V příspěvku jsou popsány některé výsledky experimentálního výzkumu pevnostních a přetvárných vlastností vysokopevnostních betonů při jednoosém krátkodobém namáhání. Uvedeny jsou výsledky zkoušek krychelné a hranolové pevnosti v závislosti na stáří betonu, pevností betonů v tahu a moduly pružnosti.
Již z prací Walze [1] vyplynulo, že lze v podmínkách běžné výroby realizovat výrobu betonů o pevnosti 60 až 80 MPa. Jemu se podařilo vyrobit betony o pevnosti 140 MPa, použitím tříděného bazaltového kameniva a vysoce aktivního cementu.
Prof. Berg [2] ve své fundamentální práci proanalyzoval fyzikálně mechanické a přetvárné vlastnosti betonů vysokých pevností při krátkodobém a dlouhodobém zatížení a dospěl k závěru, že použitím těchto betonů se docílí značných úspor stavebních materiálů odhmotněním konstrukcí, zejména velkých rozponů.
Právě z tohoto hlediska by úkolem našich stavebních odborníků mělo být zabezpečení hromadného použití těchto betonů ve stavebnictví. Ve výrobnách betonových prvků a konstrukcí u nás lze pokládat za reálnou možnost výroby těchto prvků z betonu třídy B60 až B80 při použití vysokopevnostních cementů pevnostních tříd 52,5 a 52,5 R a kameniva z místních zdrojů. Pro rozpracování konkrétních legislativních podkladů pro navrhování, projektování a výrobu těchto betonů a z nich vyrobených prvků a ekonomicky efektivních konstrukčních schémat objektů a konstrukcí je však nutno provést specializovaný program experimentálního výzkumu. V tomto směru však můžeme dnes vycházet prakticky jen ze zahraničních výsledků výzkumu.
Podle názorů různých zahraničních odborníků umožňuje zvýšení pevnosti betonu na 60 až 80 MPa snížit hmotnost i objem konstrukcí v průměru o 25 % a tímto výrazně snížit cenu těchto konstrukcí [2, 3].
V poslední době užití vysokopevnostních betonů v zahraničí je značné, o čemž svědčí různé vědecké konference na toto téma [4, 5, 6], avšak u nás aplikace tohoto betonu prozatím je ve stadiu vyhledávacího výzkumu.
Experimenty provedené na Státní univerzitě - Lvovská polytechnika ukázaly, že nejsnáze lze v podmínkách průmyslové výroby vyrábět vysokopevnostní betony s použitím velmi rychle tuhnoucích cementů. V tabulkách č. 1 a 2 jsou uvedeny výsledky experimentálního ověření fyzikálně mechanických vlastností těchto betonů, provedeného na krychlích o hraně 200 mm a na hranolech o rozměrech 200 x 200 x 800 mm. Zkušební tělesa I. série byla provedena z betonu třídy B50 ve složení 1 ku 0,71 : 2,80 (dle hmotnosti) při vodním součiniteli v/c = 0,33 s použitím obyčejného portlandského cementu pevnostní třídy 50 a II. série z betonu třídy B75 ve složení 1 : 0,83 : 2,35 při v/c = 0,30 s použitím velmi rychle tvrdnoucího cementu pevnostní třídy 70. Pro obě série těles se použil křemičitý písek a žulová drť s max. frakcí do 25 mm.

Obr. 1 Nárůst pevnosti betonu v tlaku

Na obr. č. 1 je znázorněn nárůst pevnosti betonu v čase. Z uvedených experimentálních hodnot a grafického znázornění vyplývá, že vysokopevnostní beton zhotovený ze zvlášť rychle tuhnoucího cementu dosahuje již v prvních dnech tvrdnutí značně vyšších hodnot pevnosti v tlaku než betony zhotovené z obyčejného portlandcementu. Již po 1 dnu činí pevnost v tlaku vysokopevnostního betonu 2,8násobek pevnosti obyčejného betonu a ve stáří tří dnů 2,2násobek, což činí současně 67 procent požadované 28denní pevnosti, zatímco u obyčejného betonu je ve stejném stáří dosaženo jen 45% R_bcu,28. Rychlého nárůstu pevnosti vysokopevnostního betonu již v prvních dnech pro vybetonování lze s úspěchem využít buď pro dřívější zatížení konstrukcí z těchto betonů vyrobených nebo pro přenos účinků předpětí na beton. Uvedené výhody umožňují značně zkrátit lhůty výstavby a v některých případech mohou dokonce i odstranit nutnost propařování železobetonových prefabrikátů, což ve svém důsledku umožňuje realizovat značnou úsporu energie. Z výsledků prezentovaných zkoušek rovněž vyplývá, že k ještě intenzivnějšímu nárůstu fyzikálně mechanických vlastností vysokopevnostního betonu dochází u jeho pevnosti v tahu (viz tab. č. 2, obr. č. 2).

Obr. 2 Nárůst pevnosti betonu v tahu

Již první den dosahuje pevnost vysokopevnostního betonu v tahu R_btu 71,7 % konečné (28denní) pevnosti v tahu a za tři dny činí tento podíl 0,835 R_btu,28. Při tvrdnutí vysokopevnostního betonu v přirozených podmínkách lze tedy uvažovat v průměru cca osmdesátiprocentní pevnost v tahu ve srovnání s požadovanou třídou betonu. Značné převýšení pevnosti v tahu vysokopevnostního betonu ve srovnání s obyčejným betonem v čase t přispívá k výraznému zvýšení hodnoty momentu vzniku trhlin a zmenšení přetvárnosti konstrukcí a prvků zhotovených z tohoto materiálu. Pevnost betonu v tahu podle výsledků zkoušek se poměrně dobře shoduje s pevností vypočtenou podle známého Ferétova vzorce pro obyčejné betony, zatímco u vysokopevnostního betonu jsou tyto teoretické hodnoty 1,2krát menší než skutečné pevnosti experimentálně zjištěné (viz obr. č. 3).

Obr. 3 Závislost pevnosti betonu v tahu na krychelné pevnosti:
1 - série II;
2 - série I;
3 - dle vzorce R_bu=0,5*R_bcu^(2/3)

Rovněž hranolové pevnosti vysokopevnostního betonu (viz tab. č. 1) přesahují značně tytéž hodnoty u obyčejného betonu, a to v libovolném stáří betonu. Nezávisle na stáří betonu lze hranolovou pevnost určit ve shodě s výsledky experimentu nejlépe dle vzorce Skramtajeva:

R_bu = 0,7 R_buc, MPa

Známý Grozděvův vzorec: R_bu=(130 + R_bcu)/(145 + R_bcu)*R_bcu

udává poněkud snížené výsledky ve srovnání s experimentálními hodnotami (viz obr. č. 4).


Obr. 4 Závislost hranolové pevnosti na krychelné:
1 - série I;
2 - série II;
- - - - - - - dle vzorce R_bu=0,7*R_bcu
_ . _ . _ . _dle vzorce R_bu=(130 + R_bcu)/(145 + R_bcu)*R_bcu

Modul pružnosti vysokopevnostního betonu experimentálně zjištěný při Sigma = 0,2 R_bu velmi dobře vyhovuje vzorci:

E_b = 6000* R_bcu^(1/2), MPa

Hodnoty modulu pružnosti vypočtené podle Grafova vzorce

E_b = 100000/(1,7+(36/R_bcu)) , MPa

jsou v souladu s experimentálními hodnotami pro obyčejné betony, však značně nižší než tyto hodnoty pro vysokopevnostní betony (viz obr. č. 5a) při Sigma = 0,2 R_bu, ale dobře korespondují s experimentálními hodnotami pro vysokopevnostní betony při Sigma = 0,5 R_bu (viz obr. č. 5b).

Obr. 5 Závislost modulu pružnosti na pevnosti betonu:
a - při Sigma = 0,2 R_bu
b - při Sigma = 0,5 R_bu
1 - série II;
2 - série I;
3 - dle vzorce E_b=100000 /(1,7 + 36/R_bcu)
4 - dle vzorce E_b=6000*R_bcu^(1/2)


Výzkumem bylo rovněž prokázáno, že zvýšení pevnosti betonu na bázi rychletuhnoucího cementu s časem vede ke zmenšení plastických deformací, které v podstatě mají malý podíl v celkových deformacích vysokopevnostního betonu.

ZÁVĚRY

Růst pevnosti betonu na bázi rychletuhnoucího cementu je značně intenzivnější než u betonů vyrobených s použitím portlandského cementu. Již ve stáří 3 dnů pevnost betonu je velmi blízká hodnota R _bcu,28. Pevnost těchto betonů v tahu je značně vyšší, než stejná pevnost betonů z portlandského cementu. Ve stáří 3 dnů dosahuje tato pevnost zhruba 0,8 R_btu,28. Vcelku můžeme konstatovat, že zvyšování pevnosti betonu v konstrukcích a prvcích umožňuje tedy snižovat hmotnost nebo zmenšovat rozměry konstrukčních prvků a ekonomicky využívat vlastností obou složek - betonu i výztužné oceli.

LITERATURA

[1]	Walz, K.: Über die Herstellung von beton höchster Festigkeit. ,,Beton", 16, Jg., N. 8, 1966.
[2]	Berg, O. J. a kol.: Vysokopročnyj beton, Moskva, 1971.
[3]	Lembák, M., Klouda, J.: Železobetonové konstrukce z vysokopevnostních betonů. Novinky pozemního stavitelství, VVÚPS Ostrava, č. 2, 1978.
[4]	Apllication of High Performance Concrete đ Report of the Joint CEB-FIP Working Group, 1994.
[5]	High Performance Concrete-Recommended Extensions to the model Code 90 đ- Research Needs, 1995.
[6]	Design Aspects of High Strenght Concrete, Special Session Dubrovník, 1989.