različnih, vendar na splošno zvišanih stopnjah, je prav tako značilna lastnost visokoaeriranih betonov. Glede na meritve se vrednosti koeficienta difuzijskega upora v določeni korela­ ciji s prostorninsko maso betona gibljejo med n = 5 do 25 (za zid iz polne opeke znaša vrednost p. = okrog 10). Difuzijsko prepustnost na splošno vrednotimo kot ugodno sanitarno tehnično lastnost določenih gradbenih materia­ lov. To velja tudi za visokoaerirane betone. V določenih primerih je treba difuzijsko prepustnost pre­ verjati in vrednotiti tudi v obratnem smislu, namreč z vidika morebitnih negativnih vplivov, kot so: pospeševanje ali povečevanje stopnje karbonatizacije cementnega kamna, prevajanje eventualnih - za beton ali armaturo - agresiv­ nih oziroma destruktivnih par in plinov itd. Če so taki vplivi mogoči, potem doseganje ustrezne tehnične vodotesnosti visokoaeriranih betonov še ne zagotavlja ustrezne protiko- rozijske zaščite armature. 3.2.5. Dinamika emisije vlage, tj. osuševanja, je pri visokoaeriranih betonih na splošno dobra, kar je pomemb­ no tako v gradbenem kakor tudi sanitarno tehničnem pogledu. Je pa izrazito odvisna tudi od lastnosti zrn agregata v betonu. 3.2.6. Vrednosti koeficientov toplotne prevodnosti X, ki so tipičen sanitarno tehničen pokazalnik, se prav tako primarno razvrščajo v odvisnosti od prostorninske mase betonov (y). Za območje y - 400 do 1800 kg/m3 so te težkimi betoni so te deformacije precej večje in se lahko vrednosti v območju 0,15 do 0,65 W/mK (sl. 7). povečajo tudi do dvakrat. Velja pripomniti, da se vrednosti \ lahko precej spremi­ njajo pri sicer enakih prostorninskih masah (y). Te spre­ membe so odvisne predvsem od strukture poroznosti oziroma finosti zračnih por in tudi od mineraloške zgradbe zrn agregatov. 0.70 0.60 0.50 0.60 0.30 0.10 600 800 1200 1600 1800 tki hN -< 4-3m -PO Prostominska masa (kg/nß) Slika 7. Splošno označena odvisnost vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti \ visokoaeriranih betonov od prostor- ninske mase betona in krivulje toplotnega odpora R za različne debeline betonskih elementov 3.3. DEFORMACIJSKE ZNAČILNOSTI Glede deformacijskega obnašanja so visokoaerirani be­ toni v primerjavi z drugimi značilnostmi deloma manj primerni za uporabo na nekaterih področjih in so bolj zahtevni za ustrezne tehnične rešitve. Mišljene so tehno­ loške in napetostne deformacije. To so krčenje v fazah strjevanja in osuševanja (sl. 8), hipne deformacije ob obremenitvah in lezenje (tečenje) pri trajnih obremenitvah v strjenem stanju. Navedene deformacije so glede na red velikosti odvisne od prostorninske mase (y) betona, s povečevanjem y se zmanjšujejo, in tudi od razmerij količin in lastnosti uporab­ ljenih osnovnih materialov. V primerjavi z navadnimi Povečana »deformabilnost« visokoaeriranih betonov z vidika tehnične obvladljivosti sicer ni kritična, je pa vendar lahko problematična. Za posamezne vrste visokoaeriranih betonov in njihove tehnične rešitve mora biti morebitna problematičnost pravilno opredeljena s preiskavami ter strokovnimi presojami in upoštevana pri tehničnih reši­ tvah. Zmanjšanje »deformabilnosti« visokoaeriranih betonov, posebno še tehnološkega krčenja, intenzivno preiskujemo pri nas in tudi drugod. Indikacije kažejo, da bo mikroarmi- ranje, ki je sicer aktualno predvsem z vidika izboljšanja mehanskih lastnosti visokoaeriranih betonov, morebiti tudi ena od učinkovitih modifikacij za izboljšanje deforma­ cijskih lastnosti teh betonov. Posebej za tehnološke defor­ macije (krčenje) so aktualne druge modifikacije. 3.4. VEČNAMEMBNOST VISOKOAERIRANIH BETONOV Visokoaerirani betoni so tipično in hkrati specifično večna­ mensko gradivo, ki močno spreminja in olajšuje tudi tehnologijo dela. 3.4.1. Splošna delitev namembnosti visokoaeriranih betonov Tudi ta delitev se nanaša na prostorninske mase (y). Visokoaerirani betoni so nearmirani in armirani. Visokoaerirani betoni so: - nekonstrukcijski betoni, ki so predvsem toplotnoizolacij- Slika 8. Rezultati preiskav krčenja litih visokoaeriranih beto­ nov tekoče konsistence v odvisnosti od prostorninske mase, količine cementa in vrste agregata (navadni in lahki agregati) do starosti 90 dni ski, uporabljani pa so tudi kot polnilni, izravnalni, obložni, naklonski betoni (y pretežno med 400 in 1000 kg/m3); - toplotnoizolacijski ter izolacijsko-konstrukcijski in obložni betoni (y pretežno med 800 in 1600 kg/m3); - konstrukcijski betoni z izboljšanimi reološkimi lastnost­ mi v svežem stanju in z izboljšanimi toplotnoizolacijskimi lastnostmi v strjenem stanju (y nad 1500 kg/m3); - kot nametavane ali brizgane malte za ometavanje in tudi kot malte za zidanje - za izboljšanje reoloških lastnosti v svežem, strjujočem se in strjenem stanju ter za izboljšanje sanitarnih in obstojnostno tehničnih lastnosti v strjenem stanju (y pretežno 800 do 2000 kg/m3). 3.4.2. Področja uporabe visokoaeriranih betonov Visokoaerirane betone lahko uporabljamo na vseh pod­ ročjih gradbeništva: za visoko in nizko gradnjo ter za hidrotehnične gradnje. Posebej so uporabni v obrtniški, polindustrijski in industrijski predizdelavi. Visokoaerirani betoni se v posebnih modifikacijah uporab­ ljajo kot specifični arhitektonski, restavratorski, reproduk­ cijski in sanacijski material. Posebej značilna je njihova uporaba za dekorativne učinke, če npr. prirejeno in naravno barvano notranjo strukturo odpiramo z rezanjem, brušenjem, s peskanjem, z retardiranjem, s pranjem in z lomljenjem. Visokoaerirani betoni v določenih območjih prostorninskih mas bolj ali manj optimalno združujejo: - ugodne sanitarno tehnične lastnosti, ki so sicer značilne za zidane opečne izvedbe oziroma za kakovostno žgane glinene izdelke (teža, toplotna izolativnost, ugodje ob dotiku, difuzijska sposobnost) in pa - odlične tehnološke in tehnične lastnosti oziroma spo­ sobnosti, ki so sicer značilne za navadne težke betone (tehnologija pripravljanja in vgrajevanja, dobre mehanske lastnosti, dobra odpornost, nearmirane in armirane izved­ be). 4.0. NAMEN IN POMEN UPORABE VISOKOAERIRANIH BETONOV V GRADBENIŠTVU 4.1. DOSEDANJI RAZVOJ VISOKOAERIRANIH BETONOV IN NJIHOVE UPORABE Visokoaerirani betoni so po svetu že poznani in uporablja­ ni. Prvi podatki o njihovi uporabi so iz obdobja tridesetih let, širše pa so se razvili po drugi svetovni vojni. Iz tega obdobja so tudi znane posamezne rešitve in uporabe pri nas. To zvrst betonov pa intenzivneje razvijamo in uporab­ ljamo v zadnjih dvajsetih letih. Ta razvoj je bil ob vključe­ vanju tudi tujega znanja nadaljevanje predhodnega na­ šega razvoja lahkoagregatnih betonov. Razvoj in uporaba visokoaeriranih betonov sta pri nas prerasla razvoj in uporabo lahkoagregatnih betonov in se uveljavila na širšem področju betonarske tehnologije in tehnike. Dejansko pa je še vedno aktualna in želena že omenjena uporaba kakovostnih lahkih agregatov tudi za visokoaerirane betone. Pri uporabi visokoaeriranih beto­ nov je tudi večja možnost uporabe cenenih fino- in drobnozrnatih peskov, ki jih imamo na voljo v velikih količinah. Na podlagi dosedanjega razvojnega dela že imamo ustre­ zne lastne inženirske izkušnje in tehnološko-tehnične rešitve. Imamo pa tudi že domače naprave in pomožne materiale, ki so potrebni za pripravljanje in tehnično uporabo visokoaeriranih betonov. 4.2. AKTUALNOST NADALJNJEGA RAZVOJA VISOKOAERIRANIH BETONOV KOT ENEGA GLAVNIH MINERALNIH GRADIV SODOBNEGA GRAJENJA Današnja razmeroma zelo visoka raven stanja betonarske ter gradbeniške tehnologije in tehnike kakor tudi doseže­ nega znanja in tehničnih možnosti, posebej pa še objek­ tivne potrebe na področju gradbeništva, usmerjajo nadalj­ nji racionalni razvoj na tem področju. Prav visokoaerirani betoni so zaradi množinske in pravilne uporabe naravnih in predelanih mineralnih gradiv ena od aktualnih in realnih osnov tega razvoja. Objektivno je utemeljena ocena, da so ti betoni zaradi izjemno širokega spektra raznovrstnosti oziroma programsko obvladljive alternativnosti modifikacij sploh nepogrešljivo in izredno pomembno izhodišče za nadaljnji razvoj gradbeništva in gradbeniške industrije oziroma urbanega grajenja sploh. To še posebej velja za visoko gradnjo in za betonarsko predizdelavo (prefabrikacijo). V zvezi z oceno o pomenu in neizogibnosti uporabe visokoaeriranih betonov v nadaljnjem razvoju gradbeni­ štva so podana nekatera izhodišča, dopolnjena še s kratkim povzetkom ocene, napravljene v tujini. Poleg nakazane raznovrstnosti visokoaeriranih betonov je temeljnega pomena že navedena skupna značilnost teh betonov, to je, da optimalno združujejo ugodne in za bivalno klimo bistvene značilnosti opečnih izdelkov in izvedb ter odlične konstrukcijske kakor tudi gradbenoteh- nološke in tehnične značilnosti navadnih težkih betonov. Za opečne izdelke in izvedbe vemo, da so z vidika tehnologije in tehnike grajenja manj primerni in zato tudi razvojno manj spodbudni. Vendar pa so to najstarejše tehnološke rešitve, ki jih človek uporablja že nekaj tisoč­ letij. Njihova sanitarno tehnična primernost je gotovo odločujoči vzrok, da se ti materiali in izvedbe kljub hitremu in drugače usmerjenemu razvoju gradbene tehnologije in tehnike uporabljajo še danes. Po drugi strani imamo navadne težke betone, ki so v določenih sanitarno tehničnih pogledih neprimerni in za mnoge namene kar težko sprejemljivi. Vendar so ti mate­ riali in izvedbe pri še ne sto petdesetih letih uporabe danes najbolj razširjeno gradivo. Vse kaže, da bodo to tudi ostali. Prej navedene dobre značilnosti so prevladu­ joče in enostavno še niso nadomestljive. Kljub tolikšnemu pomenu in tako velikemu obsegu graje­ nja z navadnimi težkimi betoni vendarle ugotavljamo prevelik obseg usodne zgrešenosti ne vedno dovolj premi­ šljene množinske uporabe teh materialov. Taka zgreše- nost se največkrat kaže prav v njihovi sanitarno tehnični neustreznosti, zelo pogosto pa tudi v nepotrebni in nera­ cionalno visoki stopnji mehanskih trdnosti in armiranja. Prav slednje je zelo moteče pri rekonstrukcijah in adapta­ cijah oziroma revitalizaciji in namembnosti prerazporejanj starejših objektov, ki so zgrajeni iz teh betonov. Dejstvo je, da se s to problematiko soočamo v vedno večjem obsegu in da bo čedalje bolj odločujoča v vsakdanji gradbeniški dejavnosti. Betonarska gradnja se bo vsekakor nezadržno uporabljala še naprej, drugih enakovrednih možnosti tudi ni. Z vso strokovno odgovornostjo in družbeno zavestjo pa moramo pri tem vendarle upoštevati, da je za določena področja neobhodno potreben modifikacijski tehnološki in tehnični razvoj, ki je v danih okolnostih tudi realno izvedljiv. Na podlagi sedanjih spoznanj se že lahko odločamo za množinsko in razširjeno uporabo visokoaeriranih betonov na nekaterih področjih. Zato naj bi pospešeno preverjali in obdelali še nadaljnje potrebne modifikacije teh betonov. Nakazali smo modifikacije z mikroarmiranjem, z uporabo mikrosilike in kakovostnih lahkih agregatov in morebiti tudi z uporabo polimernih materialov. Navedene modifikacije so upoštevane na podlagi že razmeroma trdnih indikacij, da bi z njimi dvignili dosegljivo raven mehansko-fizikalnih in reoloških značilnosti strjenih pornih oziroma visokoaeriranih betonov ter razširili tudi spekter in zanesljivost klasičnega armiranja (tudi predna- penjanja). Obdelati pa je treba tudi ekonomske pokazalni- ke, za klasično armiranje (in prednapenjanje) pa tudi vse kriterije in pogoje. Za objektivno presojo tudi tehnično-ekonomsko uteme­ ljene uveljavitve grajenja z visokoaeriranimi betoni naj bi bila njihova uporaba vrednotena za pogoje, ki izključujejo obremenjenosti, izhajajoče iz izjemnosti, ko visokoaeri- rane betone pripravljamo oz. uporabljamo v pogojih, ki so v primarnem smislu prirejeni za navadne težke betone. Dejstvo je, da sta v razmerah današnje popolne miselne in interesne preokupacije prevladujoči klasična tehnologija in tehnika navadnih težkih betonov, tehnologija in tehnika visokoaeriranih betonov pa se le težko uveljavljata. Množinska sistemska izvedba in uporaba pornih betonov na določenih področjih gradbeništva pomenita odločno prestrukturiranje širokega tehnološkega, tehničnega in ekonomskega kompleksa. Gre za precejšnje spreminjanje tehnologije dela in postopkov ter različnih rešitev na relacijah »surovine - osnovni materiali - betonarske proizvodnje in predizdeiave - grajenje« in vzporedno še na relaciji »projektiranje - grajenje«. Projektiranje je mišljeno kot kompleksna aktivnost urejanja urbanega grajenja. Za konec posebej navajamo publikacijo (4) (naslov v prevodu: Tehnologija betona - stanje in bodoče naloge), katere avtor je prof. dr. inž. A. Meyer, takratni direktor Centra za raziskovanje in svetovanje družbe Heidelberger Zement AG, ene največjih proizvajalk cementa v ZR Nemčiji. Publikacijo citiramo zato, ker jo je v ZRN mogoče vrednotiti kot odločujočo oceno stanja in bodočega razvoja tehnologije betona. Avtor med drugim navaja sedem, po njegovi oceni glavnih usmeritev bodočega razvoja tehnologije betonov: 1. izboljšanje tehnologije trdoplastičnih betonov, 2. razvoj livne tehnologije, 3. izkoristek možnosti z uporabo dodatkov za betone, 4. uvajanje drobljenih kamenih in umetnih agregatov, 5. izboljšanje obstojnosti oziroma trajnosti betonov, 6. razširitev uporabe lahkih betonov*, 7. poenostavitev zagotavljanja kakovosti. Pri razširitvi uporabe lahkih betonov* so mišljeni izrecno drobnozrnati penoporni betoni, to so visokoaerirani betoni. Avtor pri tem nadalje navaja kot aktualne modifikacije z mikroarmiranjem oziroma domneva primernost uporabe penopornih betonov v kombinacijah z nosilnimi plastmi oziroma vložki in oblogami iz mikroarmiranih betonov, sintetičnih materialov in kovin. 5.0. NEKATERI PRIMERI RAZVOJNE OBDELAVE IN TEHNIČNE UPORABE VISOKOAERIRANIH BETONOV 5.1. FASADNE OBLOGE (PLOŠČE IN ZIDAKI) IZ LITEGA VISOKOAERIRANEGA BETONA (že na tržišču, lasten razvoj Inštituta za materiale ZRMK, proizvodnja v sodelovanju z DO Marmor, Hotavlje) Fasadne obloge so razvite z namenom, da se kamnite in tudi druge uporabljane arhitektonske fasadne obloge nadomestijo z oblogo iz lahkega visokoaeriranega betona. Obloga je lepa na pogled ter funkcionalna in obstojna na objektu. Iz visokoaeriranega lahkega betona (prostominska masa od 1600 do 1700 kg/m3), ki je v livni konsistenci s prirejeno kombinacijo izbranih osnovnih materialov, posebej še agregatov, se po posebnem livnem postopku (nevibracij- sko) izdelajo bloki izbranih velikosti in oblik. Po strditvi in razopaženju se bloki kamnoseško razžagajo v plošče ali zidake želenih dimenzij. Na ta način dobimo odprto notranjo strukturo betona kot vidno površino, ki jo prire­ jamo vsakokratnim arhitektonskim in drugim zahtevam projekta. S ploščami se gradijo obešene (montirane), z zidaki pa zidane fugirane ozračene fasadne obloge zidanih ali betonskih objektov, ki so predhodno ustrezno toplotno izolirani. Z navedenimi rešitvami se pri primerni ceni dosegajo želena dekorativnost in barvitost, lep videz in eleganca fasade ter njena potrebna funkcionalnost in odpornost. Različni materiali, to so predvsem agregati, ki so v posameznih ožjih ali širših regijah vedno in skoraj povsod na voljo, dajejo možnosti za alternativne rešitve izdelave in grajenja fasad. 5.2. STREŠNIKI IZ LITEGA VISOKOAERIRANEGA BETONA Strešniki so inovacija glede materialne sestave in tehnične kakovosti ter glede tehnologije proizvodnje in uporabe. Poskusna tržna proizvodnja se že uvaja. Po tehnologiji izdelave je možna proizvodnja kakovostnih in zelo preciznih strešnikov, ki imajo lahko zelo različne programsko izbrane geometrične oblike, težo in barvo. Vse to je mogoče doseči v istem tehnološkem procesu, le z menjavo kalupov in osnovnih materialov oziroma sestave betona. Za tehnologijo izdelave strešnikov je značilno vgrajevanje betona v kalupe po prirejenem kon- traktorskem postopku litja brez vibracijske obdelave zaradi kompaktiranja (16). Liti visokoaerirani beton je po sestavi prirejen tako, da z zaprto mikroporozno strukturo uspešno združuje dobre tehnične lastnosti navadnega betona in kakovostne opečno žgane gline. Z optimizacijo kombinacije prostor- ninske mase betona in geometrične oblike strešnika je mogoče dosegati majhne mase (teže) kritine iz strešnikov za enoto površine (m2), ki je enaka ali tudi manjša od mase opečnih strešnikov oziroma kritine iz takih strešni­ kov. Tehnične karakteristike in kakovost strešnikov omogočajo hitro, lahko in kakovostno pokrivanje, glede na obliko strešnika tudi v naklonih strešin do 18°, za kar se sicer uporabljajo druge vrste kritin. Z ustrezno urejenostjo strjevanja vgrajenega betona in razkalupljanja ter paletiranja strjenih strešnikov in z vsem prej povedanim je podan specifični proizvodni sistem z določeno kakovostno in količinsko zmogljivostjo, ki pa se sicer bistveno razlikuje od doslej uporabljanih sistemov. Sistem je tehnološko fleksibilen in tudi gospodarno upora­ ben za proizvodnjo. Povečevanje proizvodnih zmogljivosti je lahko postopno. V sedanji razvojni fazi je za sistem značilen še razmeroma velik delež ročnega dela. 5.3. NEKATERI PRIMERI IZDELKOV IZ VISOKO- AERIRANIH BETONOV V BETONARSKIH PREFABRIKACIJAH Navedene izdelke za tržne potrebe razvijajo in tekoče proizvajajo v nekaterih podjetjih oziroma njihovih betonar- skih obratih, s katerimi Inštitut za materiale oziroma ZRMK poslovno in strokovno sodelujeta. To so v glavnem izdelki, ki so jih prvotno izdelovali iz navadnega težkega betona ali druge vrste lahkih betonov (npr. betoni iz ekspandirane gline), kasneje pa iz visokoaeriranega ozi­ roma lahkega penobetona. 5.3.1. Program »Etažni sanitarni bloki«, »SIGMA«, Zabukovica/Žalec Ločeno sanitarne in kuhinjske stene ter kombinirane sanitarne-kuhinjske stene različnih izvedb iz armiranega litega visokoaeriranega betona s prostorninsko maso okoli 1700 kg/m3 (z vgrajenimi instalacijami za različne namene). 5.3.2. Program »Finalizirane sanitarne kabine za vgrajevanje«, GORENJE IMO, Lendava Kompletno (na ključ) finalizirane sanitarne kabine za vgrajevanje različnih izvedb in tipov. Večfazno lite kon­ strukcije iz armiranega visokoaeriranega betona s prostor­ ninsko maso okoli 1700 kg/m3 (debelina stenskih, stropnih in talnih plošč 5 cm). Kabine so originalni in izredno kakovostni izdelki z dobro funkcionalno izvedbo. Proizva­ jalec se z njimi uveljavlja tudi na zahtevnem zahodnoe­ vropskem tržišču, zanje pa je dobil že tudi več priznanj. 5.3.3. Program »Notranja in zunanja oprema«, IGM GRADNJA, Žalec - Oprema za kampe, parke in vrtove iz nearmiranega in delno armiranega litega visokoaeriranega betona s pro­ storninsko maso od 1600 do 1700 kg/m3. - Notranji kamini - pretežni del sestavnih elementov je iz litega visokoaeriranega betona s prostorninsko maso od 1600 do 1700 kg/m3. - Schiedel - etažni dimnik; izvedba z visokoaeriranim betonom posebne sestave s prostorninsko maso 1600 kg/m3 (agregati: opečni zdrob + naravni drobni pesek). 5.3.4. Program »Montažne hišice in lope za različne namene«, STANDARD OPERATIVA, Ljubljana Montažne hišice za različne namene s fleksibilno tlorisno velikostjo (fleksibilnost v vzdolžni smeri). Montažni ele­ menti iz klasično armiranega litega visokoaeriranega be­ tona s prostorninsko maso 1650 kg/m3. Elementi po pravilu ne presegajo teže 50 kg in nimajo večje dimenzije od 2,50 m. 5.4. OBLOGA AKUMULACIJSKEGA BAZENA HE LOMŠČICA Investitor ELEKTRO GORENJSKA, Kranj; projektantska dela IB ELEKTROPROJEKT, Ljubljana; izvajanje gradbe­ nih del SGP GRADBINEC, Kranj; soprojektiranje, raziska­ ve, preizkusi in preiskave, tehnologija betona, geomeha­ nika in soizvajanje gradbenih del ZRMK Ljubljana, za geomehaniko tudi FAGG Ljubljana Pri izgradnji navedenega objekta je pri nas prvič uvedena in tudi uspešno realizirana uporaba visokoaeriranega drobnozrnatega betona (penobetona) v tehnično-sistem- ski rešitvi za gradnjo dilatirane vodotesne in zmrzlinsko izredno odporne obloge akumulacijskega bazena v za­ htevni hidrotehnični gradnji. Beton je uporabljen v modifi­ kaciji ojačitve s polipropilenskimi vlakni. Po naših izkušnjah in ocenah uporabe visokoaeriranih drobnozrnatih betonov na različnih mestih, še posebej pri gradnji zaščitnih protierozijskih oblog večjega obsega v Iraku (ZRMK-SCT-GRADIS), smo v Inštitutu za materiale na ZRMK razvili temeljne tehnično-tehnološke in sistem­ ske zasnove. Dela so bila nato izvedena po vsestranskih predhodnih pripravah, ki so obsegale tudi izgradnjo posku­ snega polja zaradi preizkusa tehnologije grajenja in si­ stemskih rešitev izvedbe obloge. Z gradnjo samo ter z vsemi predhodnimi in poznejšimi preiskavami ter ocenami smo potrdili ustreznost uporabe navedene vrste betona tudi v zahtevnih hidrotehničnih gradnjah. To se nanaša predvsem na gradnje tehnično vodotesnih in v visokih stopnjah zmrzlinsko odpornih hidrotehničnih oblog za kanale, bazene, če obloge niso izpostavljene močnejšim mehanskim učinkom hidrodina­ mične abrazije - erozije. Pri izboru navedene vrste in sestave betona smo izhajali predvsem iz vrednotenja njegovih izrazito ugodnih reolo- ških lastnosti v svežem stanju, na podlagi česar so bile dosežene olajšave in poenostavitve v transportu ter pri njegovem vgrajevanju in obdelovanju (14 in 15 ter 17, 18, 19 in 20). 5.5. RAZLIČNA PODROČJA SPECIALNIH APLIKACIJ VISOKOAERIRANEGA BETONA OZIROMA PENOBE- TONA - Rekonstrukcije in prenove (zalivanje obokov, litje različ­ nih elementov, posebej še reprodukcije različnih arhitek­ tonskih in drugih figuralnih elementov, malte za polnjenje in za različne omete). - Naklonski betoni na ravnih strehah. - Zaščitne (protierozijske) obloge za različne namene v nizki gradnji in hidrotehničnih gradnjah. Navedene specialne aplikacije izvajamo samostojno za investitorje ali za izvajalce določenih gradbenih del (novih gradenj, rekonstrukcij ali prenov) ali kot kooperanti stro­ kovnih uslug in specialnih del. 5.6. POMOŽNA OPREMA IN MATERIALI ZA TEHNOLOGIJO VISOKOAERIRANIH BETONOV OZIROMA PENOBETONOV Na podlagi lastnega razvoja izdelujemo za lastne in tržne potrebe pnevmatične aparature za pripravljanje pene in penila, ki ga tudi proizvajamo v polindustrijskem obsegu in pripravljamo za prenos v industrijsko proizvodnjo. Sami in v sodelovanju z industrijo razvijamo ter uvajamo proizvodnjo in uporabo kovinskih in sintetičnih vlaken za mikroarmiranje visokoaeriranih betonov ter drugih beto­ nov in malt (12, 14 in 15 ter 17, 18, 19 in 20). LITERATURA 1. A. Hummel: Das Beton-ABC, 12. izdaja 1959, Verlag von Wilhelm u. Sohn, Berlin 1959. 2. E. Mali, T. Gečev: Mikroaeriranje kot element zgradbe in oblikovanja lastnosti lahkih betonov iz ekspandiranih glin, Gradbeni vestnik, 24 (april 1975) 4, Informacije ZRMK 175. 3. E. Mali, J. Korla, T. Gečev, A. Štefančič, A. Flis: Informacija o razvojnim ispitivanjima lakih betona na bazi ekspandiranih agregata (keramzit), sitnih pesaka, plastifikatora, aeranata i penušavca u ZRMK, Savetovanje aktuelni problemi savremene tehnologije betona i primena novih materijala u građevinar­ stvu, SDGIT Beograda, Beograd 14.-16. 11. 1979, Zbornik referatov, knjiga II, S. 37-63. 4. A. Meyer: Betontechnologie - Stand und Zukunftsaufgabe, Heidelberger Zement AG, Zement + Betonberichte, Heft 7 (Sonderdruck iz »HOCH und TIEFBAU«, Heft 6/1982), Kluwer Verlagsgrupe GmbH, München. 5. P. Nischer: Schaumbeton, Betonwerk + Fertigteil-Technik, Heft 3/1983, S. 148-154. 6. V. Ukrainčik, Z. Rak: Laki betoni od ekspandiranog polistirena, Građevinar 38 (1986) 8, 307-317, Zagreb. 7. B. Katić: Prefabricirani elementi od plinobetona za graditeljske konstrukcije, Izolacioni termo blok - novi prefabricirani elementi u graditeljstvu, Stručno savjetovanje Prefabrikati u zgradarstvu, Pula 18. i 19. 9. 1986, Založba »Porobeton« Pula, Zbornik, S. 190-214. 8. D. J. Hannant: Fibre Cements and Fibre Concretes, John Wiley Sons, Chichester, New York, Brisbane, Toronto, 1987. 9. H. Krenchel: Mix Design and Testing Method of Fibre Reinforced Concrete, Proceedings of the International Symposium of Fibre Reinforced (ISFRC), Vol. 2, Madras, December 1987. 10. Y. Ohama: Durability and Long-term Performance of FRC Proceedings of ISFRC, Vol. 1, Madras, December 1987. 11. V. Ramakrishman: Materials and Properties of Fibre Reinforced Concrete, Proceedings of ISFRC, Vol. 1, Madras, December 1987. 12. J. Šušteršič in sodelavci: Razvoj in uporaba mikroarmiranih betonov, 2. del: Razvoj in uporaba polipropilenskih vlaken; Raziskovalna skupnost Slovenije, Sektor 6, Elaborat 06-1686-227-87 (ZRMK), Ljubljana 1987. 13. T. Gečev, J. Gjura, A. Flis, F. Ceklin: Razvoj in uporaba drobnozrnatih in v povečani stopnji mikroaeriranih betonov; Raziskovalna skupnost Slovenije, Sektor 6, Elaborat 06-1686-227 ZRMK Ljubljana; I. del 1986, II. del 1987 in lil. del 1988. 14 in 15 - Diskusijska poročila na kolokviju »Raziskave in razvoj na področju betonov« v Inštitutu za raziskovanje Društva avstrijskih proizvajalcev cementa na Dunaju, novembra 1988, objavljeno v časopisu imenovanega društva in Avstrijskega društva za beton »Zement und Beton« 34 (1989) 2: 14. E. Mali, J. Šušteršič, A. Zajc: Anwendung von kleinkörnigem und in erhöhtem Mass mikro- belüftetem Beton (Schaumporenleichtbeton) im Wasserbau, S. 63-65. 15. V. Ukrainčik, K. Mavar, J. Šušteršič, E. Mali, M. Rebić: Faserbeton - Beziehung zwischen Qualität und Menge von Fasern und Betonfestigkeit, S. 67-70. 16. 17 in 18 - Posvetovanje o inovativnih dejavnostih v gradbeništvu ter predstavitev razvojnih dosežkov in novih tehnologij v nekaterih gradbenih organizacijah na Jugoslovanskem sejmu gradbe­ ništva in gradbenih materialov z mednarodno udeležbo v Gornji Radgoni aprila 1989, Zbornik referatov 1989: 16. J. Gjura st., E. Mali in drugi sodelavci: Tehnologija proizvodnje strešnikov iz litega finozrnatega in v zvišani stopnji mikroaeriranega betonskega kompozita, Zbornik, S. 71-80. 17. J. Šušteršič, E. Mali, J. Gjura st., S. Urbančič, F. Ceklin: Razvoj in uporaba jeklenih in polipropilenskih vlaken domače izdelave in z njimi mikroarmiranih betonskih kompozitov, Zbornik, S. 81-88.) 18. E. Mali, J. Šušteršič, T. Gečev, J. Gjura st. in drugi sodelavci: Obloga akumulacijskega bazena za HE Lomščica in penobetona, ojačenega s polipropilenskimi vlakni, Zbornik, S. 89-103. 19. D. Batistič, J. Durini: Izgradnja HE Lomščica in uporaba visokoaeriranega betona, Gradbeni vestnik 34 (1989) 5-6, 103-108. 20. T. Gečev, E. Mali, J. Šušteršič, J. Gjura st. in ostali sodelavci: Primena sitno zrnatih i u povečanim stepenima mikro aerisanih betona u hidrotehničkom građenju (obloga bazena za HE Lomščica), prijavljen referat za 14. kongres jugoslovanskega društva za velike pregrade v Strugi, Makedonija, oktobra 1989. ZAHVALA Avtorji članka se zahvaljujemo Marjanu Ferjanu, dipl. inž., nekdanjemu tehničnemu direktorju ZRMK, in Gvidu Hraševcu, dipl. inž., nekdanjemu tehičnemu direktorju GP »Ratko Mitrovič«, Beograd, ki sta bila pred 15 leti najbolj odločna pobudnika za začetek raziskav visokoaeriranih betonov in sta zagotovila tudi potrebna sredstva ter opremo. MIKROARMIRANI BETONI S POUDARKOM NA VISOKOAERIRANIH BETONIH UDK 691.322 JAKOB ŠUŠTERŠIČ, STANISLAV URBANČIČ, EDVARD MALI POVZETEK Podane so splošne značilnosti mikroarmiranih betonov z jeklenimi in s polipropilenskimi vlakni iz lastne proizvodnje. Visokoaerirani mikroarmirani betoni so se v naši gradbeniški praksi do sedaj največkrat uporabljali s polipropilenskimi vlakni. Zato podajamo nekatere najbolj značilne ugotovitve preiskav mehanskih in reoloških lastnosti teh betonov. S polipropilenskimi vlakni izboljšujemo predvsem reološke lastnosti, z jeklenimi vlakni pa tudi mehanske (upogibne) lastnosti visokoaeriranih betonov. MICRO-REINFORCED CONCRETES, WITH SPECIAL EMPHASIS ON HIGHLY AERATED CONCRETES SUMMARY The general characteristics of micro-reinforced concretes are described, the concretes having been reinforced with steel and polypropylene fibres produced at ZRMK Ljubljana. In the Yugoslav construction industry, so far micro-reinforced concretes with polypropylene fibres have been used most frequently. For this reason the most interesting findings from tests concerning the mechanical and rheological properties of these concretes have been presented. Polypropylene fibres are used mainly to improve the rheological properties of highly aerated concretes, whereas steel fibres are used to improve not only their rheological but also their mechanical properties (e.g. flexural strength). UVOD V tem članku, ki se navezuje na članek Visokoaerirani drobnozrnati betoni v gradbeništvu, se bomo omejili na prikaz uporabe vlaken v lahkih in lažjih betonih. Tako Avtorji: Jakob Šušteršič, dipl. inž. gradb., razisk. sodelavec - Stanislav Urbančič, dipl. inž. gradb., razisk. sodelavec - Edvard Mali, dipl. inž. gradb., razisk. svetnik bomo podali nekatere splošne ugotovitve, ki veljajo za mikroarmirane betone, rezultate preiskav nekaterih las­ tnosti mikroarmiranega visokoaeriranega betona s poli­ propilenskimi vlakni za gradnjo obloge akumulacijskega bazena HE Lomščica ter nekatere ugotovitve skupnih raziskav z Građevinskim institutom Zagreb. Uporabljena jeklena in polipropilenska vlakna so iz lastne proizvodnje, ki smo jo vpeljali z zunanjimi sodelavci in z drugimi delovnimi organizacijami na podlagi dolgoletnega raziskovalnega dela (1, 2, 3). OSNOVNI MATERIALI Jeklena vlakna TRIAS Značilna oblika jeklenih vlaken TRIAS zagotavlja dobro sprijemljivost s cementnim kamnom. Vlakna imajo debe­ lino (d) od 0,2 do 0,5 mm in dolžino (I) od 16 do 32 mm. Pri tem lahko znašajo razmerja l/d od 50 do 100. Jeklena žica, iz katere izdelujemo vlakna, je lahko različ­ nih kakovosti in je odvisna od zahtevanih lastnosti mi- kroarmiranega kompozita. Za pripravo običajnih vrst kon­ strukcijskih betonov so najprimernejša vlakna iz poltrde žice, katere lastnosti so v skladu s standardnimi določili. Polipropilenska vlakna REOS Polipropilenska vlakna REOS so izdelana v obliki fibrilira- nih folijskih trakov. Dolžina vlaken je poljubna, in sicer med 5 in 50 mm. Povprečne vrednosti rezultatov preiskav do sedaj proizvedenih in uporabljenih vlaken so: - titer (dolžinska masa) 4006,27 tex - pretržnasila 851,21 N - specifična pretržna napetost 0,212 N/tex - pretržni raztezek 5,83 % - modul elastičnosti 3310 MPa Ostali vhodni materiali pri proizvodnji mikroarmiranih betonskih kompozitov Cementi. Za pripravo mikroarmiranih betonskih kompozi­ tov z vlakni TRIAS in REOS lahko uporabljamo vse vrste cementov. V praksi prevladujejo portlandski cementi, tako kakor pri normalnih betonih. Kameni agregati. Na splošno uporabljamo kameni agre­ gat, z največjim zrnom agregata 4, 8 in 16 mm. Premer največjega zrna agregata je manjši od 1/2 do 1/3 dolžine vlaken. Primerne so kontinuirne krivulje skupne sestave agregata. Kemični in ostali dodatki. Kemične in ostale dodatke v mikroarmiranih betonskih kompozitih uporabljamo tako kakor pri normalnih betonih. Za boljšo razporeditev vlaken v betonski masi priporočamo uporabo aerantov. Zaprte zračne pore delujejo v tem primeru podobno kot zrna agregata. Zaradi večje količine zaprtih zračnih por v visokoaeriranih betonih se v teh betonih doseže dobra razporeditev vlaken. ORIENTACIJSKE SESTAVE MIKROARMIRANIH BETONSKIH KOMPOZITOV Osnova kakovostnega mikroarmiranega betonskega kom­ pozita je kakovosten cementni kamen, s katerim zagoto­ vimo dobro sprijemljivost z vlakni. Na splošno se njihove sestave ne razlikujejo od normalnih betonov. Pri betonih z večjimi količinami vlaken je zaradi izboljšanja obdelav- nosti svežega betona in potrebe po ovitosti velike površine vlaken s cementnim glenom oziroma kamnom potrebna nekoliko večja količina cementa. Jeklena vlakna TRIAS se najpogosteje dodajajo v količi­ nah od 0,25 do 0,75 vol. %. Pri zahtevnejših kompozitih pa se glede na nekatere fizikalne lastnosti količina vlaken lahko poveča tudi do 2 vol. %. Polipropilenska vlakna REOS dodajamo betonu približno v količinah od 0,1 do 0,4 vol. %. PRIPRAVA MEŠANIC, OBDELOVALNOST IN VGRADLJIVOST SVEŽIH MIKROARMIRANIH BETONSKIH KOMPOZITOV Pravilno in dobro mešanje vseh komponent mikroarmira­ nih kompozitov, predvsem zaradi vlaken, ki morajo biti čim enakomerneje razporejena v masi, je eden od osnov­ nih pogojev za izdelavo elementov iz teh kompozitov. Pri pripravi gradbiščnih mikroarmiranih betonov v betonar­ nah uporabljamo tudi posebej za to prirejene in izdelane dozirne naprave. Za tanjša jeklena vlakna (d*£ 0,4 mm) je to vibracijska stresalna naprava, ki razbija nastale kepe iz vlaken ter preprečuje njihov nastanek in hkrati vnaša vlakna nepo­ sredno ali posredno po drči in cevi v mešalnik. Debelejša vlakna (d s* 0,5 mmm) ročno vnašamo neposredno v mešalnik ali posodo za agregat. Polipropilenska vlakna lahko vnašamo neposredno v mešalnik ročno ali pa jih predhodno razvlaknimo na posebej za to pripravljenih napravah. Kdaj bomo dodali vlakna v mešalnik, je odvisno predvsem od vrste vlaken, kompozita in mešalnika. Podana so priporočila ACI Committeeja (4), da je »suho« mešanje najprimernejši način mešanja mikroarmiranih kompozitov oziroma da vlakna dodajamo skupaj z agrega­ tom ali po doziranju in mešanju agregata, nato dodamo še vse ostale komponente. Predvsem za jeklena vlakna z razmerjem l/d = 100 in pri večjih količinah vlaken pa velja, da jih dodajamo po pripravi matrice (po zamešanju agregata, cementa, vode in dodatkov). V visokoaeriranih betonih dosežemo dobro razmešanje in porazdelitev vlaken, s tem pa tudi zelo ugodne reološke lastnosti, predvsem vgradljivost. Kot zelo primerna me­ toda za merjenje konsistence teh betonov se je pokazala metoda razleza stožca. Čas mešanja mikroarmiranih betonov je nekoliko daljši od časa mešanja betonov brez vlaken. Odvisen je od količine in vrste vlaken, vrste kompozita in od vrste mešalnika ter njegove intenzitete mešanja. OCENA MEHANSKIH LASTNOSTI STRJENEGA BETONA Vrednotili bomo rezultate preiskav tlačnih trdnosti, upo- gibno-natezne trdnosti (upogibno-natezno trdnost pri prvi razpoki (fb), končno upogibno-natezno trdnost (fu)) in indekse žilavosti. Preiskave na upogib izvajamo na kalupnih preizkušancih - prizmah z dimenzijami 10 x 10 x 40 cm pri obremenitvi z dvema koncentriranima silama na srednji tretjini razpona podpor, ki znaša 30 cm. Rezultati preiskav se zapisujejo v obliki diagramov obte- žba-upogib (F—6). Pri tem dobimo tri značilne oblike diagramov, kakor je to razvidno s slike 1 (11, 12). pri čemer pomeni: - upogibna natezna trdnost pri prvi razpoki fu - končna upogibna natezna trdnost Slika 1. Tri značilne oblike diagramov obtežba-upogib (F-6) pri obremenitvi mikroarmiranih betonskih prizem Diagram F-6 betonov brez vlaken poteka samo v elastič­ nem območju in pri pojavu prve razpoke pride do krhkega loma, kar je sicer zelo groba ocena, vendar za našo diskusijo zadovoljiva. Iz diagramov F-6 ugotavljamo tudi žilavost pri upogibu oziroma indeks žilavosti (razmerje med določeno oziroma izbrano površino pod diagramom in površino elastičnega območja - do pojava prve razpo­ ke). Obstaja več priporočil in standardov, ki podajajo velikost izbrane površine oziroma metodo za določanje vrednosti indeksa žilavosti (lBarr (5), l5, ho. I30 (6, 7, 8, 9), DTI20 (10)). Barrova metoda ugotavljanja indeksa žilavosti visokoaeri- ranih betonov s polipropilenskimi vlakni (lBarr) se je poka­ zala kot najprimernejša. Indeks žilavosti teh betonov je približno enak indeksu žilavosti normalno težkih betonov, ki so prav tako mikroarmirani s polipropilenskimi vlakni. S povečevanjem količine vlaken se nekoliko povečuje tlačna trdnost kompozita. Pri upogibni obremenitvi viso- koaeriranih betonov s polipropilenskimi vlakni smo dobili vse diagrame F-6 oblike (c) s slike 1. S povečevanjem prostorninske mase naraščata upogibna trdnost pri prvi razpoki (fb) in tlačna trdnost. Končna trdnost (fu) se zmanjšuje s povečevanjem fb zaradi povečanja akumulirane energije v elastičnem ob­ močju in s tem se povečuje udarno delovanje. To je razvidno z diagrama na sliki 2, ki je značilen zalahke betone s polipropilenskimi vlakni (11). Slika 2. Vpliv prostorninske mase lahkega betona na fb in fu Tako dobimo pri visokoaeriranih betonih z manjšimi pro- storninskimi masami in mikroarmiranimi s polipropilen­ skimi vlakni diagram F-6 oblike (b) s slike 1. Diagram oblike (a) dobimo z uporabo jeklenih vlaken. REOLOŠKE ZNAČILNOSTI SVEŽEGA, STRJUJOČEGA SE IN STRJENEGA VISOKOAERIRANEGA BETONA Dodana polipropilenska vlakna zelo ugodno vplivajo na reološke lastnosti visokoaeriranih betonov. V svežem stanju se izboljšujeta vgrajevanje in obdelovanje. V strju­ jočem se in strjenem stanju pa kažejo ugotovljeni rezultati meritev predvsem zmanjšanje tečenja pri dolgotrajni obre­ menitvi zaradi vlaken. Rezultate, ki so podani na sliki 3, smo dobili pri meritvah tehnoloških in napetostnih deformacij mikroarmiranega betona s prostorninsko maso 2050 kg/m3 (13, 14). LABORATORIJSKE MERITVE Tehnološke in napetostno pogojene deformacije betonov brez (7) ln z (2^ ojačitvijo s propi 1enak ini vlakni (prostominska masa 2,050 kg/m^) (tehnološko krčenje, hipne deformacije in lezenje pri tlačni obremenitvi z 1/3 porušne sile) brez njih S slike 3 je razvidno, da je krčenje betona z vlakni in brez njih do starosti 50 dni približno enako, kasneje pa se pri betonu z vlakni nekoliko hitreje zmanjšuje. Pri tlačni obremenitvi z 1/3 porušne sile pri starosti betona 28 dni se pojavijo hipne deformacije, ki so pri betonu s polipro- pilenskimi vlakni približno za 50 % manjše od deformacij betona brez vlaken. Tečenje betona z vlakni je nato precej manjše v primerjavi s tečenjem betona brez vlaken. SKLEP Iz doslej ugotovljenih rezultatov preiskav lahko zaklju­ čimo, da so uporabljena, doma proizvedena jeklena in polipropilenska vlakna primerna za mikroarmiranje viso- koaeriranih betonov. Tekstura teh betonov omogoča do­ bro razporeditev vlaken po celotni masi. Dobro sprijemlji- vost vlaken s cementnim kamnom dosežemo z večjo kakovostjo cementnega kamna. Polipropilenska vlakna imajo največji vpliv na izboljšanje mehanskih lastnosti pri betonih s čim manjšo prostorninsko maso. LITERATURA 1. Šušteršič J. s sodelavci: Razvoj in uporaba mikroarmiranih betonov, 1. del - Raziskave lastnosti brizganih mikroarmiranih betonov, RSS - PORS 06 - Graditeljstvo, Ljubljana 1986. 2. Šušteršič J. s sodelavci: Razvoj in uporaba mikroarmiranih betonov, 2. del - Razvoj in uporaba polipropilenskih vlaken, RSS - PORS 06 - Graditeljstvo, Ljubljana 1987. 3. Šušteršič J., Urbančič S. in sodelavci: Razvoj in uporaba mikroarmiranih betonov, 3. del - Optimizacija sestav mikroarmiranih betonov z jeklenimi in polipropilenskimi vlakni iz lastne proizvodnje, RSS - PORS 06 - Graditeljstvo, Ljubljana 1988. 4. ACI Committee 544: State of the Art Report on Fiber Reinforced Concrete, ACI Manual of Concrete Practice 1986, Part 5, ACI Publication, Detroit, Michigan, 1986. 5. Barr, B. I. G. and Hasso, E. B. D.: A Study of Toughness Indices, Magazine of Concrete Research, vol. 37, No. 132, pp. 162-174, September 1985. 6. Johnston, C. D.: Definition and measurement of flexural toughness parameters for fibre reinforced concrete. Cement, Concrete and Aggregates, Vol. 4, No. 2, Winter 1982, pp. 53-60. 7. Johnston, C. D.: Precision of flexural strength and toughness parameters for steel fibre reinforced concrete. Cement, Concrete and Aggregates, Vol. 4, No. 2, Winter 1982, pp. 61-67. 8. ACI Committee 544. Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete, ACI 544. 2R-78, ACI Manual of Concrete Practice, Part 5, American Concrete Institute, Detroit, 1986. 9. ASTM Standard C 1018: Test method for flextural toughness of fibre reinforced concrete (Using beam with third-point loading), ASTM, Philadelphia, 1986. 10. Wang, Y. and Backer, S.: Toughness determination for fibre reinforced concrete. The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, Vol. 11, No. 1, Feb. 1989, pp. 11-19. 11. Ukrainčik V., Mavar K., Šušteršič J., Mali E in Rebič M.: Faserbeton - Beziehung zwischen Qualität und Menge von Fasern und Betonfestigkeit, Zement und Beton, Heft 2, 1989, S. 67-70. 12. Šušteršič J., Mali E., Gjura J. st., Urbančič S., Ceklin F.: Razvoj in uporaba jeklenih in polipropilenskih vlaken domače izdelave in z njimi mikroarmirani betonski kompoziti, Zbornik referatov posvetovanja o inovativni dejavnosti v gradbeništvu, Gornja Radgona, 4. 4. 1989, str. 81-88. 13. Mali E., Šušteršič J., Zajc A.: Anwendung von kleinkörnigem und in erhöhtem Maß mikrobelufteten Beton (Schaumporenleichtbeton) im Wasserbau, Zement und Beton, Heft 2, 1989, S. 63-65. 14. Mali E., Šušteršič J., Gečev T., Gjura J. st.: Obloga akumulacijskega bazena za HE Lomščica iz penobetona, ojačanega s polipropilenskimi vlakni, Zbornik referatov posvetovanja o inovativni dejav­ nosti v gradbeništvu, Gornja Radgona, 4. 4. 1989, str. 89-103. VISOKOAERIRANI BETONI V SANACIJSKIH IN RESTAVRATORSKIH DELIH UDK 691.322:69.059 JANEZ GJURA, ANDREJ FLIS POVZETEK Visokoaerirani beton je zaradi svojih lastnosti zelo primeren material pri sanacijah starih objektov kakor tudi za nadomestitev dotrajanih in poškodovanih elementov. Uveljavil se je pri zapolnjevanju in ojačitvi obokov, za kar je bila na ZRMK razvita posebna metoda. Uporabljen je bil tudi za izdelavo elementov Zmajskega mostu in Tromostovja ter za izdelavo natančnih kopij tivolskih in blejskih luči. HIGHLY AERATED CONCRETES IN REPAIR AND RESTORATION WORKS SUMMARY Due to its properties, highly aerated concrete is a very suitable material for the repair of old buildings, as well as for replacement of damaged or worn-out elements of buildings and other structures. In particular, it has been used for the filling and strengthening of vaulted floor structures, for which a special method was developed at ZRMK. It has also been used for the construction of replacement elements for the Zmajski most and Tromostovje bridges in Ljubljana, as well as for exact copies of original lamp-pillars in the Tivoli Park, Ljubljana and at Bled. UVOD Zaskrbljujoče je dejstvo, da v zadnjem času naša arhitek­ turna dediščina nezadržno propada; to propadanje je še posebej očitno pri betonih. Zaradi onesnaženega okolja in s tem kislega dežja že razpada večji del arhitekturne dediščine iz zgodnjega obdobja uporabe betona na naših tleh. V slovenskem prostoru se je beton začel uporabljati po potresu v Ljubljani. Leta 1886 se pojavi nova obrt - izdelovanje umetnega kamna in betonskih predmetov. Obrtniki so izdelovali stopnice, ploščice, balkonske ograje in drugo okrasje iz betona. Ker so bili betonski izdelki občutno cenejši od naravnega kamna, je ta obrt začela resno ogrožati kamnoseke in stavbne kiparje. Poleg izdelovalcev umetnega kamna se pojavi še ena nova panoga obrtnikov - teracerji, ki polagajo teraco ali beton v prostore, ki niso namenjeni za bivanje, predvsem v veže, hodnike in kuhinje. Iz zgodnjega obdobja uporabe betona na naših tleh velja omeniti Zmajski most, ki s svojo secesijsko fasado - in za tiste čase drzno, prvič praktično preizkušeno statično rešitvijo z uporabo betona ne samo Avtorja: Janez Gjura, dipl. inž. arh., višji razisk. sodel., Andrej Flis, dipl. inž. kem. tehnol., razisk. sodel. kot gradiva ampak tudi za izdelavo fasade - sodi, če že ne med naše arhitekturne spomenike, pa prav gotovo v sam vrh naše tehnične dediščine. Uporaba betona kot reprezentativnega materiala se je k nam razširila neposredno z Dunaja, vendar se praviloma uporablja kot skriti element konstrukcije oziroma pri mosto­ vih, na primer most Jesenice pri Reki z razponom 19,27 m in most prek reke Idrijce z razponom 55 m. Tu zasledimo razčlenjeno oblikovanje v obliki stebrov in rebrastih nosil­ cev, ki je prvi tak poizkus pri nas. Od vodnih zgradb velja omeniti tudi objekt hidroelektrarne Fala, zgrajene za potrebe tovarne karbida v Rušah. Od visokih gradenj pa velja omeniti reprezentativni objekt sedanje tiskarne Ljub­ ljanskega dnevnika, katere stropi so že izdelani iz jeklenih profilov, med katerimi so betonski svodi z izenačevalnimi loki. V ljubljanskem prostoru se je beton kot enakovredno gradivo uveljavil šele med obema vojnama, predvsem pri mostovih, ki jih je načrtoval prof. Plečnik. Tako lahko zasledimo dosledno uporabo betona pri prenovi Tromo­ stovja, Čevljarskega mostu in pri posameznih mostovih na Gradaščici. Ne glede na to, da beton ne sodi v kategorijo tradicionalnih gradiv, moramo zaščititi tudi tovrstno arhitekturo. Pri takšnih posegih pa naj bi tam, kjer je to dopustno, uporabljali sodobne načine in materiale, in to predvsem takrat, ko bi ti postopki in gradiva izboljšali obstojnost in tako tudi racionalizacijo prenove. Eden izmed takšnih materialov je tudi visokoaerirani beton (penobeton). Slika 1. Detajl podstavka na Zmajskem mostu MOŽNOST UPORABE PENOBETONA PRI PRENOVI Penobeton lahko uporabljamo kot vidni ali skriti element konstrukcije. Kot skriti element konstrukcije se je penobeton uporabil predvsem pri zapolnjevanju obokov po metodi, ki smo jo razvili na ZRMK skupaj s TOZD Inštitut za konstrukcije, gradbeno fiziko in sanacije (mag. Roko Žarnič: Razvoj metod za protipotresno sanacijo in ojačitev zidanih zgradb - ojačitev zidanih obokov PR: 06-5688-227-87). Pri nas in v svetu so znani postopki ojačitev s povezovanjem obokov z robnimi armiranobetonskimi venci in z diagonal­ nimi jeklenimi vezmi ali armiranobetonskimi ploščami nad oboki. Pogosto uporabljeni način ojačitve je tudi obbetoni- ranje zgornje površine obokov s tanko armiranobetonsko lupino. S takimi ojačitvami se povečujejo obremenitve konstrukcije, saj je pri medetažnih konstrukcijah treba dodati tudi nasutje ali izravnavo z dodatnimi konstrukcija­ mi, ki pa ne povečajo same ojačitve. Postopek, razvit na ZRMK, temelji na uporabi penobetona, ki tvori dodatno obočno nosilno konstrukcijo nad zidanim obokom in nado­ mešča nasutje obokov. Armatura, ki se vgrajuje v penobe­ ton vodoravno, povezuje okolne zidove z obokom. Mehan­ ske lastnosti penobetona so bistveno drugačne kot lastno­ sti običajnega betona in bližje lastnostim opečnih obokov, kar omogoča boljše sodelovanje obstoječe opečne in novograjene konstrukcije pri prevzemanju obremenitev. Poskusno smo izvedli zapolnjevanje obokov na treh objektih v Sloveniji, med njimi tudi na Tavčarjevi domačiji na Visokem. Samo delo in rezultati so pokazali, da pri zapolnjevanju obokov ni težav. Tekoča konsistenca peno­ betona omogoča dobro zapolnjevanje vseh delov obokov in odlično sprijemljivost z obstoječo konstrukcijo. S takšno metodo sanacije in ojačitve obokov lahko dosežemo večkratna povečanja nosilnosti na vertikalno in ciklično horizontalno obremenitev, v približno enakem razmerju pa se zveča tudi njena togost. Mehanizem obnašanja zalitih obokov je veliko bolj ugoden, saj za porušitev ni odločilen obok, temveč nosilnost zidov, le-ta pa se lahko na razmeroma enostaven način zveča z znanimi in s preizkušenimi metodami. Kot vidni element konstrukcije je penobeton mogoče uporabiti povsod tam, kjer je kot nadomestilo betona Slika 2. Del prenovljene balustrade na Tromostovju konservatorsko upravičen. Takih primerov je bilo v dose­ danji praksi več, prvi pa je bil popolna prenova Zmajskega mostu, kjer smo s penobetonom nadomestili vse dotrajane elemente mostne ograje in fasade. Penobeton smo vgra­ jevali v kalupe iz sintetičnega kavčuka in poliestra; to je še ena izmed prednosti uporabe penobetona pri prenovi, kajti za izdelavo odlitkov niso več potrebni dragi železni kalupi. Kalup iz poliestra je neprimerno cenejši, in to ne samo zaradi materiala, ampak tudi zaradi enostavnosti izdelave, saj tak kalup izdelamo z neposrednim odvzema­ njem forme originalnega elementa. Vgrajevanje je brez vibracij in kontraktorsko, tako da je površina surovega izdelka gladka in brez por. Odlitek je mogoče obdelovati z vsemi znanimi tehnikami obdelave betona oziroma kamna, od krtačenja prek Stokanja do peskanja. Podobno kot smo izdelali odlitke za Zmajski most, smo odlili tudi del porušene balustrade na Tromostovju. Sodelovali smo tudi pri parkovnih ureditvah; tako smo za razširitev parka v Tivoliju izdelali pet kopij »Plečnikovih luči«, na novo postavili luči ob Blejskem jezeru in sodelo­ vali pri prenovitvenih delih parka ob Vegovi ulici, kjer smo izdelali nove stopnice in krovne plošče. Penobeton kot material se je tako že uveljavil pri prenovi­ tvenih delih. Možnosti njegove uporabe so vsestranske, predvsem zaradi enostavnega vgrajevanja in odlične obstojnosti. Slika 3. Nova luč v parku Tivoli * Z V E Z A D R U Š T E V G R A D B E N I H I N Ž E N I R J E V IN T E H N I K O V S L O V E N I J E L J U B L J A N A , E R J A V Č E V A U L I C A 1 5 ; TEL . : 06 1 /22 1 587 ROKI PRIPRAVLJALNIH SEMINARJEV ZA STROKOVNE IZPITE V GRADBENIŠTVU ZA LETO 1989 8. seminar: od 20. do 24. novembra 1989 9. seminar: od 18. do 22. decembra 1989 Prijavo v obliki dopisa, z navedbo podatkov o udeležencih seminarja (ime in priimek, z izobrazbo pridobljena strokovnost, naslov) in roka udeležbe, je potrebno pravočasno poslati na naslov Zveza društev gradbenih inženirjev in tehnikov Slovenije, Erjavčeva 15, Ljubljana. Na vsak seminar sprejmemo 40 slušateljev TITANOVA SADRA IZ CINKARNE CELJE V PROIZVODNJI CEMENTA UDK 691.311:666.9 DAMIJANA DIMIC, JERNEJA ŠUPUT, MATJAŽ PELAN POVZETEK Raziskovali smo možnost uporabe odpadne titanove sadre iz Cinkarne Celje za proizvodnjo portlandskega cementa. Pokazalo se je, da je kot regulator vezanja cementa enakovredna naravni sadri. V članku so podane karakteristike titanove sadre (kemična sestava, radioaktivnost, finost, mikroskopski videz kristalov, rentgenska analiza), obravnavana pa je tudi priprava filtrnega kolača titanove sadre v kosovno obliko. Opisane so lastnosti portlandskega cementa, pripravljenega s titanovo sadro, v primerjavi s cementom, pripravljenim z naravno sadro. TITANOGYPSUM FROM THE CELJE ZINC-WORKS FOR THE PRODUCTION OF CEMENT SUMMARY An investigation was carried out into the possibilities of use of titanogypsum from the Cinkarna Celje (Celje Zinc-Works) for the production of Portland Cement. It was found that, as a setting retarder for cement, titanogypsum is just as good as natural gypsum. In the paper, the characteristics of titanogypsum are described (chemical composition, radioactivity, fineness, appearance of the crystals under the microscope, X-ray analysis), and methods for processing the titanogypsum filter cake into lumpy form are discussed. The properties of portland cement made with those of cement made with natural gypsum. 1. UVO D V številnih kemičnih industrijah, v zadnjem času pa tudi pri razžveplanju dimnih plinov, nastajajo kot odpadni produkt velike količine kalcijevega sulfata, ki ga imenu­ jemo tudi kemična sadra. Običajno jo poimenujemo po procesu, v katerem nastaja, npr. titanova sadra, fosforjeva sadra, citrosadra, desulfosadra ipd. Zaradi razlike v izvoru in nastanku je vsaka zase do neke mere specifična, predvsem zaradi primesi, ki jih vsebuje. Svetovna letna proizvodnja kemičnih sader je znašala v letu 1981 okoli 120 milijonov ton, od tega je bilo največ fosforjeve sadre, in to 90%, in le 10% ostalih sader. Podobno razmerje je bilo takrat tudi v Zahodni Evropi. Od skupnih 23 milijonov ton letno je bilo 19,5 milijona ton fosforjeve sadre in le 3,5 milijona ton ostalih sader. Usmeritev proizvodnje in uporaba sadre v Zahodni Evropi sta prikazani v preglednici 1. Avtorji: mag. Damijana Dimic, dipl. inž. kem., razisk. svetnik - Jerneja Šuput, dipl. inž. kem., razisk. sodel. Matjaž Petan, inž. kem. Preglednica 1. Proizvodnja in uporaba sadre v državah Za­ hodne Evrope v milijonih ton 1974 1976 1981 1985 Proizvodnja kemičnih sader 20 21 23 25 Koristna uporaba kemičnih sader 2 2,6 3 4 Skupna poraba sadre (naravna + kemična) 23 24 25 27 Delež porabljene kemične sadre 8,7 10,8 12 14,8 Količina kemičnih sader v zadnjih letih po svetu zelo hitro narašča zaradi vse hitrejše izgradnje čistilnih naprav za razžveplanje dimnih plinov v termoenergetskih objektih, ki so kurjeni s premogom. Nastajajo ogromne količine t. i. desulfosadre. Večina kemičnih sader se danes še spušča v reke in morja ali odlaga v bližnjo okolico obrata, pogosto na plodno obdelovalno zemljo. Tak način odlaganja se pri vse večji skrbi za človekovo okolje gotovo ne bo več dopuščal in to je tudi osnovni razlog za vse intenzivnejše iskanje možnosti uporabe kemičnih sader. Tudi slovenska kemična industrija ima podobne probleme. V Sloveniji nastane na leto okoli 210.000 ton kemične sadre. Po količini sta pomembni titanova sadra, ki nastaja pri pro­ izvodnji titanovega dioksida v Cinkarni Celje (95.000 ton na leto), ter fosforjeva sadra, ki nastaja pri proizvodnji fosforjeve kisline v Kemični tovarni Hrastnik (80.000 ton na leto). Na ZRMK smo se s problematiko predelave odpadne sadre v sekundarne surovine začeli ukvarjati že na za­ četku sedemdesetih let, ko smo izdelali prvo študijo v Jugoslaviji o možnosti uporabe kemične sadre v proizvod­ nji gradbenih materialov (1). V letu 1986 je bila sklenjena prva faza raziskav o možnosti uporabe kemične sadre, ki nastaja pri proizvodnji titanovega dioksida v Cinkarni Celje. Ta je v svojem dolgoročnem programu za reševanje problematike odpadnih materialov (2, 3) predvidela za predelavo 80.000 ton titanove sadre na leto, toliko je namreč nastaja po prvi stopnji nevtralizacije, od tega 70.000 ton v obliki dihidrata za potrebe cementne industri­ je, 10.000 ton, predelane s praženjem v polhidrat, pa kot vezivo za gradbeništvo in industrijo gradbenih elementov. 2. POSTOPEK NASTANKA IN SEDANJEGA ODLAGANJA TITANOVE SADRE Titanov dioksid v Cinkarni Celje pridobivajo po sulfatnem postopku iz rude ilmenit in titanove žlindre. Pri tem nastajajo odpadna žveplova kislina in odpadne kisle odplake. Kislino in odplake nevtralizirajo v dveh stopnjah z apnencem ali apnom, pri čemer nastaja odpadna sadra v obliki dihidrata. FeTi03 + H2SO4 —» Ti02 + F0SO4 ■ 7H20 + H2S0 4 H2S04 -f- CaC03 ali Ca(OH)2 —» CaS0 4 ■ 2 H20 Iz vsake tone T i02 dobijo okoli 3,6 tone titanove sadre. Trenutno nevtralizirano suspenzijo sadre odlagajo na od­ lagališče v Bukovžlaku (slika 1). Cinkarna Celje si zelo prizadeva, da bi zmanjšala količine sadre za odlaganje; zato je tudi naročila študijo, s katero naj bi preučili možnosti koristne uporabe titanove sadre (4, 5). Prednostno naj bi se uporabljala sadra iz prve stopnje nevtralizacije. Ta je razmeroma čista, svetle krem barve, medtem ko je odpadek po drugi stopnji nevtralizacije onesnažen z železovimi spojinami. Vsebuje 10 pa tudi do 30% železovih spojin, ki ga obarvajo intenzivno rdeče rjavo, in je manj primeren za uporabo. V študiji o možnosti predelave titanove sadre iz Cinkarne Celje za uporabo v gradbeništvu oz. industriji gradbenih materialov je bila izhodišče titanova sadra iz prve stopnje nevtralizacije. 3. LASTNOSTI TITANOVE SADRE Slika 2. Kristali titanove sadre Celje - SEM (scanning elektron­ ski mikroskop) Slika 1. Odlagališče sadre v Bukovžlaku Titanova sadra nastaja v obliki finih, drobnozrnatih, igliča­ stih kristalov, velikih nekaj mikrometrov. Oblika in velikost kristalov sta prikazani na sliki 2. Približno 90% zrn je velikih od 5 do 30 mikrometrov, 50% pa jih je manjših od 10 mikrometrov. Kemična sestava titanove sadre je podana v preglednici 2. Vsebuje prek 90% kalcijevega sulfata dihidrata, pre­ ostali del pa so nečistote. Mineraloška sestava je prika­ zana na rentgenskem difraktogramu, posnetem na apara­ turi Philips z žarkovjem CuKa (slika 3); z njega je razvidno, da sadra vsebuje izključno dihidrat, medtem ko primesi zaradi majhnih količin ni bilo mogoče identificirati. Preglednica 2. Kemična sestava titanove sadre Titanova sadra TG CaO 31,54% so3 43,99% Kristalna voda 20,79% Ti02 0,37% Skupni P20 5 0,13% V vodi topljiv P20 5 0,004% Skupni F 0,02% Si02 0,83% AI2O3 0,07% Fe20 3 0,57% MgO 0,12% CaS04-2H20 Primesi 94,58% 5,42% Z visokoločljivostno spektroskopijo gama so nam v Inšti­ tutu Jožef Stefan izmerili količino radioaktivnih izotopov, prikazano v preglednici 3 skupaj s podatki iz literature za nekaj drugih materialov (6). Po naši zakonodaji (7) skupna dovoljena količina umetnih radionuklidov za visoko gradnjo ne sme presegati vredno­ sti 1 Bq/kg, za nizko gradnjo pa 2 Bq/kg. Za titanovo sadro znaša ta vrednost 0,44 Bq/kg, torej vsebuje dvakrat manj radionuklidov od dovoljene količine. 4. MOŽNOSTI UPORABE TITANOVE SADRE Glede na karakteristike titanove sadre, razvidne iz rezul­ tatov, bi jo bilo mogoče uporabiti praktično na vseh področjih, kjer ni potrebna velika čistota. V gradbeništvu je možna naslednja uporaba: - kot regulator vezanja portlandskih cementov, - kot surovina za proizvodnjo specialnih cementnih klin- kerjev in cementov (ekspanzivni klinker, supersulfatni cement), - kot mineralizator za žganje portlandskocementnega klinkerja, - kot surovina pri proizvodnji elementov iz siporeksa, - za proizvodnjo mavca ali anhidrita in izdelavo gradbenih mavčnih elementov. Po svetu se največ kemične sadre porabi za proizvodnjo mavca in za regulacijo vezanja portlandskega cementa. V preglednici 4 so prikazani področja in delež uporabe kemičnih sader v Zahodni Evropi, ZDA in Japonski (6). Preglednica 4: Področja in delež uporabe kemičnih sader (%) Zahodna Evropa ZDA Japonska Mavec, mavčni elementi 57 80 44 Regulator vezanja port- landskega cementa 23 14 44 Za H2S04 in cement 8 Amonijev sulfat 8 6 12 Agrikultura in drugo 4 Skupaj porabljeno (milijonov ton na leto) 3 - 6 V Jugoslaviji bi bilo največ kemične sadre mogoče upora­ biti za regulacijo vezanja portlandskega cementa. V letu 1985 je 18 jugoslovanskih cementarn proizvedlo 9,5 milijona ton cementa, za kar so porabili 450.000 ton Preglednica 3. Količina ra­ dioaktivnih izotopov v raz­ ličnih materialih (Bq/kg) U-238 Ra-226 Ra-228 Th-232 K-40 Ekv.radija* Titanova sadra Celje 96 30 56 86 15 164 Naravna sadra Fosforjeva sadra 14,8 22,2 - 7,4 74 37 - obmorski fosfati 148 814 - i 18,5 222 851 - magmatski fosfati Običajni gradbeni 3,7 118 — 22,2 259 iss materiali - 52 - 52 518 185 * Ekviv. radija naj bi bil 370 Bq/kg. , .... . ,. ̂ .. sadre, in to samo naravne. To bi bilo mogoče zamenjati s kemično sadro. Kot potencialne uporabnike titanove sadre iz Cinkarne Celje lahko štejemo obe slovenski cementarni (Anhovo, Trbovlje) in istrske (Koromačno, Umag), ki so v letu 1987 porabile skupaj okoli 115.000 ton naravne sadre, uvožene iz Bosne. Ta količina, upošte­ vajoč primesi v naravni in titanovi sadri, ustreza okoli 90.000 tonam titanove sadre. Za Cinkarno Celje je po količini torej najzanimivejša uporaba titanove sadre v cementni industriji, njena pri­ prava pa bi hkrati bila tudi že prva faza predelave sadre v gradbeni mavec, za katerega bi po ocenah porabili 10.000 do 15.000 ton sadre na leto. 5. TITANOVA SADRA KOT REGULATOR VEZANJA PORTLANDSKEGA CEMENTA Pri mletju portlandskocementnega klinkerja v cement se kot dodatek za regulacijo časa vezanja dodaja sadra, ki upočasni sicer zelo hitre reakcije cementnih aluminatov. Ti namesto v kalcijev aluminat-hidrat (i) v prisotnosti sadre hidratirajo v kalcijev aluminat-sulfat-hidrat, tj. etringit (ii), kar je počasnejša reakcija in omogoča normalno uporabo cementa v betonu. definirana v standardih, kajti čezmerne količine sadre v cementu povzročajo negativne posledice, ki se po daljšem času pokažejo kot neobstojnost betonov. Primerjalno smo raziskovali vpliv titanove sadre in na­ ravne sadre z različnimi portlandskocementnimi klinkerji na lastnosti portlandskega cementa in na procese hidra- tacije. Cemente smo pripravili tako, da smo titanovo sadro dodajali v različnih količinah in na različne načine. V preglednici 5 so prikazane osnovne lastnosti dveh cemen­ tov, pripravljenih v laboratoriju s titanovo oziroma z naravno sadro in s povprečnim portlandskocementnim klinkerjem. Delež sadre smo definirali na enak delež komponente S03 v gotovem cementu. Preiskave smo izvedli po veljavnih metodah jugoslovanskih standardov. Rezultati so pokazali, da ni pomembnih razlik v lastnostih cementov, pripravljenih z odpadno in naravno sadro. Z optimiranjem količine S03 za konkretni portlandskoce- mentni klinker in vrsto sadre je mogoče pripraviti cemente izrednih kakovosti z optimalnimi lastnostmi glede na vrsto in marko. Procese hidratacije smo spremljali z rentgensko difrakcijo, nuklearno magnetno resonanco in s scanning elektron­ skim mikroskopom pri različnih starostih cementnih past, od 30 minut do 60 dni. Rentgenska analiza hidratiranih (i) (H) 3 CaO • Al20 3 +6H20 -» 3CaO • Al20 3 • 6H20 3CaO • Al20 3 + 3CaS04-2H20 + 25H20 -* 3CaO- AI20 3-3CaS04-31H20 Vpliv sadre na vezanje cementa ni vedno proporcionalen količini sadre, temveč je odvisen od številnih faktorjev, kot so sestava klinkerja, aktivnost, oblika in velikost klinkerjevih mineralov, finost mletja, hitrost topnosti sadre v vodi in še več drugih. Za vsak klinker posebej definiramo > optimalno količino sadre. Zgornja meja količine S03 je produktov kaže, da pri hidrataciji nastajajo v obeh cemen­ tih enaki produkti in da so po oceni glede na intenziteto odklonov količine precej enake. Le v začetni fazi (po 4 urah) je pri naravni sadri nastalo nekaj več portlandita in etringita, kar kaže na nekoliko upočasnjeno začetno reakcijo, medtem ko so kasneje količine produktov hidra- Preglednica 5: Sestava in lastnosti dveh portlandskih cementov, pripravljenih z dodatkom titanove oziroma naravne sadre Portlandski cement Titanova sadra Naravna sadra PCT PCN Sestava: PC-klinker (%) 94,5 94,0 Sadra (%) 5,5 6,0 Delež S03: računski (%) 3,72 3,75 dejanski (%) 3,72 3,00 Fizikalno-mehanske lastnosti - specifična površina (m2/kg) 343 339 - prostorninska obstojnost • kolač po kuhanju obstojen obstojen • kolač 28 dni v vodi obstojen obstojen • kolač 28 dni na zraku obstojen obstojen • po Le Chatelieru (mm) 0,8 0,6 - voda, potrebna za standardno konsistenco (%) 23,0 23,0 - čas vezanja (min) • začetek 155 125 • konec 190 165 - upogibna trdnost (MPa) • 3 dni 5,9 5,5 • 7 dni 6,4 6,7 • 28 dni 7,7 7,8 - tlačna trdnost (MPa) • 3 dni 31,5 28,8 • 7 dni 35,9 36,1 • 28 dni 44,6 45,2 tacije oziroma cementnih mineralov, ki še niso reagirali, enake. Slika 4. Rentgenski difraktogrami hidratiranih cementnih past, v/c = 0,35 Enako lahko tudi z nuklearno magnetno resonanco ugo­ tovimo, da je pri cementu s titanovo sadro nekoliko upočasnjena hidratacija v začetni fazi (slika 5). Upočas­ njena je t. i. »speča perioda« v prvih urah hidratacije. Ti (ms) Slika 5. Hidratacijske krivulje portlandskih cementov, priprav­ ljenih s titanovo In z naravno sadro pri različnih razmerjih v/c - NMR (nuklearna magnetna resonanca) Oblika hidratacijskih produktov, ki smo jo spremljali v različnih časih hidratacije s scanning elektronskim mikro­ skopom, je za oba cementa enaka; razlike niso značilne, nasprotno, v obeh cementih je mogoče najti enake pro­ dukte z enakimi značilnostmi in oblikami (sliki 6 in 7). Slika 6. Hidratirana pasta cementa PCT, v/c = 0,35 - SEM Slika 7. Hidratirana pasta cementa PCN, v/c = 0,35 - SEM Osnovne raziskave titanove sadre kažejo, da jo lahko kot regulator časa vezanja portlandskega cementa štejemo za enakovredno naravni sadri. Še več, titanova sadra vsebuje več aktivne komponente - CaS04-2H20 kakor naravne sadre, ki se trenutno uporabljajo v cementarnah, in je v sami proizvodnji stalne kakovosti. 6. TEHNOLOŠKE RAZISKAVE Titanova sadra, kakršno je mogoče dobiti iz proizvodnje po filtraciji suspenzije iz prve stopnje nevtralizacije za nadaljnjo predelavo, je finozrnata snov, ki vsebuje okoli 40% nevezane vode in se imenuje filtrni kolač titanove sadre. V taki obliki, glede na razpoložljivo opremo naših cementarn, ni primerna za doziranje v cementni mlin. Za cementarne bi bila trenutno najprimernejša trdna kosovna oblika, da bi jo lahko deponirali, z njo manipulirali in dozirali tako kot naravno sadro. Seveda bi bilo dodajanje sadre v mlin v praškasti obliki bistveno cenejše pri predelavi sadre, za cementarne pa bi to pomenilo dolo­ čene investicije v skladiščne zmogljivosti in dozirne na­ prave. V kosovno obliko je titanov filtrni kolač mogoče predelati na več načinov; preizkusili smo tri: - z granuliranjem, - z briketiranjem, - z ekstrudiranjem. 6.1. GRANULIRANJE Titanov filtrni kolač je po eni strani premoker za granulira- nje, po drugi strani pa sadra sama z granuliranjem ne more dati zadostne trdnosti granul. Treba ji je dodajati suho vezno komponento. Ta mora biti izbrana tako, da - dodana skupaj s sadro - ne škoduje kakovosti cementa. Pri raziskavah smo uporabljali cement, elektrofiltrski pe­ pel, hidrirano apno in titanovo sadro, predhodno praženo v polhidrat. Z granuliranjem v polindustrijskem granulir- nem krožniku smo dobili različno kakovost granul, naj­ boljše rezultate pa je dalo granuliranje z mavcem. Karak­ teristike granulirane sadre so podane v preglednici 6. Gostota granul je 1,3-1,6 g/cm3, so primerno trdne za normalno manipuliranje in transport, niso pa odporne na odprti deponiji proti vplivu atmosferilij (dež, zmrzal). Preglednica 6. Karakteristike kosovne titanove sadre Postopek Oblika Gostotag/cm3 Obstojnost Granuliranje granule 1,3-1,6 slabša Briketiranje briketi 2,1 dobra Ekstrudiranje valjčki 1,8 slabša Naravna sadra kosi 2,3 dobra Pri tem pa je izjemno pomembna pravilna izbira procesa sušenja, saj moramo s sušenjem pri razmeroma visokih temperaturah, potrebnih za določeno količino sadre, ki bi jo bilo treba predelati, preprečiti dehidracijo kristalne vode. Ta se namreč začne že pri temperaturi 45 °C. Krivulje sušenja kemične sadre so prikazane na sliki 8. Za tako sušenje bi bil najprimernejši hitri sušilnik z razmetavanjem delcev sadre, kakor je prikazano na sliki 9. moker filtrni kolač ♦ Slika 9. Sušilnik za sušenje filtrnega kolača kemične sadre Shema briketiranja je prikazana na sliki 10. suha sadra - dodajanje 6.2. BRIKETIRANJE Briketirajo se suhi ali le malo vlažni materiali; taka predelava zato terja predhodno sušenje filtrnega kolača. Slika 8. Krivulje sušenja kemične sadre v odvisnosti od temperature in časa o ° Q O o O briketi sadre Slika 10. Shema briketiranja suhe titanove sadre Na osnovi ugodnih laboratorijskih rezultatov briketiranja je bil napravljen polindustrijski preizkus pri firmi Knauf v Iphofnu v Zahodni Nemčiji. Briketi imajo gostoto 2,1 g/cm3, kar je zelo blizu gostoti raščene naravne sadre; so čvrsti in odporni proti atmosferilijam. Zaradi velikih pritiskov pri briketiranju pride celo do preorientiranja kristalov sadre, tako da dobi kemična sadra obliko raščene naravne sadre, kar je prikazano na slikah 11 in 12. Slika 12. Prerez kosovne naravne sadre - SEM 6.3. EKSTRUDIRANJE Princip delovanja ekstrudiranja je prikazan na sliki 13. S stiskalni valjvlažna sadra noz podložna plošča valjčki^" v \ \ n Slika 13. Shema ekstrudiranja kemične sadre Ekstrudiranje poteka optimalno pri vlagi med 8 in 15%, zato je treba titanov filtrni kolač pred ekstrudiranjem osušiti za okrog 30%, nato pa po potrebi sušiti tudi ekstrudirane valjčke. Osušeni kosi so še dokaj trdni, dosežena gostota je okoli 1,8 g/cm3, vendar prav tako kot granule niso dolgo odporni proti atmosferilijam. Pri suše­ nju že ekstrudirane sadre je - tako kakor je bilo že omenjeno - pomembno, da ne pride do dehidracije kemično vezane vode; ta namreč terja posebej eksaktno tehnologijo sušenja. 7. SKLEP S študijo o možnosti uporabe odpadne titanove sadre iz Cinkarne Celje smo ugotovili, da je le-ta enakovredno nadomestilo naravne sadre za regulacijo vezanja port­ landskega cementa. Je celo stalnejše kakovosti od na­ ravne sadre, kakršno dobivajo naše cementarne. Zato ne terja tako pogoste korekcije doziranja, da bi bila zagotov­ ljena enakomerna količina S03 v cementu. S primerno predelavo jo je mogoče pripraviti v kosovno obliko, tako da je najugodnejša za proizvajalce cementa. Poizkusi so pokazali, da je za titanovo sadro verjetno najboljši postopek briketiranje, saj dobimo tako po kemični sestavi, trdoti kakor tudi po obstojnosti proti atmosferilijam najboljšo kakovost. Slika 14. Briketi titanove sadre, proizvedeni v firmi Knauf, Iphofen Poleg tega smo z informativnimi preiskavami ugotovili, da je taka oblika titanove sadre, ki je v nekem smislu prekristalizirana, zelo primerna za nadaljnjo predelavo v a in ß-mavec ter anhidrit. Mavec, pridobljen iz briketov, terja za enako plastičnost bistveno manj vode kakor finozrnati mavec, pridobljen neposredno s praženjem osušenega filtrnega kolača, kar bistveno izboljša kakovost obeh, mavca in anhidrita. Slika 11. Prerez briketa titanove sadre - SEM LITERATURA 1. S. Drolje: Fosfor gips kao regulator vezivanja pri hidrataciji portland cementa, VI. strokovno posvetovanje proizvajalcev cementa, Portorož 1974, objavljeno v Zborniku del ZRMK, str. 16-20. 2. Cinkarna Celje: Ekološka sanacija Cinkarne Celje, jan. 1986. 3. Cinkarna Celje: Povzetek dolgoročnega plana Cinkarne Celje, febr. 1986. 4. D. Dimic, S. Drolje, J. Šuput, M. Pelan, D. Podpečan, S. Ojdanić, V. Ružič: Študija o uporabi odpadne titanove sadre iz Cinkarne Celje v proizvodnji cementa. Raziskovalna naloga št. 03110008, 1986, 68 str. 5. D. Dimic, M. Orel, M. Gspan: Pridobivanje gipsa iz procesa dvofazne nevtralizacije, ZRMK, Ljubljana 1984, 45 str. 6. K. Weterings: The utilisation of Phosphogypsum, The Fert. Soc. Proč. 208, 1982. 7. Uradni list SFRJ, št. 32/79, Pravilnik 10, 12. člen. 13 LET RAZVOJA NA PODROČJU TEMPERATURNO OBSTOJNIH IZOLACIJSKIH MATERIALOV UDK 699.82:65.012.12 JURIJ ŠOBA, ANDREJ ELERŠEK, MIHAELA KOVAČEVIČ POVZETEK Članek obravnava materiale za toplotno izoliranje industrijskih naprav, ki smo jih na ZRMK razvijali v zadnjih 13 letih. Predstavljene so plošče na osnovi mineralnih vlaken za uporabo pri temperaturah 1000° in 1250 °C ter izolacijski mulitni oblikovanci za uporabo pri temperaturah do 1400 °C. Na kratko so prikazane preiskave teh materialov za naročnike. Predstavljeni so tudi računalniški programi za konstruiranje toplotnih naprav. 13 YEARS OF DEVELOPMENT OF HIGH-TEMPERATURE RESISTANT INSULATING MATERIALS SUMMARY The paper deals with the development, at ZRMK, over the past 13 years, of materials for the thermal insulation of industrial equipment. Mineral-fiber insulating boards for use at temperatures of 1000 and 1250 °C are described. Lightweight mullite mouldings for use at temperatures of up to 1400°C, too, are presented. A brief discussion of standardised and special test methods for these materials, for the needs of customers, is also given. Finally, a survey of computer software developed for the design of thermally insulating industrial equipment is provided. 1. UVOD Materiali za toplotno izoliranje industrijskih toplotnih na­ prav, predvsem peči, doživljajo podobno kakor drugi materiali v zadnjih letih pospešen razvoj. Razlog za to je razumljiv: varčevanje z energijo. Posebno pri visokih temperaturah lahko prihranimo veliko energije z izbiro ustreznih materialov, z njihovo pravilno vgraditvijo in z energetsko napravo, ki je v celoti pravilno zasnovana. Avtorji: mag. Jurij Šoba, dipl. inž. kem., višji razisk. sodel. - Andrej Eleršek, dipl. inž. stroj., razisk. svetnik - mag. Mihaela Kovačevič, dipl. inž. kem., razisk. svetnik Na ZRMK, Oddelku za keramiko, smo se zadnje desetletje intenzivneje ukvarjali s to problematiko. V tem sestavku prikazujemo nekatere rezultate dosedanjega dela in naka­ zujemo nadaljnji razvoj na tem področju. 2. MATERIALI, KI JIH RAZVIJAMO NA ZRMK 2.1. TOPLOTNOIZOLACIJSKE PLOŠČE TG V sodelovanju s TERMIKO Ljubljana smo v letu 1984 začeli razvijati toplotnoizolacijske plošče na osnovi ka­ mene volne TERVOL in gline z oznako TG. Motiv za te poskuse je bila poraba odpadnega granulata kamene volne pri razrezu izolacij iz TERVOLA. Plošče izdelujemo po mokrem postopku vakuumskega oblikovanja. Po suše­ nju in žganju surovcev nastane lahek in trden material. Osnovni proizvod so plošče formata 50 x 50 x 5 cm s prostorninsko maso okoli 500 kg/m3. Uporabne so do temperature največ 980 °C pri blagih hitrostih segrevanja in ohlajanja. Lastnosti materiala TG so prikazane v preglednici 1. Preglednica 1. Osnovne lastnosti izolacijskega materiala TG poroznost (vol. %) 75 prostorninska masa (kg/m3) 500 upogibna trdnost (MPa) 1,5 tlačna trdnost (MPA) 3,0 toplotna prevodnost (W/mK) pri: 20 °C 0,12 200 °C 0,17 400 °C 0,22 600 °C 0,26 900 °C 0,31 naknadni skrček 12 h/980°C (%) 0,0 zmehčišče (°C) 1060 Plošče priporočamo za specialne aplikacije, kot je npr. zaščita bolj občutljivih slojev pred korozijo agresivnih atmosfer (npr. S02). Za proizvodnjo materiala TG je bila izdelana tudi prelimi­ narna tehnološka študija za količino 1000 m3 na leto, ki jo lahko ponudimo kot nov program. Nekatere aplikacije plošč TG: - izolacijski sloji v vagončkih tunelnih peči za žganje sanitarne keramike in keramičnih ploščic. Vgrajena sta bila dva vagončka v Jugokeramiki Zagreb in en vagonček v Keramiki Gorenje; - izolacije vzdrževalnih peči za talino aluminija s kapaci­ teto 1 do 3 t, ki jih izdeluje tovarna Stroj, Radlje ob Dravi. Plošče TG ščitijo sloje kalcijeve silikatne izolacije pred korozijo agresivnih plinov; - podložni sloj v dvižnem dnu komorne peči za žganje kremenčevih izlivkov v tovarni Exoterm Kranj. 2.2. TOPLOTNOIZOLACIJSKI MATERIAL IZOKER 2.2.1. Izdelava in asortiment Z nadaljnjim razvojem postopka smo začeli proizvajati tudi toplotnoizolacijski material na osnovi keramičnih vlaken s prostorninsko maso okoli 500 kg/m3. Z njim dosegamo temperaturo uporabe do 1250 °C. Osnovna surovina so keramična vlakna z 42 % Al20 3 s klasifikacijsko tempera­ turo 1260 °C, proizvedena doma ali uvožena. Lahko pa uporabljamo tudi vlakna z višjimi klasifikacijskimi tempera­ turami. Osnovna oblika materiala so plošče 50 x 50 x 5 cm, ki jih naročniki sami vgrajujejo. Izdelamo pa lahko tudi formate do 90 x 50 cm in debeline do 10 cm. Nadalje izdelujemo specialne oblikovance zahtevnejših oblik, za katere pa je treba pripraviti posebne kalupe. Slika 1. Izolacijske plošče IZOKER KVG Posebna vrsta izdelka so grelni moduli IZOKER. V plošče iz keramičnih vlaken so tik pod površino vgrajene spiralne grelne žice. Moduli se vgradijo v stene peči, grelne spirale pa se priključijo na električno napetost. Temperatura uporabe teh modulov je do 1200 °C. Na slikah 1, 2 in 3 je prikazan asortiment izdelkov iz materiala IZOKER. Slika 2. Izolacijski oblikovanci, dobljeni v posebnih kalupih ter z rezanjem in lepljenjem p?>V H--; t V;^ i*rt»yaw1)&,1,4)C - - '.■{■' • ' *“ <• ^ . ** ^ * * * * » » ^ . ^ ] Z modifikacijo postopka vakuumskega oblikovanja smo v novejšem času dobili posebno homogen in bolj izolativen tip materiala IZOKER. Njegove lastnosti so v primerjavi s prvotno težjo izvedbo podane v preglednici 2. 2.2.2. Lastnosti in aplikacije materiala IZOKER Preglednica 2. Osnovne lastnosti materiala IZOKER v težji in lažji izvedbi poroznost (vol. %) 75 80 prostorninska masa (kg/m3) 500 350 upogibna trdnost (MPa) 1,5 0,7 tlačna trdnost (MPa) 2,5 1,3 toplotna prevodnost (W/mK) pri: 20 °C 0,12 0,08 200 °C 0,17 0,10 400 °C 0,22 0,12 600 °C 0,26 0,17 800 °C / 0,20 900 °C 0,31 / naknadni skrček (%) pri: 12 h/1260 °C / 0,5 4h/1340°C 0,8 / Slika 3. Grelni modul IZOKER Material proizvajamo v pilotnem merilu že več kot tri leta. Njegove aplikacije so zelo raznolike in jih najbolje ponazar­ jajo nekateri primeri. - Obloga peči za preiskave požarne odpornosti konstruk­ cij na ZRMK. Slika 4. Komora peči za po­ žarne preiskave na ZRMK Gre za obzidavo komore 4 x 3 x 1,8 m s ploščami IZOKER KVG s stopničastimi stranskimi ploskvami, da se med seboj tesno prilegajo. Sidrane so s prokron sidri. Temperatura se med preiskavo dviguje po standardni požarni krivulji do 1200 °C oziroma dokler se preizkušana konstrukcija ne poruši. To je primer obloge, ki obratuje v najtežjih pogojih; ob koncu preiskave se strop podre in peč je izpostavljena nagli ohladitvi. Pokazalo se je, da so homogene, kakovostno izdelane in pravilno vgrajene plošče zdržale prek 25 preiskav. - Obloga pokrova za predgrevanje ponove v Železarni Ravne. To je primer stropne montaže plošč 50 x 50 x 5 cm s prokron sidri. Temperatura dosega do 1300 °C, zato jih je treba menjavati na pol leta. S tako izvedbo obloge smo nadomestili dosedanji način oblaganja s keramičnim filcem, ki je imel mnogo krajši rok trajanja. - Vrhnja plošča pomičnega dna komorne peči v tovarni Exoterm Kranj. Aplikacija je zanimiva zato, ker je bila plošča izdelana iz dveh kosov formata 90 x 90 x 8 cm, naloženih drug na drugega. Material je vzdržal 270 odpiranj peči pri 1150 °C, kar pomeni temperaturni padec na temperaturo okolice. Na plošče nalagajo surovce za žganje, zato morajo biti še posebno odporne proti obrabi. - Električno ogrevane peči za toplotno obdelavo kovin do 1100 °C. Tovarna Rade Končar - Elektrotermija, Sesvetski Kralje- vec, vgrajuje plošče IZOKER KVG na vroči strani stene med Samotnimi stebrički, ki so hkrati nosilci grelnih špiral. Izolacijske plošče so za Spiralami pasovno toplotno obre­ menjene s temperaturo, ki je za 50 do 100 °C višja od temperature v notranjosti. Za svoje potrebe so razvili še več načinov vgrajevanja, npr. v strop ali pa v vrata periodično obratujočih peči, kjer so bolj izpostavljene hitrim temperaturnim spremembam. - Obloga grelnega dela avtomata za ulivanje cinkovih odlitkov. Gre za oblogo manjšega formata 70 x 40 x 50 cm, ki je izpostavljena močnemu kratkotrajnemu segrevanju z močjo 31,5 kW ob zagonu ter relativno nizki obratovalni temperaturi - okoli 650 °C. Te pečice izdeluje Kovinopla­ stika Lož. - Obroči za tesnjenje ležajev potisne ogrevne peči Allino v Železarni Ravne. Najvišja temperatura v peči je 1250 °C. Za te oblikovance je bilo treba izdelati specialne kalupe za vakuumsko oblikovanje. Izdelek je nadomestilo za uvožene obliko­ vance Plibrico. Prerez valjastega oblikovanca in detajl vgraditve v steni peči sta prikazana na sliki 5. - Obloga tunelske pečice za predgrevanje izkovka, se­ stavljena iz natančno nalegajočih segmentov, ki tvorijo zahtevani profil tunela. Zaradi velike hitrosti ogrevnih plinov pri temperaturah do največ 1200 °C je notranjost izpostavljena močni eroziji pa tudi hitremu porastu temperature ob zagonu peči. Do sedaj smo izdelali tri nize segmentov za tri peči, od katerih so zadnji prevlečeni z dobro oprijemajočim se zaščitnim premazom. Dve peči obratujeta pri naročniku več kot eno leto. Na sliki 2 je v desnem zgornjem kotu prikazan segment tunelske obloge. Slika 5. Prerez oblikovanca za zaščito ležajev valjev potisne peči in detajl vgradnje teh oblikovancev 2.3. OGNJEVZDRŽNI IZOLACIJSKI MULITNI ODLIKOVANCI Tehnološki postopek za izdelavo surove mase in za izdelavo ognjevzdržnih izolacijskih mulitnih oblikovancev smo razvili v letih 1976 in 1977. Po zahtevah standarda JUS B.D6.210 spadajo med izdelke z visoko vsebnostjo Al20 3. Danes jih po našem postopku izdeluje KIP Ljublja­ na. Oblikovance različnih oblik in dimenzij oblikujejo po polsu­ hem postopku na hidravličnih stiskalnicah, nato pa jih sušijo in žgejo pri določeni temperaturi. Kakovost obliko­ vancev in njihova temperatura uporabe sta odvisni od temperature prvega žganja. Lastnosti oblikovancev, ki jih izdeluje KIP, so podane v preglednici 3. Preglednica 3. Lastnosti lahkih ognjevzdržnih oblikovancev »LMO« delež Al20 3 (m. %) 73 mineraloški sestav mulit, korund prostorninska masa (kg/m3) 1100 tlačna trdnost (MPa) 3,8 prava poroznost (%) 65 naknadni skrček pri 1400°C (%) 1,7 vrednost ta pri 0,05 MPa (°C) 1400 zmehčišče (°C) 1780 toplotna prevodnost (W/mK) pri: 25 °C 0,247 260 °C 0,280 590 °C 0,252 930 °C 0,357 1300°C 0,406 Zaradi omejene kapacitete proizvodnje izdeluje danes KIP okrog 130.000 kosov oblikovancev različnih oblik na leto. Oblikovanci se vgrajujejo v razne toplotne agregate kot izolacijski sloj ali kot direktno delovni sloj, kjer ni kontakta s tekočimi talinami in z žlindrami. Uporabljeni so bili v raznih komornih pečeh, tunelskih in rotacijskih pečeh, v toplotnih agregatih za lesno industrijo ter v jeklarskih ponovcah. 3. PREISKAVE TOPLOTNOIZOLACIJSKIH MATERIALOV ZA NAROČNIKE S sodelovanjem več oddelkov na ZRMK lahko po zahte­ vah standardov opravimo vse osnovne preiskave tempera­ turno obstojnih toplotnoizolacijskih materialov, z izjemo toplotne prevodnosti, ki jo lahko merimo le do 600 °C. Te preiskave so v glavnem zajete v preglednicah od 1 do 4. Lahko pa izvajamo tudi nestandardizirane preiskave in raziskave, ki jih razvijamo s sodelovanjem naročnikov bodisi ob uvajanju novih proizvodov bodisi ob težavah pri aplikacijah. Tako, na primer, pri lahki izolacijski opeki namesto določa­ nja vrednosti ta, ki so bile izmerjene v Železarni Jesenice, danes uporabljamo metodo določanja ognjevzdržnosti pod tlakom 0,05 MPa na aparaturi NETZSCH. Določamo temperature, pri katerih se vzorec skrči za 0,5, 1,0, 2,0 in 5,0 %. Na isti aparaturi merimo tudi deformacije lezenja vzorcev pri konstantni temperaturi in tlaku. Pogoste so tudi dilatometrične preiskave v območju 20 do 1000 °C. Poleg tega opravljamo še nekatere specialne preiskave, npr. obnašanje ognjevzdržnih materialov v stiku z žlin­ drami itd. Drugi primer razširjenih preiskav so bila preizkušanja materiala APLAM za naročnika SALONIT Anhovo v letu 1988 v okviru raziskav pri PORS 06 - Graditeljstvo. APLAM je mikroporozni in brezazbestno mikroarmirani kalcijev silikat z velikim deležem ksonotlita. S predhodnimi preiskavami smo določili njegove lastnosti za tržno dekla­ riranje, ki jih navajamo v preglednici 4. Preglednica 4. Lastnosti toplotnoizolacijskega materiala APLAM prostorninska masa (kg/m3) 240 upogibna trdnost (MPa) 0,8 klasifikacijska temperatura (to je temperatura, pri kateri je skrček v 24 urah manjši ali enak 2 %) (°C) 930 toplotna prevodnost (W/mK) pri: 20 °C 0,052 100 °C 0,062 300 °C 0,088 600 °C_________________________________ 0,151 S posebnimi preiskavami smo dodatno pojasnili obnaša­ nje tega materiala pri povišanih temperaturah. Tako so dilatometrične preiskave pokazale, da je pri temperaturi 720 do 780 °C skrčenje od 0,5 do 0,7% in je povezano z oddajanjem kristalno vezane vode. S preiskavo og­ njevzdržnosti pod tlakom 0,05 MPa smo potrdili pojav skrčenja, opazili pa smo tudi, da se med 800 in 900 °C krčenje ustavi, od 950 °C dalje pa material začne naglo popuščati zaradi mehčanja. Določali smo tudi upogibno deformacijo v vročem pri blagi dodatni obremenitvi k lastni teži. Ugotovili smo, da se kritični poveš pojavi šele pri 950 °C. 4. RAZVOJ PROGRAMSKE OPREME ZA NAČRTOVANJE KONSTRUKCIJ STEN TOPLOTNIH NAPRAV S pohodom računalništva je postalo načrtovanje konstruk­ cij sten toplotnih naprav nepogrešljivo za vsakogar, ki se ukvarja z aplikacijami toplotnoizolacijskih materialov. Stro­ kovna literatura navaja, da bi sodobni konstrukterji toplot­ nih naprav potrebovali naslednje vrste programske opre­ me: datoteko ognjevzdržnih materialov po vrstah in lastno­ stih (predvsem prostorninska masa, specifična teža, to­ plotna prevodnost v odvisnosti od temperature, specifična toplota, klasifikacijska in uporabna temperatura), podpro­ grame z obratovalnimi pogoji toplotnih naprav (npr. poteki temperature pri obratovanju) ter programe za toplotne izračune konstrukcij, npr. za prehod toplote pri stacionar­ nem stanju v zraku in v plinih za ravne in krožne sestavljene stene, za prehod toplote pri nestacionarnem stanju v zraku, za računanje napetosti in deformacij materialov zaradi segrevanja itd. Na Oddelku za keramiko smo do sedaj razvili naslednje programe: - program za izračunavanje poteka temperature in toplot­ nega toka v večslojni ravni steni pri stacionarnem stanju v zraku. Program vsebuje datoteko s funkcijami odvisnosti toplotne prevodnosti od temperature za razne materiale; - program za izračunavanje poteka temperature in toplot­ nega toka v sestavljeni ravni ali krožni steni za največ pet slojev pri stacionarnem stanju v zraku. Odvisnost toplotne prevodnosti od temperature je linearna in se vzpostavi z vnosom dveh parov vrednosti - toplotna prevodnost, temperatura - za dani material; - program za izračunavanje poteka temperature v odvis­ nosti od časa in debeline stene iz enega samega materiala - program za izračunavanje nestacionarnega prehoda toplote skozi sestavljeno steno (nptsss), ki je enak prejš­ njemu, le za 5-slojno steno. Temperatura na vroči strani poteka po obratovalni krivulji peči. Toplotne prevodnosti in specifične toplote so zaenkrat konstantne. Rezultat takega izračuna je prikazan na sliki 6. 5. SKLEP Iz opisanega je razvidno, da smo sredi intenzivnega razvoja na področju izolacijskih materialov za aplikacije pri višjih temperaturah tako glede samih materialov kakor tudi dimenzioniranja konstrukcij. Pri razmeroma majhnem številu strokovnjakov, ki se ukvarjajo s to problematiko, gre za proces, ki bo zahteval še veliko časa in naporov. Osnovne usmeritve dela v prihodnosti pa so: - razvoj prefabriciranih oblikovancev iz keramičnih vlaken za modularno gradnjo toplotnih naprav, - razvoj mikroporoznih lahkih betonov in opek za tempe­ rature nad 1200 °C, - dopolnjevanje računalniške datoteke o ognjevzdržnih materialih in priprava zahtevnejših računalniških progra­ mov. LITERATURA Elaborati pri RSS in PORS: J. Šoba, S. Drolje, A. Eleršek, E. Mali: Tehnološki proces proizvodnje izolacijskih plošč na osnovi mineralne volne. Po pogodbi PORS-03/2586 z dne 18. 7. 1985. A. Eleršek, J. Šoba, J. Požun, M. Žaucer, E. Kladnik, Z. Stadler: Določanje tehnoloških parametrov, osnove za projektiranje proizvodnje toplotnoizolacijskih izdelkov. Program za pospeševanje priprave in prenosa raziskovalnih dosežkov v družbeno prakso, pogodba A1-0201 z dne 28. 5. 1985. J. Šoba, A. Eleršek, H. Mikuž: Izolacijski izdelki na osnovi temperaturno obstojnih vlaken. PORS-06, DN 258/86 (1986). J. Šoba, A. Eleršek, M. Golobič, H. Mikuž: Problematika krčenja izdelkov iz keramičnih vlaken pod vplivom temperature. PORS-06, DN 309/87 (1987). J. Šoba, A. Eleršek, M. Golobič, H. Mikuž: Večslojni izolacijski sistemi za gradnjo toplotnih naprav. PORS-06, DN 563/88 (1988). Referati: Z. Stadler, A. Eleršek, J. Šoba, M. Žaucer: Toplotno izolacioni keramički materijal (poster). V. simpozijum keramičara Jugoslavije, Kupari, april 1986. I J. Šoba, Z. Stadler, A. Eleršek, M. Žaucer: Neues Material auf der Basis von Steinwollefasern. 6. Internazionale Mineralwolletagung Magdeburg, DDR, januar 1987. J. Šoba: Linear Shrinkage of Thermal Insulating Composites Ceramic Fibres - Refractory Fillers after Heating. III. konferenca o toplotnoizolacijskih ognjevzdržnih materialih, Usti nad Labern, CSSR, September 1988. Članki: J. Šoba, A. Eleršek, M. Žaucer, Z. Stadler: Neues Material auf der Basis von Steinwollefasern: Baustoffindustrie, 1987, Nr. 1, str. 27-28. J. Šoba, A. Eleršek, H. Mikuž: Toplotnoizolacijski materiali na osnovi mineralnih vlaken za uporabo pri višjih temperaturah. Informacije ZRMK št. 277, maj-junij 1987. Strokovni elaborati: J. Šoba, J. Urbas, A. Eleršek, M. Kavčič, H. Mikuž: Ognjestalna obloga horizontalne peči za preiskave ognjeodpornosti gradbenih elementov na ZRMK. DN 1143/84. Patenti: Št. 524/84, M. Ferjan, D. Makarovič, E. Mali, S. Drolje, A. Eleršek, J. Šoba, E. Kladnik, Z. Stadler, M. Žaucer: Porozen keramičen material (26. 3. 1984). Nagrade: Zlata plaketa kakovosti za izolacijske plošče iz mineralnih vlaken, Jugoslovanski sejem gradbeništva in gradbenih materialov z mednarodno udeležbo Gornja Radgona 1985. Nagrada Sklada Borisa Kidriča za vrhunski dosežek na področju izumov in tehničnih izboljšav v letu 1988 z naslovom Toplotnoizolacijski keramični material. ter akumulacije toplote v njej v odvisnosti od časa. Toplotna prevodnost je neodvisna od temperature; Slika 6. Primerjava potekov temperature v 4-slojni steni, izračunanih s programom »nptsss«, s poteki iz literature. Na vroči strani temperatura narašča za 1500 °C v 24 urah GRADBENOFIZIKALNA PROBLEMATIKA ZGRADB PRI NAS POVZETEK Gradbena fizika je mlada veja gradbeništva, ki si kljub pomenu še ni zagotovila ustrezne veljave. Posledica tega je, da mnoge naše zgradbe prehitro propadajo ali porabljajo preveč energije, bivalni in delovni pogoji v njih pa pogosto niso ugodni ali pa so celo nezdravi. Razmere bo mogoče izboljšati z izpopolnjevanjem znanja na tem področju, z razširitvijo raziskovalnega dela, dopolnitvijo predpisov in s sodobnejšimi načini dela v vseh fazah nastajanja zgradbe, od razvoja materialov in sistemov prek projektiranja ter nadzora pa do izvedbe same. THE PROBLEMS OF BUILDING PHYSICS IN THE BUILDINGS OF SLOVENIA Building physics, sometimes known as the “internal environment”, is a relatively young science in the building industry, upon which sufficient emphasis has not yet placed. As a result, many of our buildings deteriorate at an unexpectedly rapid rate, or else they use up too much energy. The living and working conditions inside this buildings are frequently unsatisfactory, and sometimes bad for their occupants’ health. Conditions will be improved by the increase of knowledge in this field, the broadening of research work, and the improvement of existing technical regulations, as well as through better methods of work at all stages of the erection of a building, from the development of materials and systems through to design, inspection control and actual construction. UVOD Delavci Zavoda za raziskavo materiala in konstrukcij s področja gradbene fizike se vsak dan ukvarjamo z gradbenofizikalnimi problemi naših zgradb. Ljudje, ki v teh zgradbah prebivajo ali delajo, se v njih pogosto ne počutijo dobro ali pa so celo zdravstveno ogroženi. Motijo jih previsoke ali prenizke temperature zraka, nizke temperature obodnih površin, prepih, vlaga, plesen, hrup iz okolice ali hrup, ki nastaja v zgradbi, itd. Poraba energije za ogrevanje je pogosto kljub nizkim temperaturam v zgradbi prevelika. Nepravilno zasnovane ali izvedene zgradbe hitro propadajo. Vzroki za to so različni: zamakanje skozi strehe, fasade, stavbno pohištvo ter talne hidroizolacije, kondenzacija vode na mestih, kjer le-ta ni zaželena, pretirano temperaturno delovanje posameznih konstrukcijskih elementov. Vprašljiva je tudi požarna zaščita naših zgradb, saj nam je znano, da pogosto niso zgrajene po veljavnih predpisih oz. doseženem nivoju znanja na tem področju. Gradbenofizikalni problemi naših zgradb so pogosto tako zapleteni, da se je treba lotiti sanacij, ki so praviloma tehnično zelo zahtevne in zato tudi drage. Vsako leto porabimo za tovrstne sanacije ogromna sredstva, večja kot na katerem koli drugem področju gradbeništva. Večja od teh pa je prav gotovo posredna škoda, ki se kaže v slabšem počutju, zdravstvenem stanju in delovni sposobnosti ljudi, preveliki porabi energije, hitrem propadanju zgradb, težjih poškodbah zaradi požarov, povečani ekološki onesnaženosti. V nadaljevanju članka želimo opisati stanje, kakršno je pri nas na posameznih področjih gradbene fizike, in navesti vzroke za navedene težave. Poleg tega želimo nakazati tudi rešitve iz tega stanja. TOPLOTNA ZAŠČITA ZGRADB UDK 69.01:53.05 JELKA LEBAR Za ohranitev rezerv energijskih virov se tudi v gradbeni­ štvu iščejo vedno nove poti za racionalizacijo njihove porabe. V tako pretehtano rabo energije nas silijo tudi njene vedno višje cene. Premišljena poraba energije pa ne pomeni zmanjšanja njene porabe za vsako ceno na račun zaviranja celotnega razvoja ali znižanja bivalnega standarda. Treba jo je uporabljati tako, da z manjšo količino energije dosežemo enak ali celo večji učinek. S stališča gradbene fizike nas zanimajo predvsem načini zmanjšanja porabe konvencionalnih oblik energije, ki jo porabimo za ogrevanje, ne da bi se pri tem poslabšala klima v prostoru. Nekateri načini za doseganje tega cilja so: - pridobivanje toplote hkrati z električno energijo (toplar­ ne), - izkoriščanje obnovljivih virov energije (energija sonč­ nega sevanja, bioenergija, toplotne črpalke), - uporaba čim bolj ekonomičnih sistemov ogrevanja, - zmanjšanje porabe toplotne energije v objektih. Dejavniki, ki vplivajo na skupno porabo energije za ogre­ vanje (hlajenje - klimatizacijo) nekega objekta, so: - okolje (sončno sevanje, zunanje temperature, veter), - konstrukcijska zasnova objekta in njegova orientacija (arhitektonska zasnova, toplotna prehodnost in akumula- tivnost obodnih konstrukcij, delež prosojnih elementov in njihova energijska prepustnost, izmenjava zraka), - uporaba objekta (želena klima v objektu, način ogreva­ nja, vrsta ogrevanja, regulacija). Vsi dejavniki konstrukcijske zasnove objekta so obravna­ vani v standardu JUS U.J5.600 - Tehnične zahteve za projektiranje in gradnjo stavb (1987). To je razširjena in dopolnjena verzija standarda iz leta 1980. Standard je bistveno izpopolnjen v poglavjih o toplotni zaščiti objektov. Zahteve po toplotni izolativnosti posameznih obodnih konstrukcij v glavnem niso bistveno drugačne. Nova pa je za širši jugoslovanski prostor omejitev specifičnih toplot­ nih izgub objekta (toplotne izgube, preračunane na pro­ stornino objekta). Predpisana sta dva kriterija: - kriterij največjih dovoljenih toplotnih izgub zaradi pre­ hoda toplote skozi obodne konstrukcije, - kriterij največjih dovoljenih toplotnih izgub zaradi izme­ njave zraka v objektu. Prvi kriterij je odvisen samo od faktorja oblike, tj. razmerja med obodnimi površinami in prostornino objekta. S tem je projektantom dana večja svoboda pri oblikovanju in Avtor: Jelka Lebar, dipl. inž. fiz., višji razisk. sodel. izbiri konstrukcij. Glede na vizualno zasnovo objekta je mogoče določiti največje dopustne toplotne izgube zaradi prehoda toplote skozi obodne površine zgradbe in s tem srednjo toplotno prehodnost zgradbe. Z variiranjem to­ plotne prehodnosti posameznih konstrukcij v mejah, ki jih dopuščajo predpisane vrednosti k, lahko projektant poišče optimalno energetsko in ekonomsko rešitev. Zavedati pa se moramo, da je kriterij specifičnih toplotnih izgub zaradi prehoda toplote veliko ostrejši od doslej veljavnega kriterija maksimalnih vrednosti k. Tega kriterija ne moremo izpolniti niti pri geometrijsko enostavno obliko­ vanem objektu s konstrukcijami, katerih toplotna prehod­ nost je le na dovoljeni meji. Hkrati s standardom JUS U.J5.600 je izšel tudi standard JUS U.J5.510 - Metode izračuna toplotne prehodnosti v zgradbah; ta uvaja novo metodologijo izračuna toplotne prehodnosti konstrukcij. Z vpeljavo linijskih toplotnih pre­ hodnosti so pri izračunu toplotne prehodnosti posamezne gradbene konstrukcije že upoštevani vplivi geometrijskih in materialnih toplotnih mostov. Menimo, da je prav v tem poglavju standard nedorečen. Dopustiti toplotne mostove (predvsem materialne toplotne mostove) in jih upoštevati samo pri izračunu toplotne prehodnosti konstrukcije in izračunu toplotnih izgub objekta pomeni, dopustiti na določenih mestih konstrukcije izrazito nižje površinske temperature. To so potencialna mesta za pojav rosenja, zaradi katerega pa nastaja plesen. V dolgotrajnejših hladnih obdobjih se zato na notranjih površinah pojavljajo poškodbe in slabšajo bi­ valne razmere. Izračun toplotne prehodnosti konstrukcij po novi metodo­ logiji je zelo dolgotrajen. Zamudnemu računanju se je mogoče izogniti, če bi namesto zahtev po minimalni toplotni izolaciji in preračunavanju vpliva linijskih toplotnih prehodnosti v standardu postavili nove strožje zahteve za vrednosti k posameznih konstrukcij v njihovih tipičnih presekih. Hkrati je mogoče omejiti vrednosti k za mate­ rialne toplotne mostove ter njihovo površino glede na celotno konstrukcijo. S poenostavljenim izračunom bi skrajšali računsko obdelavo in s tem zagotovili zahtevano toplotno izolativnost objekta. Na osnovi naših večletnih študij menimo, da bi bilo treba zmanjšati dovoljene vred­ nosti k za 40 %-50 %, če hočemo zadovoljiti kriterij specifičnih toplotnih izgub. Priporočilo standarda, naj se toplotne izgube zmanjšajo še za nadaljnjih 30%, pa je možno izpolniti le s konstrukcijami, katerih toplotna pre­ hodnost je okrog 60 % manjša od sedaj dovoljenih vred­ nosti. Standard omejuje tudi toplotne izgube zaradi izmenjave zraka v objektu. Pri danih temperaturnih razmerah do­ pušča 0,7-kratno izmenjavo zraka na uro, preračunano na bruto prostornino objekta. Dovoljena intenziteta izme­ njave zraka ravno še zagotavlja zadovoljive higienske razmere pri normalni uporabi objekta brez večjih virov onesnaževanja in vodnih par. Iz higienskih in tudi gradbe­ nih razlogov (poškodbe konstrukcij zaradi navlaževanja) izmenjave zraka ne moremo poljubno zmanjšati. Lahko pa poskrbimo, da ne bo infiltracije hladnega zraka skozi netesne dele obodnih konstrukcij, potrebno izmenjavo zraka pa pri tem zagotovimo s kontroliranim prezračeva­ njem. Pri izboljšanju toplotne izoliranosti objektov ostajajo naj­ šibkejša mesta prosojni elementi (okna, balkonska vrata, kupole), saj se toplotna zaščita najboljših in najdražjih izvedb komaj približa minimalni toplotni zaščiti zunanjih sten. Za širšo uporabo so take rešitve ekonomsko vprašlji­ ve. Da bi zmanjšali toplotne izgube skozi okna, je njihova velikost zato omejena. Pri tem pa je zanemarjeno dejstvo, da so okna element zgradbe, ki največ prispeva k pasiv­ nemu izkoriščanju sončne energije. Glede na ekonomiko ogrevanja pozimi in preprečevanje pregrevanja poleti je treba posvetiti posebno pozornost tako razporeditvi in orientaciji oken kakor tudi vrsti zasteklitve in tipu senčil. Toplotna zaščita objekta ni pomembna samo s stališča zmanjšanja porabe energije za ogrevanje. S pravilno dimenzionirano toplotno zaščito objektov dosežemo še: - zagotovimo primerno bivalno ugodje. Za človekovo počutje v prostoru so v zimskem obdobju pomembne zlasti površinske temperature obodnih površin. Slabo počutje zaradi prenizkih površinskih temperatur lahko delno izravnamo z višjo temperaturo zraka. Vedeti pa moramo, da pomeni zvišanje temperature zraka za 1 K povečanje ogrevalnih stroškov za okrog 6 %; - povečamo trajnost konstrukcij, in sicer tako, da jih ščitimo pred prevelikimi temperaturnimi vplivi in tudi vplivi vlage. Posebno pozornost pa je treba pri projektiranju posvetiti zaščiti pred čezmernim navlaževanjem konstrukcij in ma­ terialov v njih. Toplotna izolativnost materialov je močno odvisna od stopnje navlaženosti. Povečanje vlage v kon­ strukcijah se lahko pojavi: - zaradi navlaževanja skozi zunanje površine (atmosfer­ ska in talna voda), - zaradi rosenja na notranjih površinah, - zaradi kondenzacije vodne pare v konstrukcijah (difuzij­ ski prehod vodne pare). Navlaževanje skozi zunanje površine preprečimo s pra­ vilno izbiro zaključnih ometov. Kriteriji, ki jih postavlja standard, so pomanjkljivi, saj ne upoštevajo večje ali manjše izpostavljenosti zunanjih površin objekta vetru in padavinam. Rosenje na notranjih površinah je odvisno od toplotne izolacije obodne konstrukcije in od relativne vlažnosti v zraku. V bivalnih prostorih, kjer se vlažnost zraka giblje običajno med 50% in 80% in je toplotna izolacija v mejah, ki jih predpisuje standard, rosenja ne bi smelo biti. Na žalost pa sta v zadnjih letih v številnih stanovanjskih objektih prav rosenje na obodnih površinah in z njim povezana plesen velik problem. Načrtovalci pogosto pozabijo, da je v področjih, kjer je gibanje zraka oteženo (v vogalih, za pohištvenimi elementi), treba izbolj­ šati prav toplotno izolacijo. Kondenzacijo v večslojnih konstrukcijah preprečimo s pravilno sestavo teh konstrukcij. V določenih primerih, ko se kondenzaciji v konstrukciji ne moremo izogniti, pa je treba z namestitvijo primernih parnih ovir preprečiti če­ zmerno navlaževanje toplotnoizolacijskih materialov (meja je določena s standardom). Medtem ko poudarjamo predvsem zadostno toplotno zaščito s stališča energijskega varčevanja v zimskem času, pa ostaja nekako ob strani problem primerne toplotne zaščite v poletnem obdobju. Za novejše objekte, predvsem poslovne, so značilne velike steklene površine. Te in pa poleg tega še pogosta izvedba lahkih pregradnih sten ne zagotavljajo dobre toplotne stabilnosti objekta. V vročih poletnih dneh je klima v takih prostorih podobna klimi v rastlinjakih. Za vse prizadete so take bivalne in delovne razmere neprijetne. Primerno klimo v takih objek­ tih dosežemo le z uporabo dragih naprav oz. drage energije. S pravilno konstrukcijsko zasnovo objektov in s primernimi tehničnimi ukrepi je mogoče zagotoviti ugodne tempera­ turne razmere tudi v poletnem obdobju. Problemi toplotne zaščite poleti in pozimi, energijsko varčnega ogrevanja, zaščite objektov pred navlaževanjem so tesno povezani in jih nikakor ne smemo reševati ločeno. Stične točke pa ima toplotna zaščita objektov tudi z drugimi vejami gradbene fizike, npr. z zvočno zaščito in s požarno zaščito objektov, zato je zelo pomembno, da so ta področja medsebojno pravilno usklajena. Novi standard o tehničnih zahtevah za projektiranje in grajenje stavb je v primerjavi s prvo izdajo velik napredek. Zagotavlja boljšo toplotno zaščito objekta in precej manjše toplotne izgube. Povzročil pa je tudi določene težave, predvsem projektantom, saj terja že v fazi izdelave projek­ tov za pridobitev gradbenega dovoljenja izračune, ki so vezani na zelo podrobne načrte. Čeprav je primerna toplotna zaščita novozgrajenih objek­ tov zagotovljena s predpisi, pa ostaja toplotna izolacija pretežnega dela obstoječih objektov daleč pod nivojem današnjih zahtev. Smiselno bi bilo namreč stimulirati sanacijo toplotne zaščite obstoječih stavb. Pri tem ne smemo pozabiti, da imata manjša poraba energije za ogrevanje in vrsta uporabljene energije velik vpliv tudi na onesnaževanje okolja. Prizadevati si je treba za uporabo nekonvencionalnih virov energije in za pocenitev vseh ustreznih naprav. PREVENTIVNA GRADBENA POŽARNA ZAŠČITA ZGRADB PETER ŠIMENKO Požari, ki nastajajo v gradbenih objektih, ogrožajo ljudi in inventar pa tudi zgradbe same ter njihovo okolico. Meha­ nizmi ogrožanja so večinoma znani. Če ne upoštevamo vzrokov za nastanek požarov, na katere gradbeni elementi nimajo večjega vpliva, in se posvetimo izključno nevarno­ stim zaradi medsebojnega delovanja požarov ter zgradb oz. njihovih sestavnih delov, lahko povzamemo: a) Takoj po nastanku požara se pojavi (bolj ali manj močno izražena) tendenca njegovega širjenja z mesta nastanka na okolico. Požar se običajno najprej razširi po samem prostoru, kjer je nastal, in šele nato, ko dobi zadostno moč, preskoči še na druge prostore v zgradbi ali njeni okolici. Tendenca širjenja požara je posledica sproščene požarne energije - toplote, ki se po znanih fizikalnih zakonih prenaša na okolico s konvekcijo, sevanjem in prevajanjem. Ta okolica je lahko pri tem aktivna ali pasivna; aktivna je tedaj, če sama neposredno dodaja svoj kalorični potencial in s tem povečuje požarno moč, pasivna pa, če s svojo lego, z dimenzijami in z drugimi geometrijsko snovnimi lastnostmi vpliva na razvoj in širjenje požara. b) Nastali požar spremljajo t. i. požarne veličine, kot so dim, toksični in korozivni plini ter visoke temperature. To so pravzaprav osnovni aktivni nosilci požarnih nevarnosti, ki vplivajo na okolico požara. Požarne veličine so tako po intenziteti kakor po sestavi odvisne od kemične sestave gorečih snovi in od fizikalnih pogojev gorenja. c) Da lahko govorimo o ogroženosti, morajo biti v okolici požara predmeti, občutljivi za požarne veličine. V zgrad­ bah so to predvsem ljudje, živali, inventar ter zgradbe same; vsi navedeni predstavniki požarnega okolja so brez izjeme v določeni meri občutljivi za požarne veličine. Dejanska ogroženost požarnega okolja je določena s pragom požarne občutljivosti posameznih predmetov za konkretne požarne veličine. Ta prag imenujemo »požarna odpornost«. Cilji požarne zaščite v zgradbah, ki jih določajo zakoni ali jih izberejo sami lastniki zgradb - zaradi svojih varnostnih interesov - so navadno kompromis med željo po idealni varnosti in med obstoječimi ekonomskimi ter tehničnimi možnostmi. V razvitem svetu so cilji gradbene požarne zaščite izraženi v več zahtevah, in sicer: Avtor: spec. Peter Šimenko, dipl. inž. el, višji razisk. sodel. Zgradbe morajo biti izvedene tako, - da omogočajo ljudem varen umik pred požarnimi nevar­ nostmi, - da omogočajo varno intervencijo gasilcev in reševalcev, - da ne ogrožajo okolice in tuje lastnine in - da zagotavljajo razumno zaščito inventarja. Za izpolnitev omenjenih zahtev imamo na voljo različne zaščitne ukrepe, in to: 1. požarne nevarnosti v osnovi omejimo ali odpravimo, 2. požarne nevarnosti izoliramo z odmiki ali s pregradami, 3. požarne nevarnosti nadzorujemo in jih pri povečanju odpravimo z intervencijo, 4. ogrožene objekte dimenzioniramo tako, da bo njihova požarna odpornost presegala prag intenzitete požarnih nevarnosti, 5. požarne nevarnosti zaznamo in jih s stalnim nadzorom zadržujemo v dopustnih mejah. Predvsem pri zaščitnih ukrepih v točkah 1, 2 in 4 so pomembni zlasti gradbeni požarnozaščitni ukrepi, ki jih v glavnem predstavljata izbira ustreznih gradbenih materia­ lov ter ustrezno dimenzioniranje gradbenih delov. Iz danega pregleda razpoložljivih požarnozaščitnih ukre­ pov lahko ugotovimo, da imajo lahko gradbeni požarno- preventivni ukrepi različne namene, vendar pa sta njihovi najpomembnejši vlogi preprečevanje širjenja požara ter zagotavljanje potrebne stabilnosti zgradb oz. njihovih konstrukcij v požaru. Ker se gradbeni požarnozaščitni ukrepi izvajajo izključno z izborom gradbenih materialov in z dimenzioniranjem oz. razporejanjem gradbenih delov, ostajajo vsi ti ukrepi integralni del gradbene celote za celotno življenjsko dobo objekta. Zaradi te lastnosti je objekt zaščiten v vsakem trenutku z veliko zanesljivostjo. V strokovni terminologiji jim zato pravimo »pasivni požarnozaščitni ukrepi«, med­ tem ko aktivni požarnozaščitni ukrepi sprožijo svoje za­ ščitno delovanje šele po odkritju požara, npr. vključitev požarnega alarma, avtomatsko gašenje, vklop ventilacije dimnih plinov itd. S primerno uporabo gradbenih požarnopreventivnih ukre­ pov lahko dosežemo naslednje zaščitne učinke: a) zadržanje požara in vseh njegovih škodljivih učin­ kov v požarnih odsekih, b) zgradbam zagotovimo potrebno stabilnost v poža­ ru, c) s preprečitvijo širjenja požara izven požarnih odse­ kov lahko zavarujemo evakuacijske poti pred vdorom požarnih vplivov (dima, vročine itd.), č) z zagotovitvijo ustrezne stabilnosti konstrukcije v požaru omogočimo gasilcem in reševalcem interven­ cijo brez nevarnosti predčasne zrušitve, d) s postavitvijo ustrezno požarno dimenzioniranih gradbenih delov na mejah med lastniki omogočimo zaščito sosedove lastnine in e) z omejevanjem širjenja požara in s preprečitvijo prenagle zrušitve zgradb dosežemo tudi primerno stopnjo zaščite inventarja. Spekter zaščitnih delovanj, ki jih lahko dosežemo s primerno uporabo gradbenih požarnopreventivnih ukre­ pov, je torej širok ter omogoča izpolnitev večine postavlje­ nih požarnovarnostnih ciljev. Iz povsem ekonomskih raz­ logov je te gradbene ukrepe smiselno kombinirati z aktivnimi ukrepi, vendar tako, da so temeljna zaščitna funkcija še vedno pasivni ukrepi, predvsem zaradi njihove velike zanesljivosti delovanja. Kljub širokemu spektru požarnozaščitnih možnosti, ki jih ponujata pravilna izbira in uporaba gradbenih delov, pa sta za požarnotehnično uporabnost gradbenih delov v bistvu pomembni le dve njihovi požarni lastnosti: požarna odpornost in sposobnost površinskega širjenja požara. To je razumljivo, če vemo, da kriterij požarne odpornosti opredeljuje sposobnost širjenja požara »skozi« gradbene dele (zaradi pregretja, porušitve in pregoretja), kriterij površinskega širjenja požara pa - kakor to pove že samo ime - sposobnost širjenja požara po gradbenih površinah. Obe lastnosti označujeta potencialno požarnozaščitno moč gradbenih delov za preprečevanje širjenja požara: ena v globino, druga pa po površini. Lahko rečemo, da so gradbeni elementi glede požarne zaščite toliko močnej­ ši, kolikor večja je njihova požarna odpornost in kolikor manjša je njihova sposobnost širjenja požara po površini. Na prvi pogled se morda zdi izpustitev kriterija gorljivosti za opredelitev požarnotehnične uporabnosti gradbenih delov nedopustna. Vendar pa je vzrok za tako opredelitev dejstvo, da želimo s primerno izbiro in z uporabo gradbe­ nih delov bolj vplivati na omejitev širjenja požara kakor na zmanjšanje njegove kalorične moči. Kalorična moč površinsko dobro zaščitenih gradbenih elementov se pokaže šele v kasnejših fazah požara, ko je njen prispe­ vek, v primerjavi s kalorično močjo primarnega požara, običajno zanemarljiv. Tako navaja B. W. Rogowska (iz britanske raziskovalne ustanove Fire Research Station v Borehamwoodu) v svojem članku o raziskavah prispevka gorljivih kompozitnih materialov k širjenju požara v zgrad­ bah naslednje ugotovitve: 1. Varnost ljudi v zgradbah se lahko bistveno poslabša zaradi sicer lokalnega, a intenzivnega požara, nastalega s hitrim vžigom in z razširitvijo požara prek elementov gradbenih konstrukcij, v katerih so gorljivi materiali. 2. Lahkota vžiga in hitrost sproščanja toplote na površinah lahko povzročita konice v intenzivnosti gorenja, katere lahko - čeprav kratkotrajne - povzročijo progresivno vključevanje drugih površinskih oblog. 3. Hitrost sproščanja dima in dekompozicijskih produktov, še posebej CO, lahko med začetno fazo širjenja plamena ogrozi varnost ljudi v zgradbah. 4 . Stopnjo prispevka polimernih in drugih gorljivih snovi k požaru lahko omejimo ali zadržimo s skrbno izbiro pokriv- nih površin. 5 . S skrbnim oblikovanjem gorljivih gradbenih delov lahko dosežemo, da je njihov prispevek k požarni ogroženosti zanemarljiv v primerjavi s prispevkom primarnega vira in verjetnega prispevka inventarja. Postopek dimenzioniranja gradbenih požarnopreventivnih ukrepov mora zagotavljati, da bo skupni požarni riziko, ki rezultira iz požarne ogroženosti zgradbe in inventarja, čim enakomerneje razporejen. Zato velja splošno pravilo: Čim težje so možne posledice požara, toliko varnejši morajo biti gradbeni deli pred požarom. Pri tem »varnost« oz. pravilneje »nevarnost« gradbenih delov ocenjujemo z že omenjenima kriterijema požarne odpornosti in površinskega širjenja požara. Na koncu tega kratkega pregleda o vplivu in pomenu požarnovarnostnih lastnosti gradbenih materialov ter de­ lov na požarno varnost zgradb lahko navedemo dve bistveni ugotovitvi: a) gradbeni materiali in deli lahko v določenih pogojih povečujejo ali zmanjšujejo osnovno požarno ogroženost objektov in b) gradbeni materiali in deli sami po sebi niso niti požarno slabi niti požarno dobri; njihova požarna primernost izhaja šele iz namena in načina njihove uporabe, to je od njihovega dejanskega prispevka k požarni ogroženosti v konkretnih situacijah. GRADBENA AKUSTIKA SAVO VOLOVŠEK Osnovni cilj gradbene akustike je zaščita stanovanjskih in drugih zgradb, namenjenih za bivanje ljudi, pred hru­ pom. Raziskave, ki so jih v zadnjem času opravili v nekaterih tehnološko razvitih državah so pokazale, da je okrog 60% prebivalcev v stanovanjskih zgradbah izpo­ stavljenih prevelikemu hrupu. Od tega večino (70%) moti hrup, ki prihaja v stanovanjske bivalne prostore iz okolice zgradbe, to je predvsem hrup prometa, 30% pa moti hrup iz sosednjih stanovanj in hrup hišnih inštalacij. Čeprav takih sistematičnih raziskav pri nas še nismo opravili, pa lahko na osnovi številnih preiskav zvočne zaščite zgradb in meritev hrupa v bivalnem okolju sklepamo, da nave­ dene ugotovitve tujih raziskav v veliki meri veljajo tudi za naše stanovanjske zgradbe. Ti podatki kažejo, da je zvočna zaščita zgradb pomanjkljiva in da se predpisi o zvočni zaščiti še premalo upoštevajo. Gradbena akustika obravnava predvsem na­ slednja področja: -zaščito zgradb pred hrupom, ki nastaja v zgradbi, - zaščito zgradb pred hrupom okolice (pasivno protihrupno zaščito), - prostorsko akustiko. Poleg tega sodi v gradbeno akustiko še zaščita pred hrupom v naravnem in bivalnem okolju. Čeprav je gradbena akustika razmeroma novo področje gradbene fizike, pa nam njen hiter razvoj v zadnjem času omogoča vse večjo zanesljivost pri načrtovanju zvočne zaščite zgradb in okolja. To pa je zaradi vedno večjega hrupa v okolju in zato tudi vse strožjih predpisov za zaščito pred njim vsekakor pomembno. Zvočna zaščita zgradb je pri nas predpisana s standardom JUS U.J6.201 (Ur. I. SFRJ, št. 14/82) Akustika v gradbe­ ništvu - Tehnične zahteve za projektiranje in gradnjo zgradb. Čeprav pomeni ta standard na področju predpisov o zvočni zaščiti zgradb precejšen napredek, pa je njegova uporaba v praksi pokazala več pomanjkljivosti. Zato je komisija za izdelavo standardov s področja gradbene akustike pripravila vrsto korekcij in dopolnitev tega stan­ darda, ki bodo v kratkem začele veljati. V tem članku so navedene samo tiste, ki prinašajo bistvene novosti. Velikost izolirnosti konstrukcij pred zvokom v zraku in pred udarnim zvokom se po novem ne bo več izražala z indeksi zvočne izolirnosti lz in lu, temveč z zvočno izolirnostjo Rw in nivojem udarnega zvoka Lw. Med njimi so naslednja A v to r : S a v o V o lovšek , in ž . fiz ., ra z is k . s v e tn ik razmerja: Rw = lz + 52 dB in Lw = 68 — lu. Tako bo, npr. za ločilne konstrukcije med stanovanji, kjer je zdaj predpi­ sana izolirnost pred zvokom v zraku z indeksom lz = 0 dB, po novem predpisana zvočna izolirnost Rw = 52 dB. Nov način izražanja zvočne izolirnosti konstrukcij ima v primerjavi s sedanjim več prednosti. Velikost zvočne izolirnosti bo po novem označena samo s pozitivnimi števili, kar je bolj nazorno od sedaj veljavnih indeksov, ki imajo lahko tudi negativne vrednosti. Poleg tega pa smo takega načina označevanja zvočne izolirnosti vajeni še iz preteklosti, saj so tudi stari predpisi in pravilniki opisovali velikost zvočne izolirnosti samo s pozitivnimi števili. Trdimo lahko, da je uporaba pozitivnih in negativnih indeksov zvočne izolirnosti povzročila na področju predpi­ sov več zmede kakor pa koristi. Nov način izražanja zvočne izolirnosti je tudi usklajen z večino tujih standardov in z mednarodnim standardom ISO. Nekatere zahteve po zvočni izolirnosti ločilnih konstrukcij zgradb, ki so v sedaj veljavnem standardu prevelike in zato tudi v praksi težko dosegljive, bodo v korigiranem standardu bolj prilagojene dejanskim potrebam. Tako bo, npr. zahteva po zvočni izolirnosti ločilnih sten med hotel­ skimi sobami manjša za 2 dB, enako velja tudi za stene med bolniškimi sobami v bolnišnicah. Pri ločilnih stenah med ordinacijami in ambulantami bo po novem dovoljena za 5 dB manjša zvočna izolirnost. V šolah bo za ločilne stene (z vrati) med učilnicami in hodniki dovoljena za 7 dB manjša zvočna izolirnost. Ta korekcija je bila nujna, saj sedaj predpisane zvočne izolirnosti teh sten z običajnimi konstrukcijami praktično ni mogoče doseči. Prostori, v katerih so viri hrupa (strojnice, poslovni prostori, gostinski lokali), bodo po novem razdeljeni v dve katego­ riji: - hrupni prostori, v katerih je ekvivalentna raven hrupa od 70 dB (A) do 85 dB (A), - zelo hrupni prostori, v katerih je ekvivalentna raven hrupa večja od 85 dB (A). Glede na ravni hrupa v teh prostorih bo predpisana tudi stopnja njihove zvočne zaščite. Maksimalne dovoljene ravni hrupa bodo po novem pred­ pisane tudi v nekaterih prostorih, kjer za zdaj še niso. To so hotelske sobe hotelov kategorije A in več, ordinacije ter ambulante, operacijske sobe, študijski kabineti, knjiž­ nice in čitalnice ter spalnice v vzgojno-varstvenih ustano­ vah. Poleg tega so najvišje dovoljene ravni hrupa predpi­ sane tudi za avditorije in dvorane, kot so npr. koncertne dvorane, gledališča in kinodvorane. Bistvena razlika med sedaj veljavnim in korigiranim stan­ dardom JUS U.J6.201 je tudi ta, da bosta po novem predvidena dva kakovostna razreda zvočne zaščite zgradb, in sicer minimalna zvočna zaščita in povečana zvočna zaščita. Zahteve po minimalni zvočni zaščiti so enake tistim, ki so predpisane v sedaj veljavnem standardu, pri povečani zvočni zaščiti pa mora biti izolirnost pred zvokom v zraku večja najmanj za 4 dB, pred udarnim zvokom pa najmanj za 8 dB. Razred zvočne zaščite zgradbe bo treba določiti že v projektni nalogi, projektna dokumentacija pa bo morala vsebovati dokazila, da projektirana zvočna zaščita ustreza zahtevam iz projektne naloge. Poleg tega bo v korigiranem standardu tudi jasno določeno, da je treba za vsako novozgrajeno ali rekonstruirano zgradbo ustrez­ nost zvočne zaščite dokazati z meritvami. Pasivna zaščita zgradb pred hrupom v okolju, to je zvočna izolirnost zunanjih sten (konstrukcijskih delov, oken in balkonkih vrat), v naših standardih ni eksplicitno predpisa­ na. Predpisane so samo maksimalne dovoljene ravni hrupa v bivalnih prostorih. Zato je treba zvočno izolirnost zunanjih sten določiti za vsako zgradbo posebej in jo predpisati v projektni dokumentaciji. Pri tem je treba upoštevati raven in spekter hrupa v okolici zgradbe, velikosti zunanjih sten in oken ter prostornine in namem­ bnosti bivalnih prostorov. Računski postopek za določitev potrebne zvočne izolirnosti posameznih elementov zuna­ njih sten zgradbe pa je razmeroma zapleten in ga projek­ tanti večinoma tudi ne poznajo oziroma se ga izogibajo. Verjetno je to tudi glavni vzrok, da v projektni dokumenta­ ciji za stanovanjske in druge zgradbe večinoma niso podani zahteve in tehnični podatki za izvedbo pasivne protihrupne zaščite. Zato bi naše predpise o zvočni zaščiti zgradb kazalo dopolniti s konkretnimi zahtevami po zvočni izolirnosti zunanjih sten in oken v odvisnosti od ravni zunanjega hrupa in namembnosti bivalnih prostorov, ka­ kor to imajo že nekateri tuji standardi. Prostorska akustika je veja gradbene akustike, ki se v gradbeništvu sicer ne uporablja prav pogosto, ni pa zato nič manj pomembna. Namen ukrepov, ki sodijo v področje prostorske akustike, je, zagotoviti v prostorih, namenjenih za poslušanje govora in glasbe, čim boljše akustične pogoje. To so koncertne dvorane, veliki avditoriji in večna­ menske dvorane, gledališča, kinodvorane pa tudi prostori za posebne namene, kot so radijski, televizijski in filmski studiji. Akustični kriteriji in pogoji v prostoru so odvisni od njegove namembnosti. Eden od pomembnejših kriterijev, ki ga je treba upoštevati že pri zasnovi prostora, je dolžina odmev­ nega časa. Glasbene prireditve terjajo praviloma daljši odmevni čas v prostoru; za razne govorne prireditve, gledališke predstave in zborovanja pa je zaradi boljše razumljivosti govora ustreznejši krajši odmevni čas. Kriterij odmevnosti pa je samo eden od mnogih, ki vplivajo na kakovost akustičnih pogojev v prostoru. Nanjo vplivajo še časovna in prostorska porazdelitev odbojev zvoka od mejnih površin prostora, zvočni vtis prostora in jasnost zvočne slike. Načrtovanje prostorskoakustičnih pogojev v velikih kon­ certnih dvoranah, gledališčih, kinodvoranah in študijih je zelo zahtevno, zato je nujno sodelovanje projektanta oz. arhitekta z akustikom. Samo pri manjših prostorih, kot so predavalnice, učilnice, sejne sobe, tako sodelovanje ni nujno. Smernice in pogoji za akustično ureditev takih prostorov so navedeni v standardu JUS U.J6.215 Teh­ nične zahteve za projektiranje in izdelavo - Akustična kvaliteta majhnih in srednje velikih prostorov. Ukrepi, ki so predpisani s tem standardom, zagotavljajo zadovoljive akustične pogoje v prostoru, predvsem dobro razumljivost govora. Čeprav je uporaba tega standarda obvezna, pa ga tako projektanti kakor tudi izvajalci le redko upoštevajo. To velja predvsem pri šolskih zgradbah, kjer učilnice in predavalnice skoraj nikjer niso akustično urejene. K problematiki, ki jo obravnava gradbena akustika, sodi tudi protihrupna zaščita naravnega in bivalnega okolja, to je predvsem zaščita pred hrupom prometa, industrijskih obratov in obrtnih delavnic. Splošne določbe, obveznosti in ukrepe za varstvo okolja pred hrupom določa Zakon o varstvu pred hrupom v naravnem bivalnem okolju, ki je bil objavljen leta 1976. Normativne vrednosti maksimalno dovoljenih ravni hrupa v okolju so predpisane z Odlokom o maksimalno dovoljenih ravneh hrupa za posamezna območja naravnega in bivalnega okolja ter za bivalne prostore (Ur. I. SRS, št. 29/80). Meritve hrupa v bivalnem okolju, ki smo jih opravili v zadnjem času, kažejo, da hrup pogosto presega dovoljene vrednosti. Problematičen je predvsem hrup ob novih prometnih cestah in mestnih obvoznicah, ki potekajo v bližini stanovanjskih zgradb in naselij. Na teh mestih hrup presega dovoljene ravni tudi do 15dB (A). Vzrok za to je večinoma že neustrezna urbanistična zasnova ureditve okolja. Poleg tega pa je tudi projektna dokumentacija za ceste pogosto pomanjkljiva in ne upošteva vseh potrebnih ukrepov za zaščito okolja pred hrupom. PASIVNO IZKORIŠČANJE SONČNE ENERGIJE MATJAŽ ZUPAN Porabo energije za ogrevanje objektov v zimskem času, ki pomeni 25 do 30 % celotne energijske porabe pri nas, je mogoče, in seveda tudi potrebno, čim bolj zmanjšati. Predvsem je treba optimalno toplotno izolirati objekte, saj s tem dosežemo največje prihranke. Pomembna pa je tudi pravilna nastavitev ogrevalnega sistema. Naslednja možnost je uporaba alternativnih virov energije. Pri iskanju ekološko neoporečnega in ekonomsko upravi­ čenega nadomestka za klasične vire energije se sončna energija ponuja kot zelo primerna možnost. Ne smemo pa seveda prezreti tudi njenih pomanjkljivosti, to sta majhna moč na površinsko enoto in odvisnost od letnega ter dnevnega časa in vremena. Žal je sonca najmanj ravno takrat, ko toplotno energijo najbolj potrebujemo. Vremenske razmere v Sloveniji niso najbolj ugodne za izkoriščanje sončne energije, saj so najbolj gosto nase­ ljena območja večinoma v kotlinah z meglo, kjer je tudi onesnaženost ozračja velika, tako da je sonca pozimi kaj malo. Sončno ogrevanje lahko prispeva del toplotne energije za ogrevanje predvsem v jesenskih in pomladan­ skih mesecih. Sončno energijo lahko izkoriščamo na več načinov, nji­ hova uporabnost pa je odvisna od ekonomskih in vremen­ skih pogojev ter od estetskih in bivalnih želja uporabnikov. Načine lahko v grobem razdelimo na pasivne, aktivne in hibridne. Kakor pove že ime, so pri aktivnih potrebne razne kontrolne naprave, ki krmilijo sistem, pri pasivnih pa gre za primerno izbrane arhitektonske elemente objek­ ta. Hibridni sistemi so kombinacija prvih dveh. Sistemi za aktivno izkoriščanje sončne energije Najbolj razširjeni aktivni sistemi so taki, ki jih sestavljajo sprejemniki in hranilniki sončne energije s sistemom za prenos toplotne energije in krmiljenje. Taki sistemi (npr. sončni kolektorji) so primerni predvsem v poletnem obdo­ bju za ogrevanje sanitarne vode tam, kjer je veliko sonca in je tudi poraba tople vode velika. V Sloveniji za ogrevanje objektov v zimskem času taki sistemi skorajda ne pridejo v poštev. Drugi način zajemanja sončne energije je pretvorba te energije v električno s fotocelicami, vendar pa so ti sistemi dragi in za zdaj primerni le za naprave, ki ne porabijo dosti elektrike, in to na področjih z veliko sonca, kjer v bližini ni električnega omrežja. Načini pasivnega izkoriščanja sončne energije A v to r : M a tja ž Z u p a n , d ip l. inž . fiz ., v iš ji ra z is k . s o d e l. Pasivno izkoriščanje sončne energije pomeni, na kratko, da objekt oblikujemo in postavimo v prostor tako, da bo sposoben zajeti čim več sončne energije, ki vpade nanj, in to takrat, ko jo potrebujemo, pri tem pa kasneje ni treba izvajati nikakršnih dodatnih aktivnosti. V prvi fazi bi projektant objekta moral usmeriti čim več zastekljenih površin proti jugu in čim manj proti seve/u. Teoretična analiza nekaterih objektov je pokazala, da bi že s tako orientacijo lahko zmanjšali energijske izgube pri neizoliranem objektu do 5%, pri toplotno izoliranem pa kar do 10 %. Seveda sta pri tem pomembni tudi notranja razporeditev in orientacija prostorov. V drugi fazi lahko projektant uporabi razne elemente ali sisteme za zajem sončne energije ter njen prenos v objekt. Možnosti je veliko, izbira pa je odvisna od ekonom­ skih faktorjev in estetskih želja investitorja. Taki elementi za pasivno izkoriščanje sončne energije so: zimski vrtovi, zastekljeni balkoni, Trombe-Michelovi zidovi, zračni kolektorji, toplotne diode, transparentne toplotne izolacije, posebne vrste zasteklitve itd. Ti elementi lahko že bistveno spremenijo videz objekta. Obstajajo pa tudi razni bolj komplicirani sistemi, pri katerih je potrebna avtomatična ali ročna regulacija, so pa tudi dražji. Taki sistemi so, na primer: - podzemni hranilniki toplote, kjer se poleti akumulira toplota, pozimi pa črpa nazaj v objekt, - razne dodatne mase v objektu za akumulacijo sončne energije v tistem času, ko je te preveč, - latentni hranilniki toplote, kjer pride do fazne spremembe snovi, - votli stropi, stene in tla, po katerih kroži zrak, ki se ogreva ob fasadi, - vrtljive stene, kjer se površina, ki se podnevi ogreje, ponoči obrne v prostor, toplotno izolirana površina pa na zunanjo stran. Pri objektu, ki je projektiran tako, da zajema čim več sončne energije, je treba upoštevati še razne stranske učinke, predvsem gre tu za zaščito pred poletnim pregre­ vanjem in bleščanjem v prostorih. Pasivna sončna arhitek­ tura se pri projektiranju pogosto povezuje tudi z osvetlje­ vanjem prostorov. Objekte skušamo projektirati tako, da pride naravna svetloba v difuzni obliki v čim več prostorov. Stanje pri nas V svetu so raziskave o možnosti uporabe sončne energije za nadomeščanje energije za ogrevanje (in tudi osvetlje­ vanje) že dale veliko rezultatov, saj mnogi avtorji na raznih znanstvenih srečanjih po svetu vedno znova predstavljajo zanimive rešitve in objekte, tako enodružinske solarne hiše kakor tudi večje stanovanjske ali drugačne objekte (šole, vrtce, bazene, pisarne, rastlinjake ipd). Na področju raziskav pri nas sicer še sledimo razvoju v svetu, pri prenosu rezultatov preiskav v prakso pa že precej zaostajamo. Z raziskavami se ukvarja več inštitucij in posameznikov, žal pa to delo poteka brez prave koordinacije in s premajhno izmenjavo rezultatov ter izkušenj. Rezultati zagnanosti posameznikov so tudi kon­ gresi z mednarodno udeležbo o pasivni uporabi sončne energije, ki jih dokaj redno organizira Slovensko društvo za sončno energijo. Prav take prireditve pomagajo stro­ kovnjakom pri izmenjavi mnenj, namenjene pa so tudi vsem projektantom, ki lahko tako dobijo nove ideje za svoje delo. Pri nas so se že uveljavili aktivni sistemi za ogrevanje sanitarne vode v poletnem obdobju, bistveno počasneje pa projektanti in investitorji spoznavajo ter prenašajo v prakso osnovna načela pasivnega izkoriščanja sončne energije. Pravih solarnih hiš je pri nas še zelo malo in so rezultat zavzetosti posameznih investitorjev ali projektan­ tov, saj jim družba pri tem praktično nič ne pomaga. Sistemi in elementi za izkoriščanje sončne energije so sicer res oproščeni davkov, vendar pa gre tu le za aktivne sisteme. Za toplotne izolacije nekaj časa prav tako ni bilo treba plačevati prometnega davka, sedaj pa je ta odlok že nekaj časa ukinjen. Kako naprej Glede na to, da je sonca v zimskih mesecih v mnogih krajih Slovenije razmeroma malo, je ekonomska upraviče­ HIDROZAŠČITA ZGRADB Hidrozaščita opredeljuje zaščito zgradb pred raznimi vplivi navlaževanja. Ti vplivi se pojavljajo pravzaprav na vseh delih zgradbe, le da so v različnih oblikah, in sicer od atmosferske vode, talne vode in vlage do kondenzirane vodne pare v slojih konstrukcije ter rosenja na njeni površini. A v to r : P e te r Ž a rg i, d ip l. inž . a rh ., v iš ji ra z isk . s o d e l. nost dragih in kompliciranih sistemov vprašljiva. Bistvene so torej predvsem orientacija in lega odprtin na fasadi, orientacija prostorov in lega objekta v okolju. Vse to veliko pripomore k varčevanju z energijo v prehodnem obdobju, torej spomladi in jeseni, ko je sonca že dovolj, zunanje temperature pa so še nizke. Objekti, grajeni v skladu s spoznanji o pasivni uporabi sončne energije, morajo biti dobro toplotno izolirani. Če k temu dodamo še optimalno projektiran in reguliran ogrevalni sistem, potem lahko taki objekti porabijo bi­ stveno manj energije kakor pa današnji. To pa pomeni: nižje stroške, manjšo odvisnost od uvoženih fosilnih virov, manjše onesnaževanje okolja, manjšo porabo fosilnih virov, ki so pomembna surovina v kemični industriji, in podobno. Predpisov, ki bi zahtevali pasivne sončne objekte, ni niti v drugih državah po svetu in seveda tudi ne pri nas. Investitorje in projektante je torej treba stimulirati na drugačne načine. To je predvsem izobraževanje investi­ torjev, v glavnem gre za graditelje individualnih stanovanj­ skih hiš. Ustanoviti bi morali tudi poseben svetovalni center, ki bi nudil zastonj vse ustrezne informacije in interesentom tudi izračunal možne prihranke. Investitorje, ki bi se odločili za gradnjo energijsko varče­ valnih hiš, kamor sodi v veliki meri pasivna uporaba sončne energije, bi morala družba primerno stimulirati. To je mogoče doseči z ugodnejšimi krediti in z manjšimi prispevki; projekti, narejeni po teh principih, bi imeli tudi prednost pri raznih natečajih. Verjetno pa bi lahko našli še kakšne druge načine stimuliranja. PETER ŽARGI Za vsakega od teh vplivov je s predpisi, standardi in pravili stroke določena potrebna zaščita, ki je odvisna od inten­ zitete posameznega vpliva na površino obodne konstruk­ cije. Pred začetkom projektiranja zgradbe morajo biti projek­ tantu podrobno poznani parametri v zvezi z naslednjimi vplivi: : . : '" . . ... . .........■ " ' ' 1 ' . ■ v . ■ : - maksimalne količine padavin s časovnimi opredelitvami za določeno lokacijo (pri projektiranju sistema za odvaja­ nje vode s strešnih površin in površin ob objektu), - režim podzemnih voda z določitvijo kritičnega nivoja, večkrat pa tudi s kemično sestavo te vode za določeno lokacijo (za pravilno dimenzioniranje hidroizolacije proti terenu in načina dreniranja), - stopnja relativne vlažnosti v posameznih prostorih zgradbe skupaj s temperaturo in z zunanjo vlažnostjo - temperaturni pogoji za določeno lokacijo (pri pravilnem projektiranju sestave obodne konstrukcije glede difuzije vodne pare). V naši tehnični regulativi je področje hidrozaščite precej skromno. Tehnični ukrepi in pogoji za projektiranje ter izvedbo so največkrat podani presplošno, nedorečeno ali celo napačno. Zaradi tega pride pogosto do projektnih in izvedbenih napak, katerih posledice je največkrat zelo težko odpravljati. Večina sanacijskih ukrepov je povezana tudi z velikimi stroški. Za področje projektiranja in izvajanja poševnih streh obstaja Pravilnik o tehničnih ukrepih in pogojih za naklone strešin (Ur. I. SFRJ, št. 26/69), za področje ravnih streh oziroma streh s hidroizolacijami pa Pravilnik o tehničnih ukrepih in pogojih za ogljikovodikove hidroizolacije streh in teras (Ur. I. SFRJ, št. 26/69). Oba pravilnika veljata že 20 let, zato sta praktično že neuporabna. Iz izkušenj pri projektiranju in vgrajevanju kritin in hidroizolacij lahko trdimo, da sta bila pravilnika slabo zasnovana in kot taka slabo uporabna že ob izidu leta 1969. V praksi smo preučevali mnoge strehe, na katerih je bila hidrozaščita predvidena dosledno po določilih teh pravilnikov, vendar so bile ugotovljene napake in poškodbe vzročno povezane prav s temi določili oziroma njihovimi netočnostmi in pomanjkljivostmi. S tega področja je enako nedorečen in posplošen tudi standard JUS U.F2.024 (1980) Tehnični pogoji za izvaja­ nje izolacijskih del na ravnih strehah. Menimo, da je ta standard sestavljen precej nepremišljeno, žal pa se ta nepremišljenost kaže pri sestavljanju večine domačih standardov. Določila in zahteve standarda JUS U.F2.024 sploh niso vezani na pravilnik s tega področja. Pri odločitvi o izdaji navedenega JUS-a v letu 1979 bi moralo biti sestavljalcem jasno, daje treba najprej radikalno revidirati takratni deset let star pravilnik in smiselno vključiti v standard nova določila. Druga možnost pa bi bila ta, da z veljavnostjo novega, tehnično dovršenega standarda preneha veljati pravilnik s tega področja. Kar zadeva tehnično regulativo glede zaščite objektov pred vplivi talne vode in vlage, pri nas še ne obstajata pravilnik oziroma standard. Zaradi tega si pri projektiranju največkrat pomagamo s standardom DIN 18195, ki je verjetno najboljši tuji standard s tega področja. Zahteve po parodifuzijskih karakteristikah, ki so pomem­ bne pri projektiranju zaščite pred vplivi kondenzacije vodnih par, so podane v standardu JUS U.J5.600 (1987), metodologija izračunavanja posameznih karakteristik pa je predpisana v standardu JUS U.J5.520 (1980). Oba standarda sta tehnično precej dovršena in kot taka pome­ nita izjemo glede na predhodne ugotovitve o slabem stanju v tehnični regulativi s področja hidrozaščite. Razlog za to izjemo je gotovo dejstvo, da sta oba omenjena standarda s področja toplotne tehnike v gradbeništvu, torej področja, ki mu v zadnjih letih posvečamo izjemno pozornost. Področje projektiranja in vgrajevanja elementov v hidroza- ščiti ne more napredovati prav zaradi pomanjkljive teh­ nične regulative. Projektanti prepogosto uporabljajo ne­ preverjene rešitve iz sicer obetavno publiciranih prospek­ tov. Poleg tega lahko ugotavljamo, da stroka na nekaterih področjih hidrozaščite celo nazaduje. Vse manj je sposob­ nih in solidnih krovcev, kleparjev in hidroizolaterjev, temu primerno pa se povečuje število problemov na zgradbah. Pravila stroke se počasi pozabljajo, za te, včasih spošto­ vane poklice, pa se danes resno odločajo le redki. Pri površnem pregledu obravnavanega stanja bi sicer lahko dobili drugačno sliko. Registriranih je namreč veliko izvajalcev, ki se ukvarjajo s krovstvom, kleparstvom, hidroizolaterstvom in z drugimi zaključnimi deli na pod­ ročju hidrozaščite zgradb, vendar pa gre v mnogih prime­ rih za zelo slabo kvalificirane kadre, tj. za priučene delavce in podobne. Kritičnim pogledom na stanje v tehnični regulativi in stroki s področja hidrozaščite zgradb lahko dodamo še nekaj ugotovitev glede kakovosti materialov oziroma standardi­ ziranih zahtev po njihovi kakovosti. V proizvodnji hidroizolacijskih materialov obstaja precej proizvodov po vzoru tuje tehnologije, vendar za te pro­ izvode še nimamo vseh ustreznih standardov ali pa so ti nepopolni. Naša industrija hidroizolacijskih materialov pa je sposobna izdelovati proizvode za najzahtevnejše po­ goje njihovega funkcioniranja. Tu mislimo predvsem na bitumenske proizvode, pri katerih pa - odvisno od proizva­ jalca - kakovost precej niha. Menimo, da je za zatekanje atmosferske vode na ravnih strehah vse bolj kriva slabša kakovost vgrajenih materia­ lov kakor pa strokovnost vgrajevanja hidroizolacije, Za površinsko povsem razpokano hidroizolacijo ali pa za gubanje zaključnega sloja te hidroizolacije prav gotovo ni mogoče vedno kriviti izvajalca zaključnih del. Standardizirane zahteve po kakovosti različnih strešnikov so v večini primerov preblage, nekatere pa sploh ne obstajajo. Kljub očitnim anomalijam, ki se na teh proizvo­ dih začnejo pojavljati le nekaj let po vgraditvi, kakovosti ni mogoče zanikati, ker proizvod pač ustreza zahtevam standarda. Proizvajalci se tega dobro zavedajo in le redki se trudijo, da bi bistveno izboljšali kakovost svojih proizvodov. Po­ ostriti bo torej treba zahteve standardov s tega področja oziroma nekatere standarde novelirati. Področje hidrozaščite zgradb je torej v mnogih pogledih neurejeno. K takemu stanju je morda precej pripomogla tudi mentaliteta nekaterih krogov v gradbeništvu, ki to gradbenofizikalno vejo pogosto podcenjujejo, včasih pa celo zagovarjajo miselnost, da je reševanje te problema­ tike domena obrtnikov. Če hočemo, da se neurejeno stanje Stroke na tem področju uredi, bo treba čim prej izdelati manjkajočo tehnično regulativo in dopolniti obstoječo. Poskrbeti bo treba za vzgojo kakovostnih kadrov na področju vgrajeva­ nja kritin, hidroizolacij in drugih del, ki zadevajo hidrozaš- čito zgradb. Proizvajalci bodo morali izboljšati kakovost nekaterih proizvodov in paziti, da bo ta čim bolj konstan­ tna. Projektanti, investitorji, nadzorni organi in inšpekcijske službe pa se bodo morali resneje lotiti obravnavanja oziroma reševanja te problematike. SKLEPI V sklepih članka, objavljenega v Gradbenem vestniku leta 1984, smo zapisali: Gradbena fizika je mlada veja gradbeništva, ki se kljub prizadevanju nekaterih posameznikov in ustanov pri nas še ni povsem uveljavila. V praksi se zato pojavljajo številne tehnične, zdravstvene in ekonomske težave, ki povzročajo nezadovoljstvo pri uporabnikih zgradb, in tako tudi zmanjšujejo celotna prizadevanja v gradbeništvu. Menimo, da bo treba za izboljšanje stanja še marsikaj narediti, in to: 1. Na vseh stopnjah izobraževalnega sistema v gradbeništvu naj gradbena fizika postane eden izmed ključnih predme­ tov v učnem programu. Kadru, ki dela na tem področju, naj se zagotovi spremljanje razvoja v razvitejših državah. Strokovna in druga javnost naj se na vse možne načine seznani s pomenom gradbene fizike. 2. Za raziskovalno problematiko, ki je, glede na naše speci­ fične razmere, ni mogoče razrešiti na podlagi izkušenj razvitega sveta, naj se izdela enoten in celovit raziskovalni program (za vsako vejo gradbene fizike posebej). Ta program naj se izvede koordinirano z razpoložljivimi združenimi raziskovalnimi kadri in z razpoložljivo združeno raziskovalno opremo. Za izvajanje programa naj se uredi združevanje sredstev. 3. Na podlagi znanja in rezultatov raziskovalnega dela naj se za posamezna področja gradbene fizike izdelajo manj­ kajoči predpisi, obstoječi pa naj se dopolnijo. Za projek­ tante in izvajalce naj se izdelajo podrobna navodila za njihovo delo, ki bodo temeljila na veljavnih predpisih. Zagotovi naj se spoštovanje veljavnih predpisov v vseh fazah gradnje, izboljša pa naj se tudi nadzor nad njo. 4. Proizvajalci gradbenih materialov naj za svoje materiale razvijajo sisteme, ki bodo poleg pogojev glede nosilnosti ustrezali tudi vsem gradbenofizikalnim pogojem. Reklame naj bodo le za razvite in preverjene sisteme. V petih letih, odkar so bili navedeni sklepi napisani, se razmere na področju gradbene fizike niso mnogo spreme­ nile. Zato menimo, da so ti sklepi še vedno povsem primerni kot usmeritev za delo v prihodnje. RAZISKAVE POTRESNE ODPORNOSTI ZIDANIH ZGRADB Z MEŠANIM KONSTRUKCIJSKIM SISTEMOM UDK 69.059:624.131.55 MIHA TOMAŽEVIČ, TOMAŽ VELECHOVSKY, POLONA WEISS Eksperimentalno smo raziskali obnašanje treh modelov trinadstropnih zidanih zgradb. Dva modela sta predstavljala zidano zgradbo z mešanim konstrukcijskim sistemom, sestavljenim iz obodnih, armiranih ali nearmiranih zidov in iz vmesnega armiranobetonskega stebra, medtem ko je tretji model predstavljal klasično zidano zgradbo, pri kateri je bil vmesni steber zamenjan s križno oblikovanim zidom. Vsi modeli so bili preiskani na potresni mizi s serijo potresnih vzbujanj. Raziskava je pokazala, da lahko pričakujemo zadovoljivo obnašanje zidanih zgradb z mešanim konstrukcijskim sistemom, če bodo le ustrezno zasnovane. INVESTIGATION OF THE SEISMIC RESISTANCE OF MASONRY BUILDINGS WITH A MIXED STRUCTURAL SYSTEM SUMMARY The seismic behaviour of tree three-storeyed masonry building models has been experimentally investigated. The first two models represented a mixed structural system, with peripheral reinforced- masonry or unreinforced-masonry walls and a central r. c. column, whereas the third model, for comparison, had at its centre a cross-shaped wall instead of the r. c. column. All models were subjected to a series of earthquake motions on a simple earthquake simulator. It was found that, under seismic loads, properly designed mixed structural systems can be expected to behave in a favourable manner. 1.0. UVOD Znano je, da se razviti svet, zlasti na področju stanovanj­ ske gradnje, zaradi izboljšanja bivalnega počutja ponovno vrača h klasičnim gradbenim materialom, predvsem k opeki. Zidane zgradbe tako doživljajo preporod: kot kons­ trukcijski sistemi seveda ne v klasični obliki, pač pa v obliki prefabriciranih konstrukcij ter konstrukcij z mešanim nosilnim sistemom. To so zgradbe, kjer so obodni zidovi zidani, v notranjosti pa strope nosijo armiranobetonski stebri. Takšne zgradbe, kjer predpisani položaj nosilnih zidov ne omejuje dimenzij prostorov, so zelo priljubljene med arhitekti, saj omogočajo fleksibilno tlorisno zasnovo stanovanjskih prostorov. Žal so bile izkušnje s takšnimi zgradbami med potresi zelo slabe, zato grajenja zidanih zgradb z nosilnimi stebri, tj. zgradb z mešano nosilno konstrukcijo, večina potresnih predpisov ne dovoljuje. Tisti predpisi, ki mešane konstrukcije dovoljujejo, pa za njihovo uporabo na potresnih območjih zahtevajo številne in stroge omejitve. Avtorji: Miha Tomaževič, dr., dipl. inž. gradb., izredni profesor - Tomaž Velechovsky, dipl. inž. gradb., raziskovalni sodela­ vec - Polona Weiss dipl. inž. gradb., stažistka - razisko­ valka. Da bi ublažili včasih preveč konservativne zahteve pred­ pisov in s tem ustvarili pogoje za hitrejši razvoj grajenja zidanih zgradb, moramo seveda vedeti, kako se zgradbe z mešanim konstrukcijskim sistemom obnašajo med po­ tresom. Potem ko smo leta 1983 uspešno izvedli prei­ skavo modela štirinadstropne zidane zgradbe na potresni mizi in dokazali, da je mogoče takšne preiskave izvajati tudi z razmeroma preprosto opremo, smo za sofinancira­ nje nadaljevanja raziskav dinamičnega obnašanja zidanih konstrukcij pridobili italijanski konzorcij Poroton. Le-ta je kot pogoj za sofinanciranje predlagal, da raziščemo obna­ šanje zidanih konstrukcij z mešanim konstrukcijskim siste­ mom, ki so v Italiji zelo popularne. Z raziskavami modelov zgradb na potresni mizi bi pojasnili vzroke za njihovo slabo obnašanje med potresi, obenem pa tudi razvili ustrezne računske postopke in priporočila za njihovo dimenzioniranje in potresno varno grajenje. Če bi v tem uspeli, bi lahko bistveno pripomogli k popularizaciji in modernizaciji grajenja zidanih konstrukcij. Z italijanskimi kolegi, ki sodelujejo v raziskovalnem projek­ tu, smo pripravili program raziskav, s katerim bi dobili osnovne eksperimentalne podatke o obnašanju tovrstnih konstrukcij med potresom. V projektu je predvidena pre­ iskava štirih modelov: dva modela sta zasnovana kot zidani konstrukciji mešanega tipa z obodnimi zidovi in z Tomaževič: Potresne odpornosti 312 Gradbeni vestnik • Ljubljana (38) vmesnim armiranobetonskim stebrom na sredini (modela 1 in 3), dva modela pa predstavljata referenčno, klasično zidano zgradbo s križnim zidom na sredini tlorisa (modela 2 in 4). Da bi ugotovili, kolikšen je vpliv armature, je zidovje enega modela posameznega tipa armirano z navpično in vodoravno armaturo (modela 1 in 2), medtem ko je zidovje drugih dveh modelov nearmirano (modela 3 in 4). 2.0. OPIS PREISKAV 2.1. IZDELAVA MODELA IN MODELNI MATERIALI Preiskani modeli (do zdaj so bili preiskani modeli 1, 2 in 3) predstavljajo izrez trinadstropne zgradbe (20,7 x 11,7 m v tlorisu), sestavljene iz obodnih nosilnih zidov, notranjih zidov, ki razdelijo zgradbo na dva simetrična dela, in iz vmesnih armiranobetonskih stebrov, ki nosijo stropne plošče. Zidovi, debeli 280 mm, so sezidani iz lahkih keramičnih blokov tipa Poroton, armirani pa so tako z navpično (zalito v luknjah zidakov) kakor tudi z vodoravno armaturo (v spojnicah med zidaki). Stropi so masivne, vendar lahke rebričaste plošče, podprte z obodnimi zidovi in z vmesnim armiranobetonskim stebrom. Zaradi omejenih preizkuševalnih zmogljivosti na ZRMK smo se odločili, da bomo preiskave izvajali na modelih v merilu 1 :5. Da bi se izognili težavam, nastalim pri izdelavi modelnih materialov, ki bi ustrezali zakonom popolne modelne podobnosti (1), smo uporabili prototipne mate­ riale in pravila splošne modelne podobnosti. Modelne zidake smo dobili tako, da smo enostavno razžagali prototipne bloke, za armaturo pa uporabili žgano žico z ustrezno zmanjšanim premerom. Stropne plošče smo modelirali kot rebričaste plošče, nosilne v eni smeri, z glavnim nosilcem na sredini razpetine in z armiranobeton­ skimi vezmi po obodu. Plošče smo izdelali pred zidanjem modela, zato smo po obodu in na sredini plošč pustili odprtine za prekrivanje in sidranje navpične armature zidov in armature vmesnega armiranobetonskega stebra. Seveda smo luknje po vsakokratni namestitvi plošče na zidove zalili s cementno malto oziroma z mikrobetonom. Za zidanje in zalivanje armature smo uporabili podaljšano cementno malto, stropne plošče pa smo izdelali iz mikro- betona. Dimenzije obeh tipov modelov v tlorisu in prerezu so prikazane na sliki 1. Da bi dosegli podobnost porazdelitve mas in togosti med prototipno in modelno konstrukcijo, smo morali modelom dodati maso (300 kg na vsako ploščo). Za podobnost med napetostmi v nosilnih zidovih (kar je eden od osnovnih pogojev za ustrezno modeliranje mehanizma porušitve) smo morali v zidovih ustvariti dodatne napetosti, pri čemer pa nismo smeli spremeniti njihovih dinamičnih lastnosti. Modele smo zato prednapeti z jeklenimi vrvmi, sile pred- napetja pa regulirali z mehkimi vzmetmi, ki so dovoljevale CT* c 55 ̂ 4 7 5$ 342 ^ 34 2 1800mm 47 JrSr i i ___1 1 ~ ~ in ' in > in S --- sr Jr s pcs c E E K -------- — ~ — in * 8 r _Jc J r i i — i r— S «S S — 1 ----1 rc--- sc Slika 1. Zasnova In dimenzije modelnih zgradb Modela 1 in 3 Model 2 pomike modela pri zanemarljivi spremembi sile v vrveh. S preiskavo smo ugotovili, da prednapetje ni bistveno vplivalo niti na dinamične lastnosti modela niti na velikost vztrajnostnih sil, ki so delovale na model med preiskavo. 2.2. SIMULIRANA POTRESNA OBTEŽBA IN POSTO­ PEK PREISKAVE Potresna miza, ki jo uporabljamo na ZRMK, je sestavljena iz dveh glavnih delov: iz jeklene ploščadi, vodene v vodoravni in navpični smeri, na katero smo z jeklenimi vijaki pritrdili temeljno ploščo z modelom, in iz dvosmerno delujočega programskega hidravličnega bata tipa Schenck PL 250 P (ali 160 N), povezanega s ploščadjo. Za programiranje in kontrolo gibanja potresne mize upo­ rabljamo mikroračunalnik Hewlett-Packard serije 9816 S. Ideja, naj se za simuliranje potresne obtežbe uporablja univerzalna preizkuševalna oprema, ni nova. Pogoje, katerim mora ustrezati potresni simulator, smo izpeljali iz naslednjih razmišljanj: - čeprav je potresno gibanje tal prostorsko, lahko večino podatkov o obnašanju konstrukcije med potresom dobimo, če konstrukcijo preiščemo s potresno obtežbo, ki deluje v eni od glavnih smeri konstrukcije ali pa v poševni smeri. V normalnih okoliščinah niso pomembni niti pospeški v navpični smeri; - gibanje tal med potresom je stohastično. Ima sicer svoje značilnosti, ki so odvisne od mehanizma potresa in lokalnih pogojev tal, vendar se potres kot deterministični pojav nikoli ne ponovi v enaki obliki. Zaradi tega nima nobenega pomena nabavljati drage specialne preizkuše­ valne opreme - potresne mize, ki je tem dražja, čim točneje lahko reproducira dano gibanje tal, saj ustrezne rezultate lahko dobimo tudi s cenejšo opremo. Seveda pa mora biti oprema sposobna ponazoriti značilnosti potresnega gibanja tal v statističnem smislu. Dinamično obnašanje modelov smo opazovali v elastič­ nem in neelastičnem območju. Da bi lahko statistično analizirali odziv potresne mize in ga primerjali z vhodnimi podatki, smo za generiranje pomikov potresne mize upo­ rabili tri različne skupine umetnih akcelerogramov: dve skupini po pet akcelerogramov, izračunanih iz spektrov Eurocode 8 (AGE 1 in AGE 2), in skupino petih akcelero­ gramov, izračunanih z upoštevanjem osnutka novih itali­ janskih predpisov (GNDT 2). Te iste faze preiskave so Slika 2. Oblika spektrov odziva (a) In časovne modulacijske funkcije (b), upoštevana v računu umetnih akcelerogramov nam omogočile tudi statistične analize odziva modela na potresno vzbujanje v elastičnem območju. Pri opazovanju neelastičnega obnašanja modelov smo za vzbujanje uporabili zapise akcelerogramov potresa v Črni gori iz leta 1979 (2). Oblika spektrov odziva in časovne modulacijske funkcije, upoštevana pri generiranju akcelerogramov, je prikazana na sliki 2, karakteristične vrednosti upoštevanih spektrov pa so navedene v preglednici 1. Preglednica 1: Karakteristike spektrov odziva, upoštevanih v računu umetnih akcelerogramov Skupina T1 T2 K Ro Fraktila AGE1 0,2 0,4 1 3,0 86% AGE 2 0,2 0,6 1 3,0 86% AGE3 0,3 0,8 1 2,5 86% GNDT2 0,15 0,8 1 2,2 50% Vsi umetni akcelerogrami so bili normirani za vrednost maksimalnega pospeška tal 0,1 g in so torej predstavljali zmerne potrese. V neelastičnem območju smo za vzbuja­ nje potresne mize uporabili zapise črnogorskega potresa, in sicer komponento N-S zapisa iz Petrovca z maksimal­ nim pospeškom tal v velikosti 0,43 g in komponento N-S zapisa iz Ulcinja (le model 1) z maksimalnim pospeškom tal 0,28 g. Karakteristične vredosti akcelerogramov, ki smo jih uporabili za vzbujanje potresne mize, so podane v preglednici 2. Preglednica 2: Karakteristične vrednosti akcelerogramov za vzbujanje potresne mize Skupina Območje maksim. pospeškov (ms-2) Območje maksim. pomikov (mm) Trajanje (s) AGE 1 AGE 2 GNDT 2 -0,832 d o +0,919 -1,294 d o +0,992 -1,072 d o +1,612 -99,5 d o +91,5 -120,1 d o +128,0 -164,4 d o +129,4 -96,0 d o +77,0 -99,5 do +82,7 25.52 25.52 25.52 48.40 48.40 ACC 10 ACC 13 —4,273 do +3,985 -2,316 d o +2,794 Tipična predstavnika obeh vrst akcelerogramov z ustre­ znimi izračunanimi časovnimi poteki pomikov, s katerimi smo krmilili gibanje potresne mize, sta prikazana na sliki 3. Odziv modelov na vzbujanje s potresno mizo smo merili z akcelerometri (absolutni pospeški v višini stropov) in z merilniki pomikov (relativni pomiki modela glede na te­ meljno ploščo v višini stropov in na sredini višine prečnih zidov - slika 4). Seveda smo z meritvami pospeškov in pomikov kontrolirali tudi gibanje potresne mize. Vse izmer­ jene podatke smo s 14-kanalnim merilnim magnetofonom zabeležili na magnetni trak, za sprotno kontrolo preiskave pa smo značilne zapise zrisali z risalnikom Hewlett-Pa­ ckard serije 7090 A. Analogne zapise smo kasneje digita­ lizirali in pripravili za računalniško obdelavo. Tipični zapisi odziva modela v elastičnem območju so prikazani na sliki 5. Modele smo preiskali s 74 (model 1), 67 (model 2) oziroma s 63 (model 3) vzbujanji v elastičnem in neelastič­ nem območju. V vsaki fazi smo model najprej preiskali s b) Slika 3. Tipični umetni akcelerogram (a) in zapis komponente N-S potresa 15. 4.1979 v Črni gori, registriranega v Petrovcu (b) a) b) Slika 5. Tipična oblika odziva modela: pomiki (a) in pospeški (b) potresnim vzbujanjem, nato pa iz iznihanja modela po udarcu s plastičnim kladivom po zgornji plošči izmerili spremembe lastne frekvence in dušenja. Model smo skrbno pregledali in zabeležili vse ugotovljene razpoke ter druge poškodbe. V neelastičnem območju smo obna­ šanje modela filmali z dvema kamerama S-8. Intenziteto vzbujanja smo kontrolirali z nastavitvijo velikosti maksi­ malnega pomika mize, izračunanega z integracijo izbra­ nega akcelerograma. Seveda smo pri tem trajanje potresa skrajšali po zakonih modelne podobnosti. S Slika 4. Prikaz namestitve merilnih inštrumentov na modelu 3.0 REZULTATI PREISKAV 3.1. NASTANEK POŠKODB IN PORUŠNI MEHANIZEM Model 1: Najprej smo opazili razpoke v spodnji etaži: strižne in upogibne razpoke so nastale v obeh srednjih zidovih in v delih vogalnih zidov v smeri potresnega vzbujanja. Kakor so dokazovale razpoke v ploščah, so se zidovi obnašali kot navpične konzole, povezane med seboj s podajnimi stropi in z zidnimi vezmi. V nadaljevanju preiskave so v vezeh ob navpičnih robovih zidov nastali plastični členki. Ko smo povečali intenziteto vzbujanja, se poškodbe niso širile po višini modela, pač pa so ostale skoncentrirane v spodnji etaži: vogalni zidovi so se porušili upogibno, z značilnim trganjem armature na natezni strani dela zidu v smeri vzbujanja ter z drobljenjem zidakov in izklonom armature na tlačni strani, tj. v delu zidu, pravokotnem na vzbujanje. Vmesna zidova sta se porušila upogibno, vendar z močnimi strižnimi poškodba­ mi: pri tem je bila odločilna vodoravna armatura, ki je preprečila razpad zidu. V času, ko so nastale močne poškodbe v zidovih, smo opazili tudi prve razpoke v vmesnem stebru: razpoke so nakazovale plastifikacijo armature obeh koncev stebra v spodnji etaži modela, pri povečani intenziteti vzbujanja pa se je začel tudi drobiti beton. Model 2: Kot smo pričakovali, so najprej nastale strižne razpoke v vmesnem križnem zidu, tj. v delu zidu v smeri vzbujanja, ki je zaradi svoje togosti prevzel tudi največje potresne obremenitve. Hkrati pa je bil nekoliko manj obremenjen z navpičnimi obremenitvami kakor obodni zidovi. V nadaljevanju preiskave so se pojavile razpoke med obodnimi zidovi in stropnimi ploščami, ravno tako pa tudi razpoke v zidnih vezeh ob navpičnih robovih zidov v smeri vzbujanja. Pri povečani intenziteti vzbujanja so se razpoke, ki smo jih najprej opazili v spodnji etaži, razširile tudi na zidove druge in deloma tretje etaže. Medtem ko smo pri križnem zidu opazili tipično strižno obnašanje, pa je bilo obnašanje vmesnih in vogalnih obodnih zidov kombinacija striga in upogiba: vodoravna armatura je kljub nastalim strižnim razpokam dovoljevala upogibno porušitev teh zidov z natezno porušitvijo (pretrgom) arma­ ture in z drobljenjem zidakov v tlačni coni. Tudi v tem primeru je bilo opaziti plastifikacijo vezi ob stiku z zidovi v smeri vzbujanja. Model 3: Zidovje modela 3 ni bilo armirano, zato so že v začetni fazi preiskave nastale upogibne, vodoravne razpoke v spodnjem delu vogalnih zidov, ki so - po končanem nihanju modela sicer komaj vidne - opazno zmanjšale lastno frekvenco modela. Ko smo povečali intenziteto vzbujanja v zadnjih šestih fazah preiskave, so se te razpoke hitro razširile, hkrati pa so v vseh etažah nastale nove razpoke na stikih med zidovi in ploščami. Močnejše vzbujanje modela je povzročilo tudi drobljenje zidakov pri temeljni plošči. Ker nastanek poškodb ni bil simetričen (ena stran modela je bila bolj poškodovana kot druga), je nastalo močno torzijsko nihanje, ki je povzročilo odtrganje, premike in izpad dela zidu na bolj poškodovani strani modela. Čeprav smo opazili nekaj značilnih znakov upogibnega obnašanja zidov, pa skoraj nismo opazili upogibnih razpok v stropnih ploščah. To kaže na majhno upogibno nosilnost prereza nearmiranega zidu. Tipično stanje modelov pred porušitvijo je prikazano na slikah 6, 7 in 8. V analizi odziva modelov na potresno vzbujanje primer­ jamo tri mejna stanja: mejo elastičnosti, ki smo jo določili z nastankom prvih poškodb v zidovih, maksimalno odpor­ nost, izraženo z maksimalno, med preiskavo doseženo prečno silo v spodnji etaži (le-to smo izračunali z upošte­ vanjem znane razporeditve mas po višini modela, z Slika 6. Model zgradbe z armiranim zidovjem In vmesnim stebrom (model 1) pred porušitvijo Slika 7. Model zgradbe z armiranim zidovjem in s križnim zidom (model 2) pred porušitvijo Slika 8. Model zgradbe z nearmlranim zidovjem In vmesnim stebrom (model 3) pred porušitvijo izmerjeno obliko nihanja v dani fazi preiskave in z upošte­ vanjem maksimalnega izmerjenega pospeška), in mejo porušitve, ki je predstavljala stanje modela tik pred poru­ šitvijo oziroma v trenutku, ko smo zaradi nevarnosti poškodb na preizkuševalni opremi preiskavo prekinili. 3.2. DINAMIČNE LASTNOSTI Spremembe parametrov, ki določajo dinamično obnaša­ nje modelov, kot sta frekvenca prvega tona lastnih nihanj in koeficient ekvivalentnega viskoznega dušenja, dolo­ čena iz iznihanja modela po vzbujanju z udarcem s kladivom, so podane v preglednici 3. Na sliki 9 pa je grafično prikazana oblika prvega tona nihanja, ki smo jo ugotovili pri značilnih mejnih stanjih obnašanja modelov. Za primerjavo smo na sliki vrisali tudi ekstremni možnosti, tj. čisto upogibno in čisto strižno obliko nihanja. Če analiziramo obnašanje modelov z mešanim konstruk­ cijskim sistemom (modela 1 in 3) lahko ugotovimo, da so ugotovljene razlike v elastičnem območju opravičljive: medtem ko sta obliki prvega tona nihanja armiranega (model 1) in nearmiranega modela (model 3) praktično identični, pa je bil model z armiranim zidovjem nekoliko bolj tog. Višja lastna frekvenca armiranega modela je posledica zapolnitve dela votlin v zidakih - kjer je bila položena navpična armatura - z zalivno malto in s tem povečanja vrednosti elastičnega in strižnega modula zido­ vja. Bistvene razlike v obnašanju modelov 1 in 3 pa smo opazili po nastanku razpok: medtem ko je armatura v zidovju omogočila prevzem relativno velikih potresnih sil in zagotovila modelu 1 duktilno obnašanje tudi potem, ko je dosegel svojo nosilnost, pa se je model 3, pri katerem zidovje ni bilo ojačeno z armaturo, neduktilno porušil takoj Preglednica 3: Prva lastna frekvenca In koeficient ekvivalentnega viskoznega dušenja Slika 9. Oblike prvega tona nihanja Pred preiskavo Poprednapetju Prve poškodbe Maksimalna odpornost Pred porušitvijo Frekvenca f (s-1) Dušenje (%) Modeli Model2 Model3 Modeli Model2 Model3 9,58 13,06 8,31 6,6 4,8 11,90 9,52 9,15 4,77 13,29 11,09 7,38 5, 54 10,90 9,42 5,32 5.6 5.6 4,5 7,0 3,8 6,6 6,1 6,5 5,5 6,9 prve poškodbe ---------- model 1 1.00 maksimalna odpornost -----------model 2 -----------model 3 po doseženi maksimalni sili, seveda pri bistveno manjši intenziteti vzbujanja. Obliki nihanja armiranega in nearmi- ranega modela pred porušitvijo sta sicer podobni; obe kažeta na velike relativne deformacije spodnje etaže, ki so posledica koncentracije poškodb v zidovju in vmesnem stebru v tej etaži. Zaradi neduktilnega obnašanja nearmi- ranega modela pa ni opaziti zvezne spremembe oblike nihanja z večanjem poškodb v zidovju, kot to jasno pokaže analiza obnašanja armiranega modela. Medtem ko smo med preiskavo opazili veliko upadanje lastne frekvence nihanja vseh modelov z naraščajočimi poškodbami, pa praktično ni bilo opaziti spremembe v velikosti viskoznega dušenja (registriranega pri majhnih amplitudah vzbujanja). Če primerjamo obnašanje modelov z mešanim konstruk­ cijskim sistemom, predvsem armiranega modela 1, z obnašanjem modela referenčne armirane zidane zgradbe z vmesnim križnim zidom, lahko ugotovimo naslednje: pričakovati je bilo, da bo model s križnim zidom bolj tog kakor modela z vmesnim stebrom, pričakovana pa je bila tudi podobna oblika nihanja v elastičnem območju. Oblike nihanja, ki smo jih zabeležili po nastanku poškodb, pa jasno kažejo razlike v mehanizmu obnašanja modelov: medtem ko so bile poškodbe pri modelu s križnim zidom (model 2) enakomerno razporejene po celi višini, pa oblika nihanja modelov z vmesnim stebrom (modela 1 in 3) jasno kaže na koncentracijo poškodb v spodnji etaži. 4.0. SKLEP V preglednici 4 primerjamo maksimalne vrednosti prečne sile v spodnji etaži pri značilnih mejnih stanjih. Vrednosti konkretnem primeru je zgradba z nearmiranim zidovjem svojo nosilnost sicer dosegla pri enako močnem potresu kakor zgradba z armiranim zidovjem, vendar je doseganje nosilnosti hkrati pomenilo tudi porušitev zgradbe. Iz pri­ merjave vrednosti v preglednici 4 lahko tudi ugotovimo, da je bila maksimalna odpornost zgradbe z nearmiranim zidovjem bistveno manjša kakor odpornost armirane zgradbe. Primerjava obnašanja obeh modelov z armiranim zido­ vjem pa ne kaže bistvenih razlik med potresno odpornost­ jo zidanih zgradb z mešanim konstrukcijskim sistemom in potresno odpornostjo klasičnih zidanih zgradb. Oba modela sta bila sposobna prevzeti potresno obtežbo enakega velikostnega reda. To dokazuje, da lahko priča­ kujemo zadovoljivo obnašanje zidanih zgradb z mešanim konstrukcijskim sistemom, če bodo le ustrezno zasnova­ ne. Rezultati preiskave modela zgradbe z armiranim obodnim zidovjem in vmesnim armiranobetonskim stebrom nam v zvezi s tem dopuščajo naslednje sklepe: - zidovje mora biti armirano z minimalno navpično in vodoravno armaturo; - če so nosilni zidovi armirani, se obnašajo kot konzole, povezane s podajnimi stropi. Porazdelitev upogibnih mo­ mentov, ki jih povzročajo potresne sile po višini zidov, je odvisna od togosti zidnih vezi in stropov. Ker stropi in zidne vezi prenašajo upogibne momente in se med delovanjem potresa plastificirajo, lahko njihovo upogibno nosilnost upoštevamo pri dimenzioniranju zidov; Zgradba 1 Pospešek tal (g) Prve poškodbe 0,34 Maksimalna odpornost 0,48 Pred porušitvijo 0,44 Strižni koeficient 0,25 0,51 0,34 Zgradba 2 Pospešek tal (g) 0,36 0,83 1,18 Strižni koeficient 0,32 0,54 0,45 Zgradba 3 Pospešek tal (g) 0,12 0,93 - Strižni koeficient 0,10 0,28 - Preglednica 4: Potresna od­pornost prototipnih zgradb smo ekstrapolirali, tako da veljajo za prototipne zgradbe, pri čemer smo seveda upoštevali zakone modelne podob­ nosti (razprava o fizičnem modeliranju ni predmet tega prispevka). Da bi dobili predstavo tudi o intenziteti potresa, ki povzroči določena mejna stanja, navajamo za primer­ javo maksimalne pospeške tal, seveda ob predpostavki, da so spektri odziva takih oblik, kot so jih imeli potresi, uporabljeni za vzbujanje potresne mize. Tako prečna sila kakor tudi pospešek sta podana v obliki koeficienta: pri prečni sili je to t. i. strižni koeficient, ki izraža prečno silo kot delež teže zgradbe, pospeški tal pa so izraženi kot delež pospeška prostega pada ( g = 9,81 ms-2). Če primerjamo obnašanje obeh zidanih zgradb z mešanim konstrukcijskim sistemom, lahko ugotovimo, daje bil eden od osnovnih razlogov za neustrezno obnašanje tovrstnih zgradb med potresi neduktilno obnašanje zidovja. Vredno­ sti v preglednici 4 kažejo, da prve poškodbe v nearmira- nem zidovju lahko pričakujemo že pri šibkih potresih. V - v zidovih, ki stoje pravokotno na smer potresa in so armirani z navpično in vodoravno armaturo, kljub velikim medsebojnim razdaljam ni pričakovati poškodb zaradi upogiba pravokotno na njihovo ravnino. Če bomo zidano zgradbo z mešanim konstrukcijskim sistemom projektirali z upoštevanjem zgoraj navedenega, nam rezultati preiskav kažejo, da bo za tri- do štirietažne zgradbe veljalo: - pri zmernih potresih, tj. potresih, pri katerih maksimalni pospeški tal ne bodo večji od 0.30 g, se bodo zgradbe obnašale elastično (ne pričakujemo poškodb konstrukcij­ skega sistema); - če bo obodno zidovje armirano vsaj z minimalno navpično in vodoravno armaturo, bodo zgradbe dovolj duktilne, da bodo pred porušitvijo vzdržale več zaporednih močnih potresov, tj potresov, pri katerih maksimalni po­ speški tal lahko dosežejo tudi 0,4-0,5 g. Brez natančne analize rezultatov preiskav še nismo mogli izpeljati končnih sklepov v zvezi s formulacijo računskega modela, s katerim bomo lahko ponazorili tudi nelinearno obnašanje preiskane konstrukcije. Analiza še ni končana, o njenih rezultatih pa bomo poročali v enem od naslednjih prispevkov. LITERATURA 1 Boštjančič, J. Pogoji modelne podobnosti pri dinamičnih obremenitvah. Gradbeni vestnik, 10 (16), Ljubljana, 1968. 2. Bulletin of the Strong-Motion Earthquake Accelerograms. No. 1, IZIIS, Skopje, 1984. 3. Tomaževič, M. in Modena, C. Dinamično obnašanje zidanih zgradb. Eksperimentalna in analitična študija obnašanja modelov zidanih zgradb pri potresni obtežbi. Splošni program raziskav in pregled literature. ZRMK/IKPI-87/07, Ljubljana, 1987. 4. Tomaževič, M., Modena, C., Velechovsky, T. in Žarnić, R. Dinamično obnašanje zidanih zgradb. Preiskava modela armirane zidane zgradbe z vmesnim a/b stebrom na potresni mizi - rezultati preiskave. ZRMK/IKPI-87/01, Ljubljana, 1987. 5. Tomaževič, M., Modena, C. in Petkovič, L. Dinamično obnašanje zidanih zgradb. Preiskava modela armirane zidane zgradbe z vmesnim križnim zidom na potresni mizi - rezultati preiskave. ZRMK/IKPI- 88/01, Ljubljana, 1988. 6. Tomaževič, M., Modena, C., Petkovič, L. in Velechovsky, T. Dinamično obnašanje zidanih zgradb. Preiskava modela nearmirane zidane zgradbe z vmesnim a/b stebrom na potresni mizi - rezultati preiskave. ZRMK/IKPI-88/07. POLIMERI IN SANACIJE UDK 678.769:69.059 VERA APIH POVZETEK ZAHVLA Raziskave, opisane v tem članku, sta financirala Raziskovalna skupnost Slovenije in konzorcij Poroton iz Vicenze v Italiji. Avtorji se na tem mestu zahvaljujemo vsem, ki so pomagal! pri izvedbi preiskav, predvse pa Ljubu Petkoviču in kolegoma iz Italije, profesorju Claudiu Modeni z Univerze v Padovi in asistentu Orestu Bursiju z Univerze v Trentu. Novi gradbeni materiali na osnovi polimerov so omogočili tudi razvoj novih postopkov za sanacije poškodb v gradbeništvu in za izboljšanje stanja konstrukcij. Uvajanje novih materialov in postopkov poteka uspešno le ob sodelovanju strokovnjakov različnih strok. Opisana sta dva primera: silikoni in razvoj postopkov ter materialov za sanacije vlažnih zidov in uvajanje epoksidnih smol za sanacije poškodovanih betonov in armiranobetonskih konstrukcij. POLYMERS AND THE REPAIR OF STRUCTURES SUMMARY The production of new, polymer-based building materials has initiated the development of new methods for the repair of damaged or otherwise unsatisfactory structures. However, the successful introduction of these new materials and methods depends on close teamwork between experts in the different relevant technological fields. Two cases are described: firstly, the use of silicones and the introduction of methods and materials for the reducing of damp in walls, and, secondly, the use of epoxy resins for the repair of damaged concrete and reinforced-concrete structures. 1. UVOD V zadnjih petdestih letih je razvoj kemije polimerov omo­ gočil proizvodnjo cele vrste novih proizvodov, primernih Avtor: mag. Vera Apih, dipl. inž. kem., razisk. svetnik ■ za gradbeništvo. Z uporabo različnih osnovnih polimerov in dodatkov ter z različnimi načini predelave lahko indu­ strija gradbenih materialov izdela proizvode s skoraj neomejenim izborom lastnosti. Novi polimerni materiali ali »plastika« so sedaj praktično nenadomestljivi v vseh fazah gradnje, od priprave zemljišč do zaključnih del. Uveljavili pa so se tudi pri sanacijah. Razvoj in uvajanje novih polimernih gradbenih materialov spodbuja in omogoča tudi razvoj novih načinov projektira­ nja in oblikovanja ter gradnje in sanacij. Pri tem se pojavljajo tudi novi problemi, ki so deloma posledica nezadostnega poznavanja lastnosti novih materialov, de­ loma pa nastanejo zaradi nepreizkušenih novih rešitev ali nestrokovne izvedbe. V praksi se marsikateri težavi izognemo, če nove mate­ riale in nove postopke predhodno laboratorijsko preizkusi­ mo, nato pa jih spremljamo pri aplikaciji v praksi, jih opazujemo in ocenjujemo ter po potrebi spreminjamo. Timsko delo raziskovalcev različnih profilov ter prepletanje študijskega, raziskovalnega in aplikativnega dela omogo­ čata kompleksno obdelavo problemov, tako izhodiščnih (kako uporabiti nov proizvod, kako sanirati poškodbo) kakor tudi tistih, ki se pojavljajo med reševanjem izhodišč­ nega problema. Kot primer sta opisani uvajanje hidrofobir- nih preparatov pri sanacijah vlažnih zidov ter uvajanje epoksidnih smol za sanacije betonskih konstrukcij. 2. MATERIALI S HIDROFOBNIMI LASTNOSTMI IN SANACIJE VLAŽNIH ZIDOV Organske silicijeve spojine, raztopljene v vodi (silikonati), alkoholih (silani) ali višjih ogljikovodikih (silikoni in silikon­ ske smole), dobro penetrirajo v anorganska gradiva (ope­ ko, beton, kamen). Ko nosilno topilo izhlapi, ostanejo na površini kapilar v gradivu silicijeve spojine z veliko površin­ sko napetostjo. Omočilni kot med vodo in cementnim kamnom, ki je običajno 0°, se po obdelavi s silikonskim preparatom poveča na 90-180°. S tem se močno zmanj­ šata absorpcijska sposobnost kapilar v gradivu in s tem možnost vstopa ter prenosa vode po gradivu. Prisotnost vode in v njej raztopljenih plinov (ogljikov in žveplov dioksid, dušikovi oksidi) in soli (kloridi, sulfati, nitrati) je osnova za nastanek kemičnih in mehanskih korozijskih procesov v vseh anorganskih gradivih, še zlasti pa v armiranem betonu. Večje količine vlage v zidovih pa poleg propadanja materiala slabšajo bivalne razmere v objektih ter njhov splošni videz in uporabnost. Z uvajanjem silikonskih preparatov, ki ovirajo dostop vode v gradivo, se je kmalu pojavila tudi ideja, da bi z njimi lahko v vlažnih zidovih preprečevali vstop vode in prenos vlage. Laboratorijski poskusi so pokazali, da z raztopino siliko- nata lahko toliko hidrofobiramo opeko, da je zid, zgrajen iz take hidrofobirane opeke in malte s hidrofobnim dodat­ kom, popolnoma suh, čeprav stoji v vodi. Zid je torej treba prepojiti s silikonskim preparatom, s čimer bi dosegli enak rezultat. S poskusi, ki smo jih izvedli na navlaženih testnih zidovih in na poskusnem objektu, pa je postalo jasno, da samo ustrezen material nikakor ne zadošča za uspešno sanacijo vlage. Razviti je bilo treba postopek, s katerim lahko kakovostno penetriramo zidove po celotnem prese­ ku. Po uvedbi bariere proti dvigajoči se vlagi se zidovi dolgo sušijo. Zato je potreben dodatni ukrep, in sicer takšna površinska obdelava zidov, ki to sušenje dopušča, obenem pa omogoča uporabo prostorov, ne da bi se v tem času pojavili cvetenje soli, odstopanje opleskov, vidna vlaga in rast plesni. Zato je bilo treba razviti hidrofobirne dodatke (iz domačih surovin), ki omogočajo izdelavo hidrofobnih ometov. V kamnitih in mešanih votli- kastih zidovih silikonske bariere ni mogoče ustvariti po penetracijskem postopku, ker penetracijska tekočina ne­ kontrolirano izteka po razpokah in votlikavih mestih v zidovih. Prenova starih kamnitih objektov se običajno začne s sanacijo nosilnosti zidov. V ta namen se zidovi injektirajo s cementno-silikatno injekcijsko maso, ki za­ polni vse razpoke in praznine. Poskusi, izvedeni na osnovi ideje, da bi združili ojačevanje zidov in preprečevanje kapilarnega dviga vlage, so pokazali, da z ustreznimi hidrofobirnimi dodatki lahko pripravimo hidrofobno injekcij­ sko maso. Pri injektiranju s tako maso zidove ne le utrdimo, temveč uvedemo tudi množico malih hidrofobnih barier proti dvigajoči se vlagi. Hkrati ustvarimo neprepustni sloj, ki omogoča naslednjo fazo sanacije, tj. hidrofobiranje gradiva po penetracijskem postopku. Laboratorijska preiskava aplikacijske vrednosti enega proizvoda nas je tako pripeljala do razvoja različnih penetracijskih naprav in novih materialov - hidrofobirnih dodatkov za izdelavo hidrofobnih ometov (VLAGOM) ter injekcijskih mas (VLAGIN) in do kompleksnega reševanja problemov vlažnih zgradb. Spoznali smo raznolikost teh problemov ter vzrokov navlaževanja. Preizkusili smo upo­ rabnost že znanih metod preprečevanja navlaževanja (drenaže, prerezovanje zidov, obloge). Zaključimo lahko, da je osnova kakovostne sanacije vlažnega objekta pred­ vsem v njegovi strokovni analizi. Ugotoviti je treba vse prave vzroke za navlaževanje, ki pa so lahko zelo različni. Spoznati je treba način gradnje ter vrsto materiala, iz katerega so zgrajeni zidovi. Pri končni izbiri sanacijskega postopka pa je pomembna tudi bodoča namembnost objekta. Na osnovi take analize lahko načrtujemo opti­ malni sanacijski postopek. V večini primerov je treba izvesti več različnih ukrepov, na primer drenaže, ki znižajo dostop vode do objekta, penetracijo zidov, ki prepreči dvig vlage po zidovih, in zamenjavo poškodovanih ometov s hidrofobnim. Pogosto pa z analizo poškodb ugotovimo, da so vzroki vlaženja neustrezen gradbeni detajl, neustre­ zna toplotna izolacija ali poškodovana vodovodna instala­ cija in da razen popravila teh poškodb posebni ukrepi niso potrebni. Na sliki 1 so shematsko prikazani načini sanacije opeč­ nega in kamnitega zidu ter rezultati (znižanje vlage) sanacij nekaterih objektov. Zadnja prikazana sanacija je poskus osuševanja vlažnih zidov palače Zorzi v Benetkah. Najpogostejši način sanacije vlage v zidovih beneških zgradb je vgrajevanje dvoslojnih svinčenih barier. Posto­ pek je težko izvedljiv, drag in spreminja videz zidov. Zato v Benetkah poteka veliko število poskusnih sanacij, da bi tako razvili najprimernejši postopek za osuševanje zidov. Eden izmed njih je tudi naš poskus. Začeli smo ga z analizo načina gradnje, materialov in vzrokov navlaževa­ nja. Zidovi beneških palač so običajno večslojni in so zgrajeni iz opek, ki so bile izdelane v različnih stoletjih. Navlaževa­ nje z morsko vodo je stalno, tako iz temeljev zaradi kapilarnega dviga vlage kakor tudi prek površine zidov zaradi pogoste »visoke vode« in higroskopičnosti soli, ki POSTOPKI IN MATERIALI Z A S A N ' C- • ' VI AŽNIH ZIDO V «N JEK TIRANJE S HIOROFOBNO INJEKCIJSKO MASO (VLAGIN ) PENETRACIJA IN NIDROFOBNI PENETRACIJA OMETI < VI.AGOM i OPEČNI ZIDOVI V LJUBLJANSKI BOLNIŠNICI V PALAČI BENETKAH OMETI Z VLAGOM-om : KAMNIT OZ. MEŠANI . -------- IOPECNO-KAMNIT! ZID I j OPEČNI ZID Slika 1. Shematsko prika­ zani načini sanacije opeč­ nega in kamnitega zidu ter rezultati (znižanje vlage) sanacij nekaterih objektov so v zidovih. Naš postopek smo zasnovali tako, da bi preprečili vse tri načine vstopa vlage. Poskusna sanacija je pokazala, da smo delno uspeli. Zidovi so se v enem letu osušili za približno eno četrtino začetne vlage. Meritve higroskopičnosti gradbenih materialov so pokazale, da smo se s tem že približali meji, do katere je beneške zidove - zaradi velike količine higroskopičnih soli - sploh možno osušiti. Za uspešnejšo sanacijo bi bilo treba iz zidov odstraniti soli, kar pa zaenkrat še ni rešljivo. 3. EPOKSIDNE SMOLE IN SANACIJE BETONSKIH KONSTRUKCIJ Dvokomponentne epoksidne smole so spojine, ki so se hitro uveljavile v gradbeništvu. Z izbiro različnih epoksid- nih smol, uporabo različnih trdil in dodatkov (topil, mehčal, polnil, pigmentov itd.) izdeluje industrija gradbenega ma­ teriala celo vrsto proizvodov za gradbeništvo: dekorativne in zaščitne premaze za kovine in beton, talne obloge, reparaturne, fugirne, zalivne in podlivne mase, injekcijske smole ter lepila. Novorazviti materiali pa so spodbudili in omogočili tudi razvoj novih postopkov za sanacije poško­ dovanih ali nezadostno nosilnih konstrukcij. Na tem pod­ ročju velja omeniti predvsem injekcijske smole, lepila za izboljšanje stikov med starim in novim betonom ter grad­ bena lepila za lepljenje betona in kovin. Problem, kako zapolniti fine razpoke v betonu, tako da bi razpokan beton zlepili v homogen element, je postal rešljiv z uporabo maloviskoznih, lahko tekočih injekcijskih epoksidnih smol. Nov postopek sanacije betonov z injektiranjem epoksidnih smol smo začeli uvajati pred približno petnajstimi leti. Poleg raziskav za izbor ustreznih injekcijskih mas je bilo treba dobiti tudi primerno opremo in izdelati ustrezno tehnologijo za pripravo razpok ter injekcijskih mest. Po­ trebno pa je bilo tudi uvajanje in poučevanje delavcev, ki injektirajo. Strjevanje epoksidne smole poteka kot kemična reakcija med osnovno smolo in trdilom. Pri pravem razmerju dobimo optimalne lastnosti - velike trdnosti, odpornost proti vplivom okolja. Presežek ene ali druge komponente pa povzroči, da ostane masa elastična, plastična ali pa se sploh ne strdi (preglednica 1). Preglednica 1. Mehanske lastnosti ene od epoksid­ nih smol, pripravljene z raz­ ličnimi količinami trdila Dodatek trdila Mehanske lastnosti po 10 dneh (prizme 4 x 4 x 1 6 cm) (N/mm2) (masni %) upogibna trdnost tlačna trdnost 10 2,5 _ zelo deformabilna elasto-plastična masa 20 43,1 72,8 25 49,4 77,1 29 53,8 63,0 35 7,5 plastična, gnetljiva masa 40 mehka gnetljiva masa 50 viskozna tekočina Zato je zelo pomembno, kako izvajalec pripravi injekcijsko maso. Prav tako so pomembni pogoji, v katerih injektira. Nizke temperature upočasnijo kemične reakcije strjevanja tako, da imamo lahko tudi po več dneh v razpokah namesto strjene smole viskozno tekočino. Previsoke tem­ perature pa lahko kemične reakcije toliko pospešijo, da se pripravljena injekcijska masa hipoma strdi, in to še preden jo lahko vtisnemo v razpoke. Injektiranje betonskih konstrukcij kot poseben sanacijski postopek izvaja v Sloveniji nekaj gradbenih podjetij. Pogo­ steje se uporabljajo epoksidna lepila za dobetoniranje. Ta dobro primejo na vlažno in suho podlago in so odporna proti učinkovanju alkalij. Uporabljajo se med gradnjo za izboljšanje delovnih stikov med starim in novim betonom, nastalih pri prekinitvah betoniranja ali pri sanacijah večjih poškodb betona. armature (lamel) je glede na ostale možnosti za tovrstne sanacije bistveno cenejši, je pa hkrati zelo zahteven. Glede na navedeno smo pri raziskovalnem delu podrobno raziskali vse tiste parametre, ki vplivajo na kakovost in trajnost lepljenja (fizikalne karakteristike epoksidnih lepil, priprava površin betona in jekla, postopki lepljenja itd.). Razvili smo tudi lastno epoksidno lepilo za lepljenje jekla na beton (Be-pox.). Le-to je po svoji kakovosti vsaj enakovredno tovrstnim lepilom, ki so jih razvili v svetu. 4. SKLEP Nove polimerne spojine, razvite v zadnjih petdesetih letih, so se v gradbeništvu uveljavile kot osnova za izdelavo vrste gradbenih materialov. Poznavanje njihovih lastnosti je osnova pri razvoju novih postopkov za sanacije različnih poškodb objektov. Praktična izvedba teh postopkov na Preglednica 2. Lastnosti gradbenega epoksidnega lepila Be-pox Mešalno razmerje komp. A : komp. B komp. A : komp. B = 3 : 1 ut. delov Gostota utrjene malte 1,6 g/cm3 Tlačna trdnost 87,5 ± 4,0 N/mm2 Upogibna trdnost 40,4 ± 3,2 N/mm2 E - modul pri tlaku trenutni (5 min) trajni (1 ura) 9258 ± 2 1 0 N/mm2 8120 ± 160 N/mm2 Natezna trdnost 21,1 ± 2,8 N/mm2 E - modul pri nategu 9978 ± 6 1 5 N/mm2 Skrček pri strjevanju 0,1% Vpijanje vode 0,2 masnih % Oprijemljivost na beton (MB 60,0) upogibni preizkus natezni preizkus strižni preizkus 10,3 ± 0,6 N/mm2 - porušitev v betonu 5,7 ± 1,4 N/mm2 - porušitev v betonu 13,8 ± 0,2 N/mm2 - porušitev v betonu Oprijemljivost na jeklo strižni preizkus 24,0 ± 0,5 N/mm2 Skladiščenje eno leto pri temperaturi 5-25 °C Epoksidno lepilo je mogoče uporabljati tudi za kakovostno povezavo betona in jekla. V praksi je to omogočilo razvoj postopka za sanacijo nosilnosti armiranobetonskih kons­ trukcij, po katerem manjkajočo armaturo nalepimo na beton. V zadnjih desetih letih smo na tak način sanirali številne armiranobetonske konstrukcije, kot so mostovi, nosilci, stropne plošče, stebri itd. Postopek dolepljenja modelnih in konkretnih objektih odpira nove probleme, ki so spodbuda za razvoj novih tehnologij in novih materia­ lov. Tako so nas preiskave silikonskih preparatov vključile v široko razvejano problematiko sanacij vlažnih zidov. Poznavanje epoksidnih smol pa nam je omogočilo izvedbo vrste sanacij poškodovanih ali nezadostno nosilnih beton­ skih konstrukcij. KOROZIJA ARMATURE V BETONU U D K 6 9 3 .5 5 :6 2 0 .1 9 3 ERNEST TRINKAUS, BOŠTJAN GODEC, DAVID KENDA Članek obravnava procese pasiviranja jeklene armature v betonu, vpliv okolja na korozijo v odvisnosti od kakovosti betona in principe sanacije korodiranih armiranobetonskih konstrukcij. THE CORROSION OF REINFORCEMENT IN CONCRETE SUMMARY The paper deals with the processes of passivisation of steel reinforcement in concrete, the influence of the environment on corrosion, depending on concrete quality, and the principles of repair of corroded reinforced-concrete structures. 1.0. UVOD Beton je poznan kot trajen material, ki se na atmosferilijah s časom skoraj ne spreminja. Pri vpogledu v kratko zgodovino armiranega betona pa je bila strokovnjakom že ob samem začetku znana problematika korozije arma­ ture. Že pred prvo svetovno vojno so opozarjali na ta problem. Po drugi svetovni vojni pa kot da je strokovna javnost, skupaj z uporabniki, pozabila na osnovne principe in s tem na zanesljive gradnje iz armiranega betona. Zaradi ugodne gradnje se je število armiranobetonskih konstruk­ cij naglo večalo. Pretiravali so predvsem pri prednapetih konstrukcijah, in to s tankimi stenami in z izrednimi dolžinami nosilcev. Sedaj pa že nekaj časa ugotavljamo, da so armiranobe­ tonske konstrukcije, za katere je bila predvidena trajnost do 100 in več let, potrebne temeljitih sanacij že po približno desetih letih. To še posebej velja za mostove in za nekatere industrijske objekte. Vzrok za propadanje je predvsem korozija armature, nastala zaradi pretankih in nekompaktnih prekrivnih plasti betona čez armaturo ter zaradi agresivnosti okolja. Poznavanje vpliva okolja na korozijo jeklene armature pomeni poznavanje lastnosti samega armiranega betona in spremembe betona ter armature zaradi agresivnega vpliva okolja. SLIKA 1 A SLIKA 1 3 SRRPLE I 5 ORTE a a .D E RRER I . GG3 E t - G . 7 0 S Ep O . 7 3 2 n t ' / S t C i . □ □ □ E C0 RR - Ü .R S E R E S U L T S R p S . 7 H5 EM * C 0 R R 7 .S 7 S E 2 M M P Y □ . GOS □ . EGG - E C 0R R - o . r e e V N R /C M 2 G. IIE E.3SGE3 □ . E3H E. 3E3E3 -G . EGO A v to r ji: D r. E rn e s t T rin ka u s , d ip l. in ž . k e m ije , ra z isk . s v e tn ik - B o š t ja n G o d e c , d ip l. in ž . m e t., ra z isk . s o d e la v e c - D a v id K e n d a , d ip l. Inž . k e m ije - 5 E S O E E S N R /C M 2 Slika 2. Pri vbetoniranju jekleno armaturo v betonu obda cementni kamen, ki ima v porah in kapilarah vlago pH 13. Takšen pH vzdržuje ravnotežno stanje kalcijevih in alkalijskih hidroksidov (1.2.). Na močno alkalnost (pH 12,5-13,5), predvsem pri svežem betonu, vplivajo v glavnem alkalijski hidroksidi. (V portlandskem cementu je okrog 1,5% Na20 in K20). V tem alkalnem mediju v začetni fazi korodira površina armature, in sicer z zanemarljivo hitrostjo okrog 0,001 do 0,005 mm/leto, vendar dovolj veliko, da se tvori tanka zaščitna oziroma pasivna plast oksidov in cementnega kamna. S tem se pri tej alkalnosti ustvarijo pogoji za stabilnost jekla. Proces je možno simulirati (sl. 1 in 2) z elektrokemično polarizacijo betonskega jekla, npr. kakovosti Č.0200 v vodnem izlužku svežega betona (3). Glede na to, da se vpliv agresivnih komponent iz okolja, kot so C02, S02, kloridi, voda, 0 2 itd., z globino manjša, je osnovni poudarek trajnosti kakovostnega betona na debelini prekrivne plasti čez armaturo (npr. DIN 1045). Hkrati z debelino pa je pomembna tudi kompaktnost prekrivnega sloja betona. Osnovni pogoj za kompaktnost je doseganje čim manjšega vodocementnega faktorja (V/c-f). Ce je V/c-f večji od 0,4, se naglo povečuje poroznost, in to zaradi zvečanja in povezave kapilarnih por. S tem pa se tudi veča možnost prodora vlage in z njo Čl', 0 2, S02, C02. Pri ugotavljanju vzrokov za korozijo v praksi vidimo, da so najpogostejši začetki v pretanki debelini prevleke betona v povezavi s poroznostjo in z lasnimi razpokami (sl. 3 in 4). Slika 3. Vpliv karbonatizacije In izluževanje Ca/OH2/do globine okrog 10 cm. Posledici sta močno izrabljena propadajoča plast zaščitnega betona in korozija armature. VV“ :C> '’Sc**'* Ski ‘ . - Ä V v :‘: Slika 4. Lokalne korozijske poškodbe zaradi pretanke in nekompaktne zaščitne plasti betona. 2.0. AGRESIVNI VPLIVI OKOLJA NA ARMIRANOBE­ TONSKE KONSTRUKCIJE Propadanje zaščitne plasti betona nad armaturo in s tem korozija jekla sta specifična glede na vrsto in koncentracijo agresivnih komponent. V naravnem okolju je lahko to vpliv mehke vode, še posebej pri večji količini raztopljenega - prostega C02, ko pride do izluževanja Ca (OH)2. Vpliv C02 iz ozračja povzroča karbonatizacijo in s tem zmanjšanje alkalnosti površinske plasti betona. V obmorski klimi in ob avtocestah, ki jih solimo, na armiranobetonske konstrukcije močno vplivajo kloridi, ki so nevarni predvsem za korozijo armature. V industrijski klimi je poleg vpliva kloridov in drugih agresivnih soli predvsem kritična emisija S02 in dušikovih oksidov (NOx). Ti mediji imajo velik vpliv na propadanje zaščitne plasti betona, čemur sledi intenzivna lokalna korozija armature. 2.1. VPLIV C02 Ogljikov dioksid iz industrijskega ozračja reagira z alkal­ nim kalcijevim hidroksidom v betonu in znižuje pH od 12 do okrog 9: Ca(OH)2 + C02 + H20 = CaC03 + 2 H20. Kalcijev karbonat je precej slabše topen od hidroksida in lahko pri majhni poroznosti začepi pore na površini in s tem upočasni nadaljnje propadanje. Pri normalnem betonu poteka karbonatizacija počasi v globino, glede na izkušnje približno 1 cm v desetih letih (4). Hitrost (dx/dt) karbonatizacije z globino (1x) se zmanj­ šuje: dx/dt = k 1V T . Torej, če bomo debelino zaščitne plasti podvojili, bo čas karbonatizacije takega sloja 4-krat daljši (x= kV T ). Konstanta (k) je odvisna predvsem od poroznosti betona, tako je npr. pri povečanju V/c-f iz 0,4 na 0,75 hitrost karbonatizacije zaradi poroznosti 4-krat večja. S karbonatizacijo pa je možen enako povečan prodor HoO CI' in 0 2 do kovine. Tako v prenesenem smislu velja zakon kvadratnega korena tudi za prodor kloridov (5). Pri razpokanem betonu je karbonatizacija funkcija širine in globine razpoke (6): V = k V w T kjer so: V - globina karbonatizacije v razpoko, w - širina razpoke, t - čas, k - konstanta. 2.2. ODVISNOST PASIVNOSTI ARMATURE OD pH IN KOROZIJSKEGA POTENCIALA S karbonatizacijo se znižuje pH in zmanjšuje kompaktnost betona, s tem pa nastane potencialna nevarnost za korozijo armature. Jeklo je v nevtralni raztopini pasivno samo pri majhnih potencialih (manj kot 440 mV), v nasprotju s pH 12-13, kjer je pasivno v širokem območju potencialov (od -600 do +200 m V). V prvem primeru je jeklo mogoče zaščititi samo s ponovno alkalizacijo ali s katodno zaščito. Pri alkalnosti betona pH 13,5 bo ravnotežni korozijski potencial: Ekor =0,085 - (0,0591 ■ ph) = - 824 mV (SHE) (glede na vodikovo polcelico oziroma baker/baker sulfatno polcelico - 1140mV). Pri navedenem potencialu je izmerjena hitrost korozije jekla minimalna (1-5jim/1). Če niso prisotni CI', SO4' itd., tudi zmanjšanje pH do 8,5 zaradi karbonatizacije še ne bo povzročilo korozije, kar se pogosto opaža pri starih objektih. Do korozije pa lahko pride pri močnem vdoru vlage in z njo kisika že pri pH 10, pri hkratni prisotnosti CI' pa tudi pri pH 11,5. Pri takšnih vplivih se poškoduje zaščitna ovojnica železo­ vega oksida in cementnega kamna. Še posebej hitro predrejo takšno bariero CI' ioni (sl. 5). Slika 5. 2.3. VPLIV KLORIDOV Armiranobetonske konstrukcije so izpostavljene kloridom v obmorski klimi, ob soljenih avtocestah in v določeni industrijski klimi. Izkušnje kažejo, da so kloridi največji problem za obstoj­ nost armiranega betona. Prve poškodbe na objektih zaradi kloridov se pokažejo že po nekaj letih, čemur so običajno vzrok napake pri gradnji. Pogosto pa je treba objekte, izpostavljene agresiji, teme­ ljito sanirati že po približno desetih letih. Korozijska agresivnost kloridnih ionov izhaja iz velike prodornosti in sorazmerno dobre topnosti korozijskih pro­ duktov. Tako Cl' deluje kot pospeševalo korozije in se prenaša z vlago naprej skozi beton in ob armaturi v betonu. Glede na problem korozije zaradi Cl' je treba tudi vedeti, kdaj in v kakšni količini so kloridi nevarni. Klorid v obliki CaCI2 je poznan kot dodatek za pospeševa­ nje strjevanja betona. Priporočljiva količina je do 1,4% CaCI2 oziroma 2% CaCI2 (oziroma 2% CaCI2- H20) na težo cementa. Druga možnost prisotnosti kloridov v svežem betonu je, če pri pripravi betona dodajamo morsko vodo. Določeno količino soli lahko prispeva tudi agregat, npr. morski pesek. Navedena prisotnost kloridov je za določene objekte sprejemljiva, če se kontrolira kakovost cementa. Pomem­ bna je predvsem kakovost portlandskega cementa z zadostno količino trikalcijevega aluminata (C3A), ki veže raztopljene kloride v netopno obliko. Pri tem je treba upoštevati še količino C3A, in sicer: - da se ne porabi ves C3A in s tem preveč zniža pH, - pH znižujejo tudi drugi dodatki (npr. aktivna polnila na osnovi Si02), - porabi se za vezavo sadre. Po drugi strani pa lahko prevelika količina C3A povzroči občutljivost za sulfatno agresijo. Seveda pa je tudi količina vezanega klorida potencialna nevarnost za korozijo, če se poslabšajo pogoji pasiviranja armature, npr. znižanje pH zaradi karbonatizacije ali zmanjšanje potenciala zaradi izgubljenih istosmernih to­ kov. Kloridi pa ne smejo biti niti v svežem betonu v naslednjih primerih: - v prednapetem betonu, - če je v vlažnih pogojih izpostavljen izgubljenim isto- smernim tokovom, - pri neposrednem kontaktu s pocinkano pločevino (npr. streho), - pri hkratni vgradnji več vrst kovin (npr. jeklo in aluminij), - ko je izpostavljen vlažnim pogojem in sulfatom. Če beton vsebuje kloride, so ti lahko v obliki: - vezani v cementnem kamnu, - fizikalno adsorbirani na stene por, - prosti ioni (Cl") v raztopini por. Če je v betonu dosti kloridov, so v vseh treh oblikah. Korozijo povzročajo samo ionski (Cl"), raztopljeni v razto­ pini por in razpok. Z izsuševanjem se lahko koncentracija Cl" lokalno še zveča in agresivnost potencira. Kritična meja količine Cl", nad katero nastaja korozija, je odvisna od več faktorjev (sl. 2); ti so: - PH, - kakovost jekla, - elektrokemični potencial armature, - kakovost betona. Pri armiranem betonu običajne kakovosti je kritična meja količine Cl" okrog 0,4 ut. % na cement. Pri prednapetem betonu mora biti ta koncentracija manj kot 0,04% (9). Prehod Cl' v beton je možen skozi razpoke, z difuzijo in prek kapilar. Kapilarni prehod je pri kakovostnem betonu z diskontinuirnimi kapilarami malenkosten. Razpoke so glavni vzrok za kontaminacijo armature. Pri tankih in poroznih prekrivnih plasteh betona pa je lahko problematična tudi difuzija, ki poteka po principu Ficko- vega zakona. Prehajanje kloridov oz. koncentracija Cl' se z globino zmanjšuje, zato je važna debelina sloja. Pri vdoru Cl' v utrjeni beton je vezava Cl' s cementnim kamnom zane­ marljiva in so že majhne koncentracije soli lahko kritične za korozijo armature. 2.4. VPLIV S 02 IN DUŠIKOVIH OKSIDOV Viri plinastega S02 so predvsem kurišča oziroma dimniki, podobno velja za NO in N02, ki pa sta prav tako tudi v izpušnih plinih avtomobilov. Ti plini se lahko absorbirajo v zračni vlagi (kot H2S03, H2S04, HN03) in povzročajo kisel dež (s pH tudi do 4). Takšen kisel dež oz. vlaga z navedenimi kislinami povzro­ čata površinsko nevtralizacijo betona in rušita strukturo zaradi povečanja prostornine produktov: Ca(OH)2 -I- H2S04-> CaSo4-»CaS04- 2 H20 (sadra z 2- krat večjo prostornino od Ča-hidroksida). Z nadaljnjo vezavo vode sadra prehaja v etringitno obliko, ki ima 8-krat večjo prostornino: 3 CaO • Al20 3 + 3 (CaS04 • 2HzO) + 26 H20 3CaO- ■ Al20 3 • 3 CaS04 ■ 32 H20 Posebno agresivne so tudi soli (NH4)S04 in MgS04), tako pri industrijskem onesnaženju kakor tudi v vodi. S02 kot kisel dež vpliva predvsem na pospešeno propa­ danje prekrivne plasti betona in na širjenje razpok. Če S02 kot plin difundira v pore in v razpoke betona do armature, pa z zračno vlago in s kisikom povzroča aktivno lokalno korozijo. 3.0. MOŽNOSTI PREPREČEVANJA VPLIVA OKOLJA NA ARMATURO Večkrat je poudarjeno dejstvo, da je najboljša zaščita jeklene armature dovolj debela plast kompaktnega beto­ na. Ta debelina naj bi bila minimalno 2,5 cm, v klimatskih pogojih z zmrzovanjem minimalno 5 cm, pri agresiji klori­ dov pa 10 cm. Kadar zaradi različnih vzrokov potrebna debelina prekriv­ nega betona ni optimalna, so potrebni dodatni ukrepi, in sicer: - dosledno kontroliranje kakovosti cementa z omejeva­ njem prostega CaO in MgO, - modifikacija receptur betonov z dodatkom aerantov, plastifikatorjev in polimernih veziv, - dodatne izolacijske prevleke armature ali površine be­ tona, - dodatna protikorozijska zaščita armature s premazi, cinkanjem, z inhibitorji korozije ali s katodno zaščito, - uporaba nekorodirajoče armature. 4.0. PRINCIPI SANACIJE KORODIRANE ARMATURE S korozijo nastaja v prisotnosti zadostne količine H20 in 0 2 rdeče rjava plast hidratiziranih oksidov. Takšno plast imenujemo rja in ima okrog 3-krat večjo prostornino: Fe + H20 + 1/202->Fe (OH)2 Fe(OH)2 _ S l j ^ i . 9 . F e O . OH. Korozija na armaturi tako odriva izolacijsko plast betona s površine armature in korozijo še pospešuje. Ta oblika korozije je vidna v obliki razpok na površini, sledijo korozijski madeži in, končno, odpadanje prekriv­ nega betona in korodiranje armature. Korozija pa se lahko pojavi pri nizkem pH pri pomanjkanju H20 in ob prisotnosti majhnih količin akceleratorjev koro­ zije, npr. CI' do črno obarvane rje (Fe30)4, pri čemer se prostornina manj poveča. Takšna korozija se vizualno ne opazi, lahko pa jo zaznamo z elektrokemičnimi meritvami na objektu. Lahko pa se zgodi, da se objekt prej poruši, preden sploh opazimo kritičnost. To še posebej velja za prednapete konstrukcije ali klasične armiranobetonske prefabrikate z veliko poroznostjo - majhno prostorninsko maso. Takšni problemi se pojavljajo, npr. na etažnih garažah, raznih kupolah, strešnih kritinah pa tudi na mostovih. Kritičnost takih objektov ocenjujemo na podlagi količine prostih in vezanih kloridov, pH, zaščitne sposobnosti betona in korozijskih potencialov (sl. 6). Korozijske poškodbe, nastale s karbonatizacijo in vplivom S02, so lokalne in jih je mogoče lokalno sanirati. Slika 6. Merjenje korozijskih potencialov. Saniranje obsega: - odstranitev poškodovanega betona, - čiščenje armature, - po potrebi dodatno zaščito armature, - izravnavo površin z betonom, s polimernim betonom, z epoksidno malto, - po potrebi dodatno zaščito površine. Preden pa se lotimo potrebne sanacije, je treba analizirati stanje armature in betona, v katerem je ta armatura. Analizirajo se: - stopnja korodiranosti armature in vrsta korozije, - karakteristike obstoječe armature, - količina akceleratorjev korozije, - stopnja zaščitne sposobnosti betona. Če je armatura korozijsko ogrožena s Cl~, je treba pri sanaciji odstraniti kontaminiran beton in tudi korozijske produkte z armature. Sanacija bo uspešna le tedaj, če smo s posegom odstranili CP iz armature in njene bližine oziroma uspešno sanirali okolico armature in prekrivno plast ali preprečili ponovni dostop vlage. Raziskave kažejo, da so sanacije armiranobetonskih objektov v vlažnih pogojih pod vplivom CP realno izvedlji­ ve, če armatura še ni kontaminirana s kloridom. Najboljše rezultate dajejo sanacije, kjer je strokovna izvedba lokal­ nih popravil kombinirana s katodno zaščito. Če pa je armatura že v večjem obsegu načeta zaradi CP, je tudi katodna zaščita vprašljiva. 1. K. Kendall, Industrial corrosion 3, 1, 1985 (17). 2. Waldemar, Ochsner, W. Semet, F. Stock, Bautenschutz + Bautsanierung 3, 1980 (104). 3. E. Trinkaus, V. Kuhar, D. Čavlek, Poročilo raziskovalne naloge RSS »Preprečevanje korozij jeklene armature v betonu II. del 1987«. 4. M. Hossler, Das Deutsche Malerblatt, 7, 1984 (786). 5. R. D. Browne, Seminar »Cathodic protection of concrete structure« 7. 7. 1988, London (8). 6. A. W. Beeby, Ciria UEG. Cement and concrete association department of energy, technical report No. 1 (1987). 7. M. Pourbaix, Atlas of electrochemical Equilibria in aqueous solution Nace, Houston, ZD A 1974 (307). 8. P. C. Kreijger, HERON, Vol. 22, No. 1 (1977). PREDSTAVITEV SODOBNEGA STATIČNEGA PENETROMETRA UDK 621.22:622.143 MARKO FAŠALEK, IGOR AJDIČ POVZETEK V uvodu članka je podana kratka zgodovina raziskav s statičnim penetrometrom. Sledi opis delovanja sodobnega električnega statičnega penetrometra firme ISMES s prikazom možnosti interpretacije rezultatov. V sklepu pa sta podana dva praktična primera meritev in interpretacije penetracije v Ljubljani in Kopru. INTRODUCING THE MODERN STATIC PENETROMETER SUMMARY In the paper, a brief history of geomechanical investigations using the static penetrometer is first given. This is followed by a description of the method of operation of the modern, electrically-controlled static penetrometer manufactured by ISMES of Bergamo, indicating the different ways in which the results can be interpreted. The use of this instrument is demonstrated on two practical examples of measurements and interpretation of results, one in Ljubljana and one in Koper. 1. UVOD Za projektiranje temeljenja zahtevnih objektov je treba opraviti detajlne geomehanske terenske in laboratorijske preiskave, V drobnozrnatih zemljinah - drobnih prodih, peskih, meljih in glinah - se klasične geomehanske terenske preiskave, geomehanske vrtine s kontinuirnim jedrovanjem, pogosto dopolnijo z raziskavami s statičnim penetrometrom. Slednje postajajo vse pomembnejše za­ radi razmeroma hitrega in cenejšega pridobivanja kako­ vostnih geotehničnih podatkov z meritvami »in situ«. V članku želimo predstaviti sodoben penetrometer, ki ga je ob koncu leta 1988 nabavil Gip Gradis ob finančni pomoči ZRMK. Odločitev za nabavo omenjene naprave je bila sprejeta zaradi povečanja gradnje zahtevnih objek­ tov na slabše nosilnih tleh, ki terja posebno vrsto temelje­ nja in ustrezen fond geotehničnih podatkov. 2. ZGODOVINA Statični konusni penetrometer so v obliki, podobni dana­ šnji, začeli uporabljati Nizozemci leta 1934. Metoda prei­ skave s statičnim penetrometrom je na Nizozemskem še posebno uporabna, ker se tam pojavljajo drobnozrnati sedimenti rečnih delt. V tej začetni fazi so rezultate statičnih penetracij potrebovali predvsem za določanje nosilnosti kolov, zabitih v peščene plasti. A v to r ja : M a rk o F a ša le k , d ip l. in ž . g ra d b ., Z F tM K L ju b lja n a , ra z isk . s o d e l. M a g . Ig o r A jd ič , d ip l. in ž . g e o l., G IP G R A D IS L ju b lja n a Kasneje se je metoda, imenovana »Dutch sounding test«, razširila po vsem svetu. V Jugoslaviji jo je uvedel leta 1957 Institut za ispitivanje materijala SR Srbije. V Panon­ ski nižini namreč prevladujejo drobnozrnate zemljine, ki so posebno primerne za tovrstne preiskave. V SR Slove­ niji so raziskave s penetrometrom izvajale do leta 1988 raziskovalne ustanove, in sicer Geotehnika Zagreb, IMS Beograd ter Geološki zavod Ljubljana. V začetni razvojni fazi so vse količine merili mehansko ter pretežno z vizualnim odčitavanjem (pritiski v hidravlič­ nem sistemu). Ob koncu šestdesetih let pa so začeli intenzivneje uporabljati električne penetrometre s prak­ tično zveznim zajemom in z računalniško obdelavo podat­ kov. V nekaterih državah je tak preizkus že standardiziran (npr. standard ASTM D 3441 - 79). V pripravi je predlog mednarodnega standarda za preiskave s statičnim pene­ trometrom, ki naj bi ga Mednarodno združenje za meha­ niko tal in fundiranje (ISSMFE) potrdilo v letošnjem letu. 3. OPIS NAPRAVE IN PRINCIP DELOVANJA Izdelovalec penetrometra, ki ga želimo predstaviti, je italijanska firma ISMES (kratica za: Instituto sperimentale modelli e strutture s.p.a.). Ta je že štiri desetletja aktivna na področju razvoja in raziskav, testiranja raziskovalne opreme, elektronskih sistemov ter instrumentacije za reševanje problemov projektiranja in varnosti velikih grad­ benih objektov, okolja in elektrarn. Sedež firme je v Bergamu. Penetrometer, ki ga uporabljamo, je montiran na tovor­ njaku TAM 190 T15B. Pretežni del opreme je nameščen v posebnem kontejnerju, ločeno od voznikove kabine (fotografija 1). Fotografija 1. Terensko vozilo s statičnim penetrometrom Glavne enote, potrebne za delovanje naprave, so: - hidravlična črpalka, - priprava za vtiskovanje, - merilne konice, - sistem za sprejem in obdelavo podatkov, - stabilizatorji, - sistem za sidranje, - drogovje. Osnovni vir energije za penetriranje daje hidravlična črpalka, ki je potrebna tudi za delovanje kamiona. Priprava za vtiskovanje sestoji iz okvirja, v katerem sta dve vpenjalni čeljusti za fiksiranje drogovja pri penetrira- nju. V standardni opremi je pet merilnih konic: tri t. i. standar­ dne (električne) konice ter dve t. i. piezokonici, ki poleg standardnih količin (odpor na konici, odpor na plašču ter dve inklinaciji) merita tudi porne tlake vode v zemljini. Meritve potekajo v zelo občutljivih električnih celicah na osnovi registriranja spremembe električnega toka (»strain- gauges«). Z razpoložljivimi konicami lahko merimo v območju naslednjih vrednosti: odpor na konici (Qc): 0-20 ali 0-50; ali 0-80 Mpa, odpor na plašču (Fs): 0-0,5 ali 0-0,7 Mpa, porni tlak (U): 0-35 bar, nagib (11, I2): 0-20°. Konico prek vmesnega člena spojimo na drog po pred­ hodni spojitvi na električni kabel, ki poteka skozi drogovje, Na voljo je 100 m drogovja. V zvezi s konicami naj omenimo, da obstajajo izvedbe, ki poleg že omenjenih količin merijo tudi trdnostno-defor- macijske lastnosti in napetostno stanje v zemljini (kombi­ nacija s presiometrom), seizmične lastnosti zemljine in standardne količine pri vibriranju tal. Sistem za sprejem in obdelavo podatkov (data acqisition system) sestavljajo naslednje enote: - vir električne energije s pretvornikom, - računalnik PC s tipkovnico in z monitorjem, - enkoder za merjenje globine, - senzorji za posamezne količine (v merni konici), - grafični registrator posameznih količin po globini, - povezovalni električni kabli, - indikator hitrosti penetriranja, - indikator celotne obremenitve naprave, - tiskalnik, - risalnik. Sistem za sprejem in obdelavo podatkov je prikazan na sliki 1 in na fotografiji 2. računalnik z pretvornikom grafični zapisovalnik tiskalnik ad Slika 1. Shema za sprejem in obdelavo podatkov Fotografija 2. Sistem za sprejem in obdelavo podatkov Stabilizatorji sestoje iz štirih, v različnih smereh gibljivih podstavkov, nameščenih na navpično gibljivih drogovih. Stabiliziranje pomeni dvig kamiona na omenjene pod­ stavke v vodoravno lego, da bi se dosegle ustrezne navpične smeri penetracijskega drogovja. Sistem za sidranje je vključen v obstoječo hidravliko in ga uporabimo kot protiobtežbo, če odpor pri penetriranju presega težo celotne naprave. V standardni opremi so trije pari sider različnih velikosti za različne tipe tal. 3. MERJENJE Raziskave se izvajajo med vtiskavanjem standardizirane konice v tla s konstantno hitrostjo 2 cm/s, pri čemer se beleži odpor proti prodiranju, in sicer ločeno za konico in za plašč (obod nad standardizirano konico). Postopek je podrobno definiran v standardu ASTM D 3441-79. Na opisani način dobimo praktično zvezni zemljinski profil z že omenjenimi geotehničnimi parametri, ne da bi se prodiranje konice z drogovjem ustavilo med dvema manevroma, kar je novost pri preiskavah s penetrome- trom. »Klasično« so merili na vsakih 20 cm, ločeno samo s konico, skupaj s konico in plaščem ter s penetracijo celotnega drogovja, pri čemer so merjene vrednosti vi­ zualno odčitavali s skale na manometru. 4. OBDELAVA PODATKOV Podatki, dobljeni z meritvami, se v računalniku (v RAM oz. na disk) beležijo v električnih enotah (mV/V/Mpa oz. mV/V/ stopinjo) in jih je treba za nadaljnjo obdelavo ustrezno pretvoriti. Postopek (t. i. elaboriranje) se izvede s posebnim programom ob upoštevanju pretvornikov za pretvarjanje iz električnih količin v mehanske, začetnih in končnih ničelnih odčitkov ter odčitkov vhodne električne napetosti v merilnem sistemu. Omenjeni program je sestavni del osnovne opreme, sami pa smo razvili programsko opremo (software) z nasled­ njimi opcijami: - branje podatkovne baze (penetracije), - vpis globinskih intervalov za klasifikacijo in oceno geotehničnih parametrov, - klasifikacija in izračun geotehničnih parametrov, - zapis izračunanih vrednosti v novo podatkovno bazo, - risanje rezultatov na monitor, - risanje rezultatov na risalnik, - izračun nosilnosti pilotov na osnovi rezultatov penetra­ cij. Z našo programsko opremo lahko ocenjujemo sestavo in lastnosti tal za poljubne odseke glede na globino, odvi­ sno pač od zahtevane natančnosti interpretacije. Kot vodilo za ustrezen izbor odsekov rabi poleg izrazitih sprememb vrednosti Qc ter razmerja Fs/Qc x 100% tudi raztros obeh vrednosti okoli aritmetične sredine, ki se med obdelavo sproti računa. 5. UPORABNOST REZULTATOV Glede na povedano sta osnovna rezultata meritev s penetrometrom odpor na konici (Qc) in odpor na plašču (Fs) za dano globino. Poleg navedenih vrednosti se med preiskavo stalno meri nagib (inklinacija) konice v dveh smereh, s čimer je mogoče natančno korigirati dejansko globino mernega mesta ter po potrebi tudi porne tlake (U). Z vrednostma Qc ter Fs/Qc * 100% je mogoče oceniti sestavo tal. Seveda je klasifikacija bolj splošna, kakor jo pač lahko izdelamo na osnovi vizualnega popisa vzorcev iz vrtin. Po drugi strani pa kažejo posnetki s penetrome­ trom zaradi kontinuirnega zajemanja podatkov jasne pre­ hode med sloji zemljin z različnimi mehanskimi lastnostmi, pri čemer je izključena možnost subjektivnega popisa. Za določanje sestave tal so se v praksi uveljavili različni klasifikacijski diagrami. Kot primer je na sliki 2 narisan diagram po Robertsonu in Campanelli (3). Iz prikazanega diagrama je razvidno, da je na osnovi rezultatov Qc in Fs možno ločiti glavne skupine zemljin. Obstajajo tudi diagrami z natančneje opredeljenimi skupi­ nami, vendar je potrebna pri aplikaciji določena pazljivost zaradi možnih razlik med našimi in referenčnimi tipi tal. Za podrobno klasifikacijo zemljin je pomemben tudi poda­ tek o pornih tlakih. S penetrometrom firme ISMES lahko v kontinuirnem profilu na osnovi sprememb pornih tlakov registriramo tanke drenažne (ali pa slabo prepustne) vložke znotraj navidezno homogenega sloja, kar je po­ memben podatek za študij konsolidacije zemljin. Poleg klasificiranja je mogoče na osnovi rezultatov Qc in T re n jsk i k o lič n ik Rf ( % ) Slika 2. Klasifikacijski diagram po Robertsonu Fs oceniti osnovne geotehnične parametre tal, kot npr. (2,3) : - relativno gostoto (*), - ekvivalentno vrednost udarcev pri standardnem preiz­ kusu s penetrometrom (SPT), - modul stisljivosti, - koeficient stisljivosti, - nedrenirano strižno trdnost (**), - strižni kot (*), - občutljivost (**). Opomba: (* ) .. . samo za nekoherentne zemljine, (**)... samo za koherentne zemljine. Empirične zveze med Qc oz. Fs ter omenjenimi geotehnič- nimi parametri so podane v številni literaturi in se stalno dopolnjujejo. Različne izračune geotehničnih parametrov iz rezultatov preiskav s penetrometrom pregledno obrav­ nava Meigh (3). Seveda je treba ocene, dobljene iz empiričnih zvez, ustrezno preveriti, zato je smiselno kom­ binirati raziskave s penetrometrom z dolgotrajnejšim razi­ skovalnim vrtanjem ter z laboratorijskimi preiskavami odvzetih vzorcev. 6 PRIKAZ NEKATERIH REZULTATOV PENETRACIJ S statičnim penetrometrom firme ISMES je bilo v slabe pol leta obratovanja narejenih prek 1000 m penetracij. S tem so bile že v obdobju vpeljavanja tovrstnih preiskav dobljene koristne informacije o različnih vrstah zemljin. Kot primer navajamo rezultate preiskav na dveh lokacijah: Biološko središče v Ljubljani in Zavarovalnica Triglav v Kopru. Za območje bodočega Biološkega središča je bil na osnovi sondažnega vrtanja ugotovljen naslednji posplo­ šeni zemljinski profil (6): Globina (m) Opis zemljin 0,30-0,50 humus z meljem in glino 0,50-0,90 peščena do meljna glina težko gnetne konsistence prodno peščeno meljne do 0,90-8,40 glinaste ter meljno peščene zemljine v rahlem ali srednje gostem stanju puste do mastne gline pretežno 0,40-10,0 lahko gnetne konsistence ter peščeno meljne zemljine prodne do gruščno peščeno meljne 10,0-15,0 in glinaste zemljine s preperelimi kosi peščenjakov v srednje gostem do gostem stanju Hribinska osnova je v različnih globinah in sestoji iz permokarbonskih kamenin. Na omenjeni lokaciji je bilo za potrebe projektiranja globokega temeljenja poleg raziskovalnega vrtanja izve­ denih še 13 raziskav s penetrometrom. Pokazalo se je, da je sestava tal pod površino bodočih objektov, ki meri manj kot 5000 m , izredno heterogena tako v navpični kakor tudi vodoravni smeri. Na sliki 3 je prikazan primer raziskave z interpretacijo rezultatov meritev. Iz primera (sl. 3) je tudi razvidno, daje debelina koheren­ tnih zemljin v srednjem delu profila nekoliko večja od napovedane. Hribinska osnova na končni globini penetra­ cije (19 m) še ni bila registrirana. V drugem primeru pa je podan rezultat penetracije iz območja bodočega objekta Zavarovalnice Triglav v Kopru, AC klasifik. nasip G P / GFs S P / SFs S Fs/S P M L /S M GP / GFs S P /S F s B— • O o - o. o b; • • o o . • o o • . o b. * . o o • O • ' . o o • -'.0 Ki:o 0 0 o Slika 3. Rezultati meritev na območju gradbišča Biolo­ škega središča v Ljubljani kjer so predhodna sondažna vrtanja (5) pokazala nasled­ njo tipično sestavo tal do flišne osnove (od zgoraj nav­ zdol): - morski koherentni sedimenti do globine največ 22 m tipa CH - Cl, pretežno lahko gnetne konsistence, - cona pustih do mastnih glin tipa Cl - CH, težko gnetne do poltrdne konsistence, - flišna preperina debeline O - 1.2 m, - tliš (na globini 30 do 40m pod površino terena). Tipičen rezultat penetracije je podan na sliki 4: S slike 4 je razviden prehod glinastih morskih sedimentov lahko gnetne konsistence v globini 20 m v cono glin težko gnetne konsistence in nato v globini 39 m v flišno osnovo. Podrobnejša računalniška obdelava na interaktivno izbra­ nih globinskih odsekih je podana v preglednici 1: Globina (m) Qc (M Pa) var (%) ste Fs (MPa) var (%) Fs/Qc (%) var (%) Cu (KPa) St Ed (MPa) Klasifi­ kacija 0,0- 3,0 prebijanje umetnega nasipa z neinstrumentirano konico 3,0- 6,0 0,21 23 296 0,011 7 5,1 16 12,5 1,2 1,5 CL-CH 6,0-15,0 0,47 77 895 0,012 21 2,6 22 27,9 2,3 3,7 ML-CL-CH 15,0-20,0 0,69 21 497 0,015 10 2,2 16 41,3 2,8 3,6 ML-CL-CH 20,0-23,0 1,91 38 302 0,096 57 5,0 24 114,9 1,2 4,2 CL-CH 23,0-27,0 2,41 14 400 0,110 20 4,6 40 144,9 1,3 5,9 ML-CL-CH 27,0-39,0 2,48 40 1152 0,099 52 4,0 22 148,9 1,5 6,1 ML-CL-CH 39,0-39,2 10,81 19 23 (opomba: prehod v flišno osnovo) 0,557 5 5,2 18 649,5 1,2 21,1 ML-SM Preglednica 1: Primer Inter­ pretacije penetracije na ob­ močju Zavarovalnice Tri­ glav v Kopru 6 B 10 12 14 16 IB 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40J Oznaka: ZT3A Lokacija: ZAV TRIGLAV Qc (MPa) Naročnik: GE KOPER Datum: 24.5.1989 Fs (MPa) 0 .1 .2 .3 .4 .5 Konus: Y1 Kota: 1.3 Fs/Qc 0 2 4 (%) 6 B 10 ■-- — ' E— i 3r i __ 1 . Rezultati meritev na območju Zavarovalnice Triglav v Kopru Oznake Qc, Fs, Cu, Ed in St v preglednici 1 so aritmetične sredine odpora na konici, trenja na plašču ter ocen nedrenirane strižne trdnosti, deformacijskega modula in občutljivosti za izbrane globinske intervale. Oznaka »var« pomeni koeficient variacije (aritmetična sredina/standar- dni odklon x u100%) in kaže na stopnjo raztrosa rezulta­ tov okoli aritmetične sredine, oznaka »ste« pa pomeni število rezultatov. Rezultati v preglednici 1 dopolnjujejo napoved o sestavi temeljnih tal: v globini okoli 20m prehajajo ugotovljene koherentne zemljine skupine CL-CH, ML-CL-CH ter ML s primesjo zaglinjenega peska iz lahko gnetne v pol- trdno do trdno konsistenco, saj se pri tej globini geoteh- nični parametri izrazito povečajo. V globini 39 m pa je registriran prehod v flišno osnovo, kar je razvidno iz skokovitega povečanja vrednosti Qc in Fs. Na sliki 5 je podana primerjava med strižno trdnostjo morske gline do globine 20 m za območje Zavarovalnice Triglav in za območje Luke Koper. Vrednosti za območje Zavarovalnice Triglav smo ocenili na osnovi izvedenih statičnih penetracij (več lokacij in globinskih odsekov) po znanih empiričnih zvezah. Tako dobljenim vrednostim smo po metodi najmanjših kvadratov določili linearno odvisnost nedrenirane strižne trdnosti od globine. Dob­ ljeno regresijsko premico smo primerjali z zakonitostmi spreminjanja strižne trdnosti, dobljenimi na osnovi meritev s krilno sondo v Luki Koper (4). Primerjava kaže naslednje: - na območju Zavarovalnice Triglav smo ugotovili dobro linearno odvisnost nedrenirane strižne trdnosti od globine; - glede na rezultate, dobljene v Luki Koper, smo dobili nekoliko večje vrednosti, in to verjetno zaradi višje stopnje konsolidacije glin. SKLEP nedr. strižna trdnost (k P a ) Dosedanje izkušnje kažejo, da je statični penetrometer firme ISMES zelo uporaben pri predhodnih geotehničnih raziskavah, za dodatna raziskovalna dela med gradnjo samo in za študijske namene. Seveda pa metoda raziskav s statičnim penetrometrom ne more v celoti nadomestiti klasičnih postopkov geomehanskega sondiranja, vzorče­ nja in laboratorijskih preiskav. Kljub temu pa lahko s kombinacijo obeh metod občutno pospešimo in pocenimo stroške raziskovalnih del. LEGENDA : 2 Cu = 2,14 X I J 3 Cu = 6,3 + 2,076 x z iz stat. penetr. 4 95 % območje za napoved iz stat. penetr. Slika 5. Primerjava nedreniranih strižnih trdnosti v odvisnosti od globine LITERATURA 1. Bruzzi D., Battaglio M.: Pore pressure measurements during cone penatration testing; Publikacija ISMES S. P. A. št. 229; Bergamo 1988. 2. Hunt R. E.: Geotechnical Engineering Techniques and Practices, New York, 1986. 3. Meigh A. C.: Cone Penetration Testing, Methods and Interpretation. Ciria 1987. 4. Sovine I.: O nekim geotehničkim osobinama recentnih obalnih i barovitih glina, Acta geotehnica 4-6, Ljubljana 1963. 5. GZL: poročilo št. J-ll-30 d/b1 -1/5322, Ljubljana 1989. 6. GZL: poročilo št. J-ll-30 d/b1 -6/3399-e, Ljubljana 1987. UNIVERZA EDVARDA KARDELJA V LJUBLJANI I ta i • |i| lu n ■linal m i l nmlTilUmj FAKULTETA ZA ARHITEKTURO, GRADBENIŠTVO IN GEODEZIJO 61001 Ljubljana, Jamova 2, p. p. 579 O POTRESNIH SILAH V PREDPISIH MATEJ FISCHINGER, PETER FAJFAR Obrazloženi so osnovni principi določanja velikosti računskih potresnih sil v predpisih. Ugotovljeno je, da so potresne sile močno reducirane, saj sta implicitno upoštevani rezervna nosilnost in duktilnost konstrukcij. Zato je potrebna previdnost pri novih konstrukcijskih sistemih, kjer teh rezerv izkustveno ne poznamo. Povsem napačna pa je uporaba reduciranih potresnih sil po predpisih za projektiranje neduktilnih detajlov ter slabo zasnovanih konstrukcij, ki običajne duktilnosti in rezervne nosilnosti nimajo. ON THE SEISMIC FORCES IN ASEISMIC CODES SUMMARY The basic principles which have been used to determine the level of the design seismic forces in codes are explained. It is concluded that the design forces are strongly reduced due to the ductility and overstrength of structures. Caution should be taken, therefore, when new structural systems with unknown ductility and overstrength are designed. In any case the reduced seismic forces in codes should not be used to design nonductile elements and poorly conceived structures which have no usual reserves in ductility and overstrength. 1. UVOD S potresno varno gradnjo skušamo konstrukcijam zagoto­ viti nosilnost, duktilnost (sposobnost neelastičnega defor­ miranja) in togost, ki so večje od zahtev pričakovanega potresa. Natančnejšo določanje teh sposobnosti in zahtev presega možnosti vsakodnevne prakse. Poenostavljeni postopek, ki se danes uporablja v predpisih, je nastal z dolgoletnim opazovanjem obnašanja konstrukcij med močnimi potresi. Temelji na pojmu elastične nosilnosti (definirane s sumarno potresno silo S), ki je projektantu poznan iz vsakodnevnega dela. Potresna sila določa minimalno elastično računsko nosilnost, ki praviloma za­ došča, da poškodbe (neelastične deformacije) ostanejo Avtorja: Matej Fischinger, asist, dr., dipl. gradb. inž., Peter Fajfar, prof. dr. dipl. gradb. inž., FAGG, VTOZD gradbeništvo in geodezija, Inštitut za konstrukcije, potres­ no inženirstvo in računalništvo znotraj sprejemljivih vrednosti tudi med najmočnejšimi pričakovanimi potresi. Zaradi razlogov, ki jih bomo obravnavali v tem članku, so lahko računske potresne sile (Srač = S) reducirane (manj­ še) glede na vztrajnostne sile, ki bi nastale v elastični konstrukciji (Se). Se Redukcijski faktor R je v naših predpisih implicitno upošte­ van v potresnem koeficientu K [1], Če namreč zapišemo vztrajnostno silo v elastični konstrukciji Se = m ae ma|3 X 0,1 X 11800 = 1541 kN (6) Kljub veliki razliki med silo Se in računsko obremenitvijo so računi in eksperimenti pokazali odlično obnašanje obravnavane konstrukcije. Razlogi so razvidni iz značilne zveze med prečno silo ob vpetju (ta je enaka sumarni potresni sili S) in pomikom na vrhu konstrukcije (slika 3). Slika 3. Odziv stavbe s slike 1 (prečna sila spodaj - pomik na vrhu) na potres Ei Centro 1940, N-S Dejanska maksimalna nosilnost stavbe pri horizontalni obtežbi Qmaks = 4500kN (7) je bila približno 3-krat večja od računske obtežbe (en. 6). Ta velika rezerva v nosilnosti, ki je na srečo značilna za večino sodobnih konstrukcij, je posledica številnih vzro­ kov, kot so na primer (i) prerazporeditev obremenitev v statično nedoločenih konstrukcijah, (ii) upoštevanje mini­ malnih zahtev glede dimenzij in armiranja, (iii) utrditev armature in (iv) konservativne predpostavke v računskih modelih in dimenzioniranju. Dovedena potresna energija se je disipirala s histerez- nimi izgubami pri plastičnih deformacijah posameznih elementov. Ti elementi so se sicer poškodovali, vendar se niso porušili, ker so bile njihove duktilnosti večje od zahtev potresa. Na sliki 4 je na primer prikazana računska histereza moment - zasuk za značilno gredo. Zahtevana duktilnost za zasuk pri pozitivnem momentu je bila 3,0, pri negativnem momentu pa 1,3. Konstruiranje po veljav­ nih jugoslovaskih predpisih je zagotovilo (groba računska ocena) duktilnost 28,0 in 4,5 pri pozitivnem oziroma O EL CENTRO 1940, N-S ZASUK [ra d ] Slika 4. Histereza moment - zasuk za značilno gredo negativnem momentu. K ugodnemu razultatu so pripomo­ gli predvsem (a) dobra konstrukcijska zasnova, ki je omogočala enakomeren razpored plastifikacije po kon­ strukciji in preprečila koncentracijo zahtev na posamezne elemente, (b) dovolj velike dimenzije, razmeroma šibko armiranje in zadostna minimalna stremenska armatura, ki so zagotovili velike duktilnosti, ter (c) premik v spektru proti višjim periodam po razpokanju konstrukcije, ki je bil za obravnavano konstrukcijo in potres ugoden (ta faktor seveda ni splošno veljaven I). Zaključimo lahko, da bi obravnavana stavba zaradi dobre konstrukcijske zasnove, ki ji je zagotovila zadostno nosil­ nost in duktilnost, dobro prestala zelo močan potres, kljub temu da je bila projektirana na relativno majhno računsko potresno obremenitev. Izkušnje med potresi in podatki v literaturi [4,5] kažejo, da so te rezerve značilne za večino sodobnih konstrukcij. V predpisih so implicitno upoštevane pri izbiri velikosti potresnih sil, tako da projektanta števil­ čne vrednosti dejanske nosilnosti ali duktilnosti niti ne zanimajo. Zavedati pa se mora, da tak način računa (brez povečanja varnostnih faktorjev) ni primeren za konstrukci­ je, ki teh rezerv nimajo. To so na primer manj duktilni detajli (nekateri montažni stiki, sidranja, elementi, za katere je odločilna strišna obremenitev) ali statično določene konstrukcije, ki imajo majhno rezervo v nosilno­ sti. Prav tako ni možna direktna uporaba reduciranih sil v predpisih za račun bistveno novih konstrukcijskih siste­ mov, za katere duktilnosti in dejanske nosilnosti ne poznamo. V praksi se pogosto uporabljajo reducirane potresne sile iz predpisov za »dokazovanje« potresne varnosti konstrukcij z očitno zgrešeno zasnovo ali z grobimi napakami v projektiranju in/ali izvedbi. Pri tem se pozablja, da redukcija potresnih sil v predpisih temelji na predpostavki, da ima konstrukcija zaradi solidne zasnove in izvedbe rezervo v nosilnosti in duktilnosti. Tak »dokaz« je torej kontradiktoren, nesmiseln in nevaren. 3. PRINCIP REDUKCIJE POTRESNIH SIL V PREDPISIH Za idealno elasto-plastično konstrukcijo si lahko princip redukcije potresnih sil nazorno grafično predstavimo. Zaradi primerne dolžine članka se omejimo na konstruk­ cije daljših period, za katere velja, daje pomik elastičnega in neelastičnega sistema približno enak. Meja med dalj­ šimi in krajšimi periodami je pri potresnih gibanjih tal z običajnim frekvenčnim sestavom približno 0,7 s. Analogen prikaz za konstrukcije s krajšimi nihajnimi dobami, ki temelji na enakosti energij, je podan v [6]. Dogovorimo se za oznake: S - nosilnost pri horizontalni obtežbi, potresna sila, prečna sila ob vpetju konstrukcije u - horizontalni pomik konstrukcije (običajno na vrhu) R - redukcijski faktor (en. 1) H - duktilnost Indeksi: rač - računski dej - dejanski y - na meji tečenja (angl. »yield«) n - neelastičen Dogovorimo se, da so računske potresne sile že pomno­ žene z varnostnimi faktorji. Srač je torej faktorirana mejna obtežba. Iz že navedenih razlogov je dejanska nosilnost običajno večja od računske Sdej = R N xS rač; RN > 1 (8) RN - faktor rezervne (dodatne) nosilnosti (angl. »over- strenght factor«) Z empirično dokazano predpostavko o enakosti pomikov elastične in neelastične konstrukcije lahko prikažemo odnos med potresno obtežbo in pomikom konstrukcije s sliko 5. Globalna duktilnost je po definiciji M" = Lln/Uy (9) Iz podobnih trikotnikov pa sledi Se — Sjjej M* — RN Sra£ p. (10) ter zaradi (1) R = RN |x (11) Z besedami povedano velja, da je dovoljena redukcija potresnih sil enaka produktu faktorjev rezervne nosilnosti in duktilnosti. Preliminarne analize za skrbno konstruirane sodobne armiranobetonske konstrukcije kažejo, da velja približno RN = 1,5 -3 ,0 in H = 4 -5 (11) Ker so potresne sile za te konstrukcije približno 8-krat (R = 8) reducirane, večina tovrstnih konstrukcij prestane močne potrese. To je tudi pričakovano, saj je redukcija izkustveno določena. Za konstrukcije z manjšo duktilnostjo so v sodobnih predpisih predvidene večje računske potresne sile (manjši R). Pač pa je manj poznano, da je konstrukciji brez rezervne nosilnosti (RN = 1,0) zelo težko zagotoviti zadostno duktilnost (^ = 8). 4. DOLOČANJE POTRESNIH OBREMENITEV ZA POSAMEZNE ELEMENTE 4.1. PRINCIP Ker je v predpisih reducirana potresna obtežba za celo konstrukcijo, je redukcija enaka za vse elemente. Če bi bile dejanske nosilnosti posameznih elementov proporcio­ nalne računskim, bi v tako projektirani konstrukciji nas­ tala plastifikacija vseh elementov približno hkrati. Smotrno pa je, da se izogibamo plastifikaciji (poškodbam) krhkejših in ključnih elementov v konstrukciji. Zato je potrebno ustrezno korigirati nosilnosti posameznih ele­ mentov. Princip potrebne korekcije lahko lepo razložimo, če si konstrukcijo zamislimo kot verigo [7] (slika 6). Sila v verigi Slika 6. Analogija med konstrukcijo in verigo je omejena z dejansko nosilnostjo najšibkejšega elementa S Ŝdej.š (13) Upoštevati moramo, da je lahko dejanska nosilnost ob­ čutno večja od računske Sdej.š = 4*0 S rač,š (1 4 ) 4>0 > 1 imenujemo faktor dejanske nosilnosti prereza. Razlike med dejansko in računsko nosilnostjo prereza nastajajo zaradi zahtev ostalih obremenitev, rezerv v materialu, konservativnih postopkov računa ter upošteva­ nja standardnih dimenzij in minimalne armature. Če je elastična nosilnost ostalih, močnejših elementov večja od dejanske nosilnosti šibkega člena Sem ‘Po S rač § (1 3 ) bodo neelastične deformacije (poškodbe) omejene samo na šibki člen (ki deluje kot varovalka), in sicer ne glede na jakost dejanskega potresa, ki je vnaprej ni možno zanesljivo določiti. Pri tem je pomembno, da je lahko preveč konservativno dimenzioniranje šibkih čienov (veliki (j>0) za konstrukcijo celo škodljivo. Za šibke člene izbiramo elemente, ki ne ogrožajo globalne stabilnosti konstrukcije (npr. grede v stenah z odprtinami) in ki jim lahko zagotovimo zadostno duktilnost (npr. upogibni elementi). Izognemo pa se plastifikaciji manj duktilnih (npr. strižnih) elementov in/ali elementov, ki ogrožajo globalno stabilnost konstrukcije (npr. stebri). 4.2. PRIMER 3 metre visoka konzola s presekom 0,5/0,5 m ter maso m=100t na vrhu stoji na področju IX. potresne cone (K = 0,1). Na vsakem vogalu ima vzdolžno armaturo 3 ep 25. Konzola je pritrjena na temelj z neduktilnim montažnim stikom. Kolikšna mora biti nosilnost tega stika? Računska strižna nosilnost, ki jo zahtevajo predpisi, je Qraa = 1,3 K m g = 130 kN (16) Na področju IX. cone lahko pri elastičnem odzivu te razmeroma toge konzole pričakujemo pospešek mase okoli ^e,maks= 0 | 3 9 (1 7 ) Pripadajoča elastična strižna obremenitev je Qe= 0,5 X 1000 = 500 kN (18) Neduktilen stik, dimenzioniran na 130 kN, te obremenitve ne bi zdržal. Dimenzioniranje stika na obremenitev Qe pa je lahko neekonomsko (kar ne velja vedno za področja s šibkejšimi potresi). Poleg tega ne moremo z gotovostjo vedeti, da ae,maks ne bo večji od 0,5 g. Vemo pa, da prečna sila v konzoli (in s tem v stiku) ne more biti večja od M Q = — (19) H ' ' kjer sta: M - upogibna nosilnost konzole H - višina konzole Zavedati se moramo, da dejansko upogibno nosilnost določa dejanska armatura, ne pa računski moment zaradi potresne sile (Mrač = 1,3 S H = 390 kNm). Dejan­ ska upogibna nosilnost konzole (pri pripadajoči osni sili N = 1,3 • 1000= 1300 kN) je: Mdej = 1,25 • 709 = 886 kNm (20) Vrednost 709 kNm smo odčitali z diagramov v (8), z dodatnim izkustvenim faktorjem 1,25 pa smo upoštevali, da je lahko dejanska trdnost armature tudi do 25 % večja od specificirane meje elastičnosti. Nosilnost neduktilnega stika mora biti torej večja od maksimalne možne prečne sile v konzoli Mdej Odej, maks = “ Tj = 295 kN H Običajno se vzame varnost vsaj 1,2 (21) Ostika, min — 1 >2'295 — 354 kN (22) V prikazanem primeru deluje torej upogibni moment v konzoli kot varovalka, ki preprečuje, da bi prišlo do nezaželene krhke porušitve stika. Seveda je hkrati treba preprečiti tudi krhko strižno porušitev konzole. Nosilnost konzole na strig mora prav tako znašati 354 kN. LITERATURA 5. SKLEPI Računske potresne sile, določene s predpisi, niso dejan­ ske sile, ki nastajajo v konstrukciji med močnim potresom. Dejanske potresne sile so namreč določene z maksimalno (polnoplastično) nosilnostjo konstrukcije, ne morejo pa biti večje od potresnih (vztrajnostnih) sil, ki bi nastale v elastični konstrukciji. Računske potresne sile so močno reducirane glede na potresne sile, ki so možne v elastični konstrukciji. Reduk­ cijski faktorji so izkustveno določeni tako, da elastični račun s silami po predpisih praviloma omogoča zadovo­ ljivo obnašanje znanih konstrukcijskih sistemov pri običaj­ nih potresih. K ugodnemu obnašanju večine po predpisih izračunanih konstrukcij pripomoreta dva bistvena faktorja, ki zmanjšu­ jeta potrebno velikost računskih potresnih sil: rezerva v nosilnosti in duktilnost. Konstrukcije, ki običajnih duktilnosti in rezerv v nosilnosti nimajo (ali pa jih ne poznamo), ne moremo računati s silami po predpisih. To zlasti velja za neduktilne detajle, bistveno nove konstrukcijske sisteme in »dokazovanje« potresne varnosti konstrukcij z zgrešeno zasnovo in/ali napakami v projektiranju in izvedbi. Redukcija potresnih sil je enaka za vse elemente v konstrukciji. Zato je smiselno, da manj duktilne elemente in mehanizme (strig) računamo z večjimi varnostnimi faktorji. Možnost za racionalnejše projektiranje vidimo v postop­ nem uvajanju poenostavljenih neelastičnih metod, s kate­ rimi bo možno realneje oceniti tako dejansko velikost potresne obtežbe kakor tudi realno nosilnost in duktilnost konstrukcij. ZAHVALA Članek je nastal na osnovi raziskovalnega dela, ki ga financirata Raziskovalna skupnost Slovenije in Skupni jugoslovansko - ameriški odbor za znanstveno in tehnolo­ ško sodelovanje v sodelovanju z National Institute of Standards and Technology, Washington D. C. 1. P. Fajfar, Dinamika gradbenih konstrukcij, učbenik, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, VTOZD GG, Univerza Edvarda Kardelja v Ljubljani, 550 strani (1984). 2. P. Fajfar, M. Fischinger, Č. Remec, Evaluation of the aseismic provisions in the U.S.A. and Yugoslavia, Inštitut za konstrukcije, potresno inženirstvo in računalništvo, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, VTOZD GG, Univerza Edvarda Kardelja v Ljubljani, publikacija 28A, 217 strani (1985). 3. U.S.-Japan Cooperative Research Programs, Test of reinforced concrete structures, 8. svetovna konferenca o potresnem inženirstvu, San Francisco, ZDA, 21.-28. 7. 1984, zbornik del, Vol. 6, strani 593-706, Prentice Hall (1984). 4. G. W. Housner, P. C. Jennings, Earthquake design criteria, Earthquake Engineering Research Institute, Berkeley, ZDA, 140 strani (1982). 5. V. V. Bertero, Evaluation of response reduction factors recommended by ATC and SEAOC, 3. nacionalna konferenca o potresnem inženirstvu v ZDA, Charleston, ZDA, 24.-28. 8. 1986, zbornik del, Vol. 3, strani 1663-1674 (1986). 6. M. Fischinger, Neelastična dinamična analiza armiranobetonskih zgradb pri potresni obremenitvi - Razvoj metod projektiranja, doktorska disertacija, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, VTOZD GG, Univerza Edvarda Kardelja v Ljubljani, 236 strani (1989). 7. T. Paulay, Seismic design in reinforced concrete - The state-of-the-art in New Zeland, 9. svetovna konferenca o potresnem inženirstvu, Tokyo-Kyoto, Japonska, 2.-9. 8. 1988, zbornik del, Vol. 8, strani 687-692, Maruzen (1989). 8. R. Rogač, F. Saje, M. Lozej, Priročnik za dimenzioniranje armiranobetonskih konstrukcij po metodi mejnih stanj, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, VTOZD GG, Univerza Edvarda Kardelja v Ljubljani, 361 strani (1989). IN MEMORIAM Vlado Cimperšek, dipl. inž. gradb. Povsem nepričakovano nas je 23. 9. 1989 zapustil kolega Vlado Cimperšek, dipl. inž. gradb. Rodil se je leta 1930 v Sevnici v ugledni družbeno aktivni družini. Po šolanju v domačem kraju in Celju se je vpisal na gradbeno fakulteto v Ljubljani in leta 1957 diplomiral z odliko. Svojo strokovno pot je začel v projektivnem biroju SGP Pionir v Novem mestu. Krog strokovno ambicioznih in optimističnih kolegov ga je pritegnil v Maribor v podjetje Tehnogradnja. Z njemu lastno širino in podjetnostjo se je kmalu vključil v timsko delo p ri projektiranju takratnih najzahtevnejših nalog, kot npr. Titov most preko Drave v Mariboru in mostovi preko Eufrata v Siriji. S pridobitvijo del na hidroelektrarni Srednja Drava 1 leta 1964 je kot glavni inženir za hidrogradnje prevzel naloge vodje projekta. Veliko strokovno znanje in odlična komunikativnost sta mu omogočila suvereno obvladovanje zahtevnega vodenja in učinkovito sodelovanje tudi z investitorjem zlasti p ri razreševanju številnih tehnoloških zahtev gradnje. Sledeč svojim nagnjenjem je leta 1966 prevzel tehnično-komercialno službo podjetja Tehnogradnja. Dotedanje bogate in pestre izkušnje ter izrecna nagnjenost k poglobljeni analizi tehnično-tehnoioške problematike mu je omogočila, da je bistveno pripomogel k pridobitvi in izvajanju velikih objektov, kot so HE SD-1, HE Kruščica v Liki, in množici premostitvenih objektov, od katerih naštevam le nekatere: Od leta 1973 do 1977 je bil vodja tehnično komercialnega sektorja v Inženiringbiroju Maribor. Svoje bogate izkušnje in poklicno spretnost je zavzeto koristil v svoji zadnji službi pri Projektu Maribor. Tako je bistveno prispeval pri realizaciji kompleksa STTC in Carinarnice v Mariboru. Kolegi smo ga poznali kot pronicljivega in zavzetega strokovnjaka. Odlikovala sta ga prodorna domiselnost in veder značaj, obogaten z duhovitim humorjem. Vse to mu je omogočilo hiter in neposreden stik s sogovornikom in tako si je ustvaril širok krog prijateljev in znancev. Pridobil si je tudi številne prijatelje med poslovnimi partnerji po celi Jugoslaviji. Prav te lastnosti in njegov večni optimizem nam ostajajo v spominu na njegovo osebnost. Široko znanje in iskrena zavzetost pri delu bosta ostala trajno vgrajena v nekaterih največjih objektih v naši domovini in tujini. Danilo Bevc, dipl. inž. gradb. MASIVNA SOBNA VRATA INLES VM-D 11111111111» Značilnosti: • podboji, kakor tudi krila so izdelana iz masivnega lesa jeike/smreke • so lakirana v naravni barvi le­ sa, po naročilu so lahko tudi tužena • vratno krilo in podboj sta paki­ rana ločeno, ker je podboj v demontažnem stanju • vrata so opremljena s ključav­ nico, kljuko in ščiti ter z nasa­ dili; vsi deli okovja so eloksi- rani 61310 Ribnica, Kolodvorska 22, tel. (061)861-212 25260 Apatin, Sončanska bb., tel. (025)772-041 22330 Nova Pazova, Lenjinova 103, tel. (022)331-155 35230 Ćuprija, Cara Lazara 92, tel. (035) 461 -409 51213 Jurdani-Opatija, tel. (051)741-330 18000 Niš, Mramorska bb., tel. (018)65-335 55000 Slavonski Brod, Matoševičeva bb., tei. (055) 231-026,241-510 55300 Slavonska Požega, Beogradska bb., tel. (055) 72-845,73-323 56000 Vinkovci, Moše Pijade 101, tel. (056)11-367 14220 Lazarevac, Janka Stajčiča 50, tel. (011)813-217 88000 Mostar, Bišće polje bb., (088)33-665 91000 Skopje - Dračevo, Ratka Mitroviča bb., tel. (091)581-056 Industrija stavbnega pohištva 61310 Ribnica telefon: (061)861-441 telegram : Inles-Ribnica telex: 31-262 inles Yu telefax: (061)861-603 INFORMACIJE 290 Z A V O D A Z A R A Z I S K A V O M A T E R I A L A I N K O N S T R U K C I J V L J U B L J A N I LETNIK XXX - 11 -12 NOVEMBER-DECEMBER 1989 LEPLJENI LESENI LAMELIRANI NOSILCI V SPREMENLJIVI VLAGI UDK 694.4:53.093 JELENA SRPČIČ, MLADEN HOUŠKA Na les kot gradbeni material močno vpliva vlažnost okolja: absorpcija vlage povzroči nabrekanje lesa, spremenijo se mehanske lastnosti, poveča se lezenje pri dolgotrajni obremenitvi. Pri lepljenem lesu pa je zaradi togih lepilnih spojnic ta vpliv nekoliko manjši. Prikazane so meritve lezenja in preiskave trdnosti nateznih ter tlačnih epruvet iz čistega lesa, obremenjenih v normalni in visoki vlagi, preiskave strižnih trdnosti dolgotrajno obremenjenih vzorcev lepljenih spojev in preiskave 20 ravnih lepljenih lameliranih nosilcev normalne velikosti (0,10 x 0,19 x 3,65m) v treh različnih relativnih vlažnostih okolja. GLUED LAMINATED BEAMS IN CHANGING HUMIDITY CONDITIONS Wood is a building material which is sensitive to the humidity of its environment: the moisture causes it to swell, changes its mechanical properties, and increases creep at long-term load. In the case of glulam structures, due to the stiff glued joints these phenomena are somewhat reduced. In the article, creep measurements and tests for defining the tensile and compressive strength of clear wood specimens are presented, as well as tests for defining the shear strength of long-term loaded glued joint specimens. The results of tests of 20 full-size, glued laminated beams (0.10 x 0.19 x 3.65 m) loaded under three different climatic conditions are included. 1. UVOD Vpliv neugodnih zunanjih pogojev (temperature, vlage, agresivnih plinov oz. tekočin) na nosilnost gradbenih konstrukcij je odvisen predvsem od materiala, iz katerega so konstrukcije izdelane, pa tudi od njihove statične zasnove. Lesene konstrukcije so za nekatere vplive skoraj neobčutljive (npr. za normalne temperaturne spremembe, tj. počasne spremembe zaradi podnebnih vplivov), večji vpliv pa imajo hitre temperaturne spremembe (npr. pri sušenju), ki povzročajo izgubo vlage v celicah, krčenje in razpoke. Seveda pa na lastnosti lesa vplivajo tudi zelo visoke temperature (npr. pri požaru), pri katerih se spre­ meni struktura lesa. Avtorja: Jelena Srpčič, dipl. gradb. inž., ZRMK Ljubljanarazisk. svetnik, doc dr. Mladen Houška, dipl. inž, stroj., Fakulteta za naravoslovje in tehnologijo, Oddelek za matematiko in mehaniko, Ljubljana S pojmom temperature okolice je v veliki meri povezana tudi relativna vlaga prostora, v katerem je konstrukcija, ker je od nje neposredno odvisna ravnotežna vlaga lesa. Les namreč tako dolgo vsrkava vlago iz okolice, dokler ni vzpostavljeno ravnotežje med vlago lesa in vlago okolice. Ravnotežna vlaga je odvisna od vrste lesa, čas za vzpostavitev ravnotežja pa od dimenzij konstrukcijskih elementov. Za izdelavo sodobnih konstrukcij v veliki meri uporabljamo lepljen lameliran les, pri katerem so pojavi absorbiranja vlage in notranje napeto' ki jih ta pojav povzroča, spremenjeni. V prečnih prerezih so namreč tudi toge lepilne spojnice, ki onemogočajo neovirano krčenje in nabrekanje lesa. Z vlago se spremenijo tudi mehanske lastnosti lesa. Vrednosti vseh značilnih trdnosti (tlačne, natezne, upogib- ne, strižne) se z vlago zmanjšujejo vse do točke zasiče­ nosti vlaken. Padec trdnosti je odvisen od specifične teže lesa in po podatkih iz literature doseže tudi do 70 %. Vlaga prav tako vpliva na togost konstrukcije - modul elastičnosti se s povečevanjem vlažnosti lesa po nekaterih podatkih zmanjša do 25%. Vsi ti pojavi so izrazitejši, kadar se vlažnost lesa spreminja. Vlaga nadalje vpliva na odpornost proti trohnenju, na toplotno prevodnost in na druge lastnosti lesa, tako da je pri projektiranju treba vsekakor upoštevati, v kakšnem okolju bo konstrukcija med uporabo. Nezaželen vpliv vlage lahko zmanjšamo z različnimi zaščitnimi premazi, ki pa jih je treba redno vzdrževati. Ker v praksi pogosto naletimo na nevzdrževane konstrukcije, smo s preiska­ vami želeli ugotoviti, kolikšen je vpliv spreminjanja vlage na nezaščiteno konstrukcijo, ki pa je obenem obreme­ njena - enako kot med uporabo - s stalno obtežbo. 2. CILJ IN OPIS PREISKAV Kakor smo že omenili, je obnašanje lesa v lepljenih konstrukcijah drugačno kot pri monolitnih lesenih kon­ strukcijah. Po podatkih iz literature ima lepljeni les pri normalni vlažnosti zaradi izbranih delov lamel brez napak večje trdnosti oz. veljajo zanj višje dopustne napetosti (upogibna trdnost iglavcev je pri lameliranih konstrukcijah okrog 40% večja), prav tako imajo lamelirane lepljene konstrukcije večjo togost (upogibni modul elastičnosti je po naših predpisih za lamelirane konstrukcije okrog 10% večji). Les je material z zelo izraženimi reološkimi pojavi; njegove deformacije se pri stalni obremenitvi povečujejo, prav tako se spremeni struktura lesa oz. poslabšajo mehanske lastnosti, če je dalj časa izpostavljen visokemu nivoju obremenitve. Tudi ti pojavi so zaradi kombinacije lesa in lepila pri lameliranem lesu drugačni kot pri monolitnem. Vpliv vlage so raziskovalci do sedaj preučevali v glavnem na monolitnem lesu oz. na izdelkih iz lesnih tvoriv (iverne plošče, panelne plošče, furnir), manj pa na lameliranem lesu. Ker menimo, da lepilne spojnice vplivajo na krčenje in nabrekanje lesa, s tem pa tudi na nagnjenost lesa k povečevanju deformacij pri dolgotrajni obremenitvi, smo želeli z našimi preiskavami zajeti prav ta pojav. Preiskave smo izvajali na dveh inštitutih: preiskave osnov­ nega materiala - lesa iglavcev, izpostavljenega dolgotrajni obremenitvi in spremenljivi vlagi - na Biotehniški fakulteti, VTOZD za lesarstvo, preiskave lepljenih spojnic ter upo- gibne preiskave lameliranih lepljenih nosilcev v naravni velikosti pa na ZRMK, TOZD Inštitut za konstrukcije in potresno inženirstvo. Preiskave so bile dolgotrajne - faza obremenjevanja je trajala leto dni, da bi se pojavi stabili­ zirali in da bi dobili kot rezultat krivulje lezenja v čim daljšem časovnem obdobju. 3. PREISKAVE LESA Z DOLGOTRAJNO OBREMENITVIJO V RAZLIČNI VLAGI Material za preiskave je bil statistično izbran iz tekoče proizvodnje podjetja HOJA iz Ljubljane: to je bil les iglavcev - smreke in jelke. Izbrali smo tri deske, iz katerih smo izžagali 40 vzorcev za določitev tlačne trdnosti po standardu JUS D.A1.045 in 40 vzorcev za nateg po standardu JUS D.A1.048. V podzemnem zaklonišču Biotehniške fakultete sta bila pripravljena dva klimatizirana prostora: v prvem je bila vlaga konstantno nizka (suh prostor s 65-odstotno vlaž­ nostjo), v drugem je bila vlaga prostora visoka (vlažen prostor s 95-odstotno vlažnostjo pri temperaturi T = 17° C). Na pripravah, ki smo jih tudi sami izdelali, smo polovico vzorcev obremenili približno do meje dopustnih napetosti (tlak 11,0MPa, nateg 10,5MPa) in 12 mesecev spremljali ter analizirali lezenje lesa. Rezultati lezenja tlačno obremenjenih vzorcev so prika­ zani na sliki 1. Sl. 1. Lezenje tlačno obremenjenih vzorcev Z diagrama vidimo, da so se pomiki vzorcev v visoki vlagi v prvih dveh mesecih - v fazi primarnega lezenja - v primerjavi s trenutnimi elastičnimi pomiki povečali za okrog 200-300%, medtem ko je bilo lezenje v suhem prostoru manj opazno. Na sliki 2 so prikazani diagrami lezenja vzorcev, obreme­ njenih z natezno obremenitvijo (prikazali smo le pomike vzorcev v vlažnem prostoru, ker so bili rezultati preiskav vzorcev v suhem prostoru netipični). Pri teh vzorcih je bilo primarno lezenje končano šele po 5 mesecih, pomiki pa so dosegli dvojno vrednost elastičnih. Po enoletnem obremenjevanju in izpostavitvi različni vlagi smo določili mehanske lastnosti vseh vzorcev in dobili tlačno oz. natezno trdnost amaks na 2 x40 = 80 vzorcih. Vplivi enoletnega obremenjevanja in vlažnosti na tlačno nosilnost lesa so prikazani v preglednici I. Ker so bili vzorci skupin A, B, C izrezani iz iste deske s praktično identičnimi lastnostmi, lahko neposredno primerjamo obremenjene in neobremenjene vzorce ter vzorce v su­ hem in vlažnem okolju. Viden je močan vpliv vlage na nosilnost, saj se je tlačna trdnost zmanjšala skoraj za 50%, vpliv dolgotrajne obre­ menitve pa je zanemarljiv (nekaj %). V preglednici je prikazano tudi zmanjšanje tlačnega modula elastičnosti pri vlažnih vzorcih (EV|/ES). Rezultati preiskav natezne trdnosti so prikazani v preglednici II. Preglednica I: Tlak, konstantna obremenitev o0= 10,8 MPa Legenda: V, S . .. vlažen, suh N, O ... neobre­ menjen, obreme­ njen 0,1, o ■'Vi-------- °S, N OoKo = — °N A L„. .. elastični pomik A L0. . . celotni pomik po 12 me­ secih De sk a Pogoji e (kg/m3) vi (%) ^maks (MPa) Kvi K0 E (MPa) Evi A L0 (mm) A L360 (mm)Es A V N 439 25,2 26,4 2940 - - V 0 23,0 0,50 2120 0,52 0,147 0,631 S N 13,2 46,0 0,97 4150 - - S 0 44,7 4460 0,104 B V N 429 25,8 26,1 2870 - - V 0 24,1 0,56 1840 0,43 0,150 0,454 S N 14,2 42,7 0,99 4319 - - S 0 42,3 4080 0,100 C V N 398 25,9 22,5 2910 - - V 0 20,2 0,53 1980 0,53 0,141 0,724 S N 14,2 38,2 0,97 3740 - - S 0 37,0 3630 0,115 po vp re čj e V N 422 25,6 25,1 2900 V 0 22,4 0,53 1980 0,49 S N 13,9 42,3 0,97 4070 S 0 41,3 4090 S V) š Pogoji e (kg/m3) vi (%) Omaks (MPa) Kvi A V N 439 25,1 156,5 V O 127,4 0,75 13,1 170,8 O 168,8 B V N 429 25,7 133.8 v O 130,4 0,83 s N 14,2 156.8 s O 148,9 C : v N 398 25.8 100,2 v O 81,6 0,72 s N 14,2 112,3 s O 135,3 v N 422 25,6 130,2 v O 113,1 0,77 :;s; N 13,9 146,6 s O 151,0 Preglednica II: Nateg, konstantna obremenitev o0 = 9,7MPa 4. PREISKAVE LEPLJENIH SPOJEV S preiskavami strižne trdnosti lepljenih spojev smo želeli ugotoviti dvoje: prvič, ali dolgotrajna obtežba in vlažnost okolja vplivata na strižno nosilnost spoja in, drugič, ali s standardnimi - kratkotrajnimi preiskavami s hitrimi ostrimi klimatskimi spremembami na neobremenjenih vzorcih lahko ocenimo dejansko dogajanje v spojih, ki so izpostav­ ljeni počasnejšim klimatskim spremembam, vendar tudi stalni obremenitvi. Nadalje smo na istih vzorcih želeli izmeriti morebitne spremembe dolžine lepljenega spoja pod vplivom vlage in obremenitve. Standardni vzorci za določitev strižne trdnosti so bili za te meritve premajhni, zato rezultati niso bili uporabni. Pač pa smo o spremembi togosti lepljene spojnice sklepali na osnovi meritev defor­ macij ob določitvah trdnosti neobremenjenih in obreme­ njenih vzorcev. Preiskave strižne trdnosti lepljenih spojev so bile oprav­ ljene na vzorcih, zlepljenih z enakim lepilom kakor upo- gibni nosilci (sintetično rezorcin-fenol-formaldehidno lepi­ lo, odporno proti vodi), uporabljen pa je bil tudi enak les. Oblika vzorcev je bila standardna (JUS H.K8.024) - površina zlepljenja je znašala 2,0 cm2- Za primerjavo s standardiziranimi preiskavami je bilo izdelanih tudi okrog 100 vzorcev iz bukovega lesa, ki so bili poleg standardi­ ziranim pogojem TD 0, TD 3-3, TD 3-4, TD 4-5 in TD 4-6 po standardu JUS H.K8.024 izpostavljeni tudi vlagi in dolgotrajni obremenitvi. Vzorci za dolgotrajne preiskave so bili obremenjeni v treh prostorih z različnimi klimatskim: pogoji: v normalni rela­ tivni vlagi, ki se je počasi spreminjala od 50% poleti do 85% pozimi, v konstantno visoki relativni vlagi (90-95% pri T = 18° C) in v ciklično spremenljivi vlagi (v mesečnih ciklusih od 65% do 90% po diagramu na sliki 4). Vzorci iz smrekovega lesa so bili obremenjeni z obtežbo, ki je v spoju povzročala napetosti, enake dopustnim strižnim napetostim za lepljene lamelirane konstrukcije (0,9 MPa), vzorci iz bukovine pa z obtežbo, ki je povzročala napetost v spoju, enako dopustni strižni napetosti za rezorcinsko lepilo (1,2 MPa). Poleg obremenjenih vzorcev je bilo v vsakem prostoru izpostavljenih enakim vlažnostnim pogo­ jem tudi po pet neobremenjenih vzorcev iz obeh vrst lesa, izžaganih iz istih delov desk kot obremenjeni, ki so rabili za ugotavljanje vpliva obremenitve. Po enoletni izpostavitvi opisanim pogojem so bili vsi vzorci v trgalnem stroju obremenjeni do porušitve (konstantna hitrost povečevanja sile je znašala 50mm/min). Pri poru­ šitvi smo poleg porušnih obremenitev registrirali tudi način porušitve in pri nekaterih vzorcih deformacijo spoja na bazi 50 mm. Značilen diagram, ki prikazuje deformacijo spoja v odvis­ nosti od obremenitve za vzorce iz smrekovega lesa, izpostavljene konstantno visoki vlagi, je prikazan na sliki 3. Sl. 3. Diagram sila - deformacija pri preiskavi strižne trdnosti spojev Primerjava strižnih trdnosti obremenjenih in neobremenje­ nih vzorcev, izdelanih iz obeh vrst lesa, je za različne dolgotrajne izpostavitve vlagi prikazana v preglednici lil. trdnost oz. deformabilnost minimalen, da pa smo verjetno opazovali prekratek čas (ta je bil izbran glede na čas obremenjevanja nosilcev). Preiskave ameriških razisko­ valcev (6) namreč kažejo, da pride do degradacije spojev v kasnejših obdobjih (pri vzorcih iz vezane plošče, zlep­ ljene z rezorcin-fenol-formaldehidnim lepilom, je trajalo zmanjševanje trdnosti celo do 15 let). Ker rezultatov dolgotrajnih preiskav lepljenih spojev na lesu iglavcev v literaturi praktično še ni, menimo, da so za boljše pozna­ vanje obnašanja obremenjenih spojev pri različni vlažnosti potrebne še nadaljnje preiskave. 5. PREISKAVE LAMELIRANIH NOSILCEV Preiskave nosilcev v naravni velikosti smo izvajali na ZRMK, kjer je bilo v okviru mednarodnega raziskovalnega projekta (sodelovanje z ZDA) izpostavljenih dolgotrajni obremenitvi in vlagi 20 upogibnih elementov z dimenzijami 0,10 X 0,19 X 3,65m. Nosilci so bili eno leto obremenjeni s t. i. računsko obremenitvijo, pri čemer smo spremljali naraščanje pomikov in specifičnih deformacij, po enoletni obremenitvi pa so bili v laboratoriju preiskani do porušitve. Vzorci so bili razdeljeni na 4 skupine po 5 elementov, od katerih so bile 3 skupine (15 elementov) obremenjene s stalno težo pri različnih relativnih vlažnostih okolja, četrta, t.i. kontrolna skupina, pa je ostala neobremenjena v normalni vlagi. Zaradi boljše primerjave je bil izbran en nivo obremenitve - obtežba, ki je delovala v obeh tretjinah razpona in je bila tolikšne intenzitete, da je v robnih vlaknih povzročila Preglednica lil: Strižna trdnost lepljenih spojev (MPa) Opomba: t . .. povprečna strižna trdnost vzorcev Tmaks ■ ■ • maksi­ malna izmerjena vrednost Vrsta lesa, pogoji Normalna vlaga Visoka vlaga Spremenljiva vlaga T Tmaks X ■Tmaks X Tmaks Bukev Obremenjeno 9,7 16,0 9,8 12,0 11,7 16,1 Neobremenjeno 6,4 10,2 7,4 7,9 7,3 8,1 Smreka Obremenjeno 7,2 8,2 6,7 8,7 6,9 8,2 Neobremenjeno 6,4 6,5 6,6 9,8 6,9 8,1 Na osnovi rezultatov preiskav ugotavljamo, da na pov­ prečne vrednosti strižnih trdnosti vlažnostni pogoji bi­ stveno ne vplivajo. Prav tako ni opazno vidno zmanjšanje trdnosti po enoletni obremenitvi (pri vzorcih iz bukovega lesa smo v spremenljivi vlagi dobili celo najvišjo vrednost tmaks)- Na splošno bi lahko trdili, da so pri epruvetah iz bukovega lesa povprečne trdnosti pri izpostavitvi visoki vlagi nekoliko manjše (vendar je tudi raztros rezultatov manjši), medtem ko dobimo pri vzorcih iz smrekovega lesa največje vrednosti pri obremenjenih vzorcih pri nor­ malni vlagi (največje so sicer vrednosti pri neobremenjenih vzorcih v visoki vlagi, vendar je pri teh velik raztros rezultatov - 33%). Primerjava togosti strižnih spojev obremenjenih in ne­ obremenjenih epruvet pri preiskavah do porušitve kaže sicer minimalne razlike (obremenjeni spoji so nekoliko bolj deformabilni, prav tako so minimalno večji izmerjeni po­ miki pri spojih iz vlažnega okolja), vendar pa na tej osnovi težko sklepamo o povečevanju deformabilnosti pri trajni obremenitvi. Na osnovi rezultatov preiskav lepljenih spojev smo tako ugotovili, da je vpliv obremenitve in vlage na strižno dopustne upogibne napetosti po standardu JUS U.C9.300 za normalno vlažnost lesa (18%), tj. 14,0 MPa. Med celoletnim obremenjevanjem so bili z merilno urico, vgrajeno v posebej izdelani togi okvir, merjeni pomiki nosilcev v sredini razpetine, z mehanskim deformetrom pa tudi raztezki oz. skrčki robnih vlaken srednjega prere­ za. Merili smo v obdobju intenzivnejšega naraščanja deformacij v manjših intervalih, po 6 mesecih pa v presledku 2 mesecev. Po razbremenitvi so bili izmerjeni trenutni preostali pomiki in specifične deformacije, po stabilizaciji, ki je trajala 1-2 dni, pa še končne vrednosti preostalih pomikov. Meritvam lezenja so sledile laboratorijske preiskave vseh vzorcev do porušitve, da bi ugotovili morebitno zmanjšanje nosilnosti, ki ga je povzročila dolgotrajna obtežba oz. spreminjajoča se vlažnost. Zaradi neposredne primerjave so bili nosilci preiskani z različno količino vlage, ki je bila pred porušno preiskavo natančno izmerjena. Rezultati meritev pomikov - povprečne vrednosti skupin - so prikazani na sliki 4 skupaj z meritvami spreminjanja vlage prostorov. Sl. 4. Izmerjeni pomiki in relativna vlažnost prosto­ rov med enoletno obreme­ nitvijo Dobljeni rezultati so potrdili pričakovanja: povečevanje deformacij je največje pri cikličnem spreminjanju vlage okolja (skupina D), kjer dosežejo prirastki pomikov v enem letu 105% vrednosti elastičnih pomikov. V visoki vlagi (skupina C) so prirastki deformacij enaki 85% elastičnih pri vzorcih v normalni vlagi (skupina B) pa 50%. Tudi preostali pomiki so odvisni od vlage okolice: trajne preo­ stale deformacije so znašale 31-45% maksimalnih vred­ nosti oz. 46-92% elastičnih vrednosti. Naraščanje pomikov ter specifičnih deformacij v tlačni oz. natezni coni za vzorce, izpostavljene visoki vlagi, je za prve štiri mesece prikazano na sliki 5. Razvidno je, da se specifične deformacije v natezni coni povečujejo bolj kakor v tlačni coni, medtem ko je naraščanje pomikov kombinacija obeh. Sl. 5. Naraščanje pomikov in specifičnih deformacij v visoki vlagi Končno nosilnost po enoletni obremenitvi in izpostavitvi vlagi smo ugotavljali s kratkotrajnimi laboratorijskimi pre­ iskavami do porušitve, pri čemer je bila izbrana enaka obremenitvena shema kakor pri dolgotrajnem obremenje­ vanju (dve koncentrirani sili na tretjinah razpetine). Rezul­ tati meritev in povprečne vrednosti skupin so prikazani na sliki 6. Sl. 6. Porušne obremenitve vzorcev Razvidno je, da se dobljene nosilnosti razlikujejo po skupinah, pri čemer moramo upoštevati, da so bili vzorci preiskani pri različnih vlažnostih. Če upoštevamo korekcij- ske faktorje za razne stopnje količine vlage po standardu JUS U.C9.200, dobimo za naš primer naslednje vrednosti: 8 % vlažnost K = 1,20 18 % vlažnost K = 1,00 21 % vlažnost K = 0,93 Če kot osnovo za primerjavo vzamemo vlažnost za skupino A (9%), dobimo za ostale skupine korekcijske faktorje (1,02 za 8% vlažnost, 0,79 za 21 % vlažnost in 0,92 za 14% vlažnost), ki se skoraj identično ujemajo z razlikami v nosilnosti posameznih skupin iz preglednice IV. Preglednica IV. Nosilnost vzorcev Skupina Vlažnost (%) Upogibna trdnost (MPa) ^Skupine Povprečje Standardna deviacija / /