„Beton je tajemný materiál a jeho složení se často podobá alchymii,“ říká prof. Ing. Alena Kohoutková, CSc., vedoucí katedry betonových a zděných konstrukcí Fakulty stavební ČVUT. V prosinci 2008 získala Cenu Inovace roku.
Za jaké vylepšení vám Asociace inovačního podnikání ČR cenu udělila?
Ocenění nepatří jen mně, ale celému týmu za mostní římsu ze syntetického vláknobetonu. Je to nový druh materiálu, kdy se beton nevyztužuje jen ocelovými pruty, ale ještě v mokrém stavu se do něj zamíchá určitý typ vláken. Ocelové výztuže jsou čím dál dražší, a tak se hledají úspory, jak do betonu dávat výztuží méně. My jsme odstranili asi polovinu výztuže a nahradili ji zamícháním polypropylenových vláken do základního betonu. Tento nově vzniklý materiál se chová úplně jinak. Prvek se ztenčí, má menší tíhu a pro jeho výrobu se spotřebuje méně betonu. Zlepšily se i deformační schopnosti, zvýšila se trvanlivost a houževnatost. Vláknobetony se u nás zkoumají už dvacet let, ale ještě nikdy se neprosadily do praktických aplikací, ať už z důvodů cenových, nebo technologických.
Na výzkumu jsme mohli pracovat díky projektu, který naše katedra získala od ministerstva průmyslu a obchodu. Jeho podmínkou bylo zapojit konkrétní partnery z průmyslu a technologie vláknobetonu dotáhnout až do podoby konkrétního prvku. Do svých laboratoří a výroby nás pustila společnost SMP CZ. Dokázali jsme, že náš materiál lze technologicky vyrobit a po mnoha zkoušeních, výpočtech a modelacích se ukázalo, že je životaschopný. Nyní se už běžně vyrábějí větší série prefabrikátů z vláknobetonu pro mosty. Vypadají hezky, jejich povrch je rovnější a mají ostřejší kontury.
Za co se cena Inovace uděluje?
Cena Inovace se uděluje produktům nebo materiálům, které jsou svým způsobem nové, dostanou se do výroby a zajistí úspory. Vlákna pro vláknobetony jsou sice drahá, ale přinesou úspory díky celkovému zlepšení vlastností materiálu. Nevěřila jsem, že cenu dostaneme, protože v prvních deseti navržených inovacích byly lékařské přístroje, sofistikované soustavy ve vytápění a ve strojařských projektech.
Jaké další výzkumné otázky kromě vláknobetonu na katedře řešíte?
Zkoumáme například velké deformace mostů. Na rozdíl od oceli, kterou vyrobíte v ocelárnách a jejíž základní vlastnosti zůstávají stejné, je beton velmi proměnlivý. V betonu se časem mění vnitřní struktury, s čímž je třeba počítat. I když se beton používá už 150 let, dodnes nevíme všechno o změnách jeho mikrostruktury. Není to jen otázka kameniva, cementu a vody jako základních složek, ale i řady dalších příměsí a chemických činidel, například plastifikátorů, které ovlivňují jeho zpracovatelnost a vlastnosti.
Když namíchají beton v betonárně, musíte ho za určitý čas dovést a uložit do formy, aby nezatvrdl v míchačce. Aby se tomuto riziku předešlo, do betonu se přidají látky, které proces tvrdnutí zpomalí. Nebo naopak je třeba urychlit výstavbu, tak opět dokážeme najít látky pro zrychlení jeho tvrdnutí. Přídavné látky se dnes dávají i do samozhutňujícího betonu, který se vyztužuje velkým množstvím ocelových prutů, aby materiál dobře zatekl. Beton tak dostává alchymistickou podstatu a firmy si hlídají svoje receptury. Všechny tyto manipulace ale ovlivňují vlastnosti betonu, který se deformuje a smršťuje, dotvaruje a tvoří se v něm trhliny. To je příčinou např. velkých deformací některých betonových staveb. Naším úkolem je vypočítat a nasimulovat tyto procesy v počítači a na malých modelech v laboratořích a předvídat a zabránit negativním účinkům u skutečných staveb.
Není beton jako materiál v současné době ve společenské nemilosti?
Lidé vnímají beton jako šedivou hmotu, která je provází na každém kroku. Architekti ale s betonem rádi pracují, protože je na rozdíl od oceli lépe tvarovatelný. Dnes je módní měnit povrchy. Proto už existují techniky, kdy lze původní šedivý beton zpracovat do zvolené struktury, povrchu a s libovolnou barvou.
Záleží na finančních prostřecích zadavatelů. Od středověku do 19. století platilo, že stavbu mostů řídil inženýr a až potom byl přizván architekt, aby most dozdobil. Dnes se architekt účastní od samého počátku. Dochází tak ke konfrontaci estetického pohledu a funkčnosti. Správně navržená konstrukce je krásná!
A co ekologický aspekt?
Beton je v nepřízni u ochránců životního prostředí. Podstatou betonu je výroba slinku. Cementárny znečišťují okolí a vypalováním cementu na teplotu až 1400 °C se spotřebuje velké množství energie. Odhaduje se, že na výrobu cementu padne 10 až 14 % celkové spotřeby energie na zeměkouli. Vědci se proto snaží nahradit cement jinými pojivy, ale zatím se používají v omezené míře. Druhým terčem kritiky ekologů je špatná recyklace betonu po odstraňování betonových staveb v Česku. Ve světě se dnes běžně dožité betonové a zděné konstrukce drtí a po odstranění výztuže a příměsí se pak drť znovu použije pro stavební účely např. do nejrůznějších zásypů. Když ale uvážíte, kolik energie spotřebuje drtič k rozdrcení betonu, tak to také není ekologické řešení. Šetrnější bude stavět domy s rozebíratelnými spoji. Takto postavený dům se pak nemusí odstřelit, ale stačí jej rozebrat.
Jak je to s opětovným využitím betonu? Dá se recyklovaný beton nějakým způsobem využít?
V Japonsku a Nizozemsku provádí výzkumy, kdy používají rozdrcený beton zpátky při výrobě nového betonu. Problém ale je, že takto vzniklý beton není kvalitní. Na povrchu zrn recyklovaného kameniva zůstává povlak, který se musí odstraňovat buď vypalováním nebo broušením, ale to je zase na úkor spotřeby energie. Využitelnost použitého betonu zkoumáme také na naší katedře. Nechceme recykláty používat pro špičkové konstrukce nebo nosné sloupy. Pokoušíme se do starého rozdrceného betonu míchat kvalitní vlákna a ukazuje se, že tento materiál má výborné tahové vlastnosti. V praktickém využití výborně vyztužuje zemní svahy, a byl by tak skvělým řešením protipovodňových opatření. Hráze by se mohly zmenšit a výroba není složitá. Zatím hmotu testujeme v laboratořích. Chystáme se ji prezentovat zástupcům ministerstva životního prostředí a veřejnosti na některém z brněnských veletrhů. Dále plánujeme z tohoto materiálu postavit cyklistickou stezku, protože z povrchu rychle prosákne dešťová voda a voda, ale povrch zůstává tuhý.
Inspiruje vás některá země, jak použít beton v oblasti designu a v jeho ekologické likvidaci?
Těžko bych mohla říci, že nějaká země je rájem betonu. Rádi jej zkoumají Japonci. Za posledních dvacet let postavili velké množství mostů. Postupy sice převzali u inženýrů v Evropě, ale kvůli nepřístupné krajině a malé rozloze Japonska vyzkoušeli různé typy konstrukcí. Stavět musí i s ohledem na účinky seizmicity. A jejich beton dokáže země-třesení odolat. Vzhledem k svému vyhlášenému vztahu k přírodě, to byli právě oni, kdo inicioval recyklaci betonu a omezení skládek kvůli nedostatku prostoru.
Aby donutili podniky používat starý beton, upravili legislativu země. Kdyby to neudělali, každý by raději konstrukce stavěl z nových materiálů, protože na to není třeba vynaložit takové úsilí, počítat a dohlížet na technologie.
Nizozemci si umí poradit s ne-přízní moře. Staví tunely a vysoké stavby na rozbahněném základě. Závodit ve stavbách výškových budov začaly arabské země, kde se hodně staví díky finančním prostředkům z ropy. Zvou si špičkové světové architekty a jejich stavby nevypadají tak šedě jako ty evropské. Na druhé straně si ale nedovedu představit, jak lidé budou žít na ostrovech v moři a jak se takové domy budou udržovat. Hezké stavby najdeme také v Koreji a na Tchaj-wanu, kde do stavění vnášejí jiný pohled.
Tento text je převzat se svolením časopisu Tecnicall, čtvrtletníku pražského ČVUT. Na Scienceworldu je použita mírně zkrácená verze.
Webové stránky časopisu s dalšími texty ve romátu PDF.
Podobně jsme se již na Science Worldu pokusili vylepšit pověst asfaltu: Chvála asfaltu: základ vizuální tváře města
Obrázek: Zdroj Wikipedia, licence public domain
