Technologie betonáže výškových budov

Při výběru způsobu zpracování čerstvého betonu pro konkrétní stavbu se musí zohlednit ekonomická, organizační a technologická kritéria. 

Při výběru technologie je důležité přihlížet ke všem skutečnostem, které se promítnou do celkové ceny betonáže. Například technologie čerpání čerstvého betonu potrubím je finančně náročnější a při nedostatečné organizaci práce se může její cena prodražit. Výhodou je, že betonáž neblokuje jeřáb, který se potom může použít v jiné části staveniště. Mezi aspekty, které ovlivňují cenu betonáže, patří i doba výstavby a klimatické a povětrnostní podmínky během betonáže. 

Systém organizace práce a výstavby je důležité zohlednit již ve fázi  navrhování rozestavení věžových jeřábů. Podle rozlohy zařízení staveniště se pak určí konkrétní poloha autodomíchávačů na oba způsoby betonáže. Vhodné je, když má každý jeřáb pod sebou místo na nabírání čerstvého betonu do betonářského koše. Počet jeřábů se stanovuje podle množství bedněných konstrukcí, počtu pracovníků a doby výstavby. Není-li technologicky možné nasadit přiměřený počet jeřábů, je nutno prodloužit pracovní dobu prací na směny nebo celkově prodloužit dobu výstavby. S urychlením doby výstavby přímo souvisí nasazení čerpadel betonové směsi. 

Tento parametr závisí na době zpracovatelnosti čerstvého betonu – od prvního kontaktu cementu s vodou při výrobě betonu po uložení čerstvé betonové směsi do bednění. Hlavně u výstavby výškových budov doba potřebná na přepravu betonové směsi pomocí jeřábu narůstá přímo úměrně s výškou stavby. Vzniká při tom riziko, že betonovou směs jeřáb včas nedopraví do bednění. Z těchto tří kritérií vyplývá, že čerstvý beton pro všechny konstrukce s objemem nad 40 m³ je u výškových budov efektivnější dopravovat pomocí čerpadla. Samozřejmě záleží na konkrétním projektu budovy a posloupnosti stavebních prací.  Pokud se budou čerpadlem betonovat jen vodorovné konstrukce (stropy), je nejjednodušší postavit autočerpadlo co nejblíže k budově a betonovat, pokud dosáhne výložník. Nedosáhne-li výložník na celý strop, připojují se k potrubí na výložníku další hadice nebo potrubí, která jsou položena přímo na stropě. Je však nutné počítat s těžkou ruční manipulací. U nás nejpoužívanější velká autočerpadla dosáhnou do výšky 42 m, pokud stojí přímo u budovy. To odpovídá zhruba devátému až desátému poschodí.

Ve větších výškových úrovních se betonáž konstrukcí nedá obejít bez použití vertikálního potrubí vedeného většinou v šachtě nebo v nad sebou se opakujících přestupech. Je to vlastně ocelové bezešvé potrubí s průměrem 80 až 200 mm, které musí být ve stěně ukotveno speciálními objímkami. Spojuje se rychlospojkami s těsněním a jeho směr se mění pomocí kolen. Montáž a provoz vertikálního potrubí by měla zabezpečovat odborná firma. 

Nejčastěji se používají pístová čerpadla, která jsou také nejvýkonnější (teoretická výkonnost je až 200 m³ za hodinu). Čerstvý beton lze jimi dopravovat do horizontální vzdálenosti 1 000 m a do vertikální vzdálenosti asi 500 m. Pístová čerpadla bývají namontována na automobilovém podvozku (zmiňovaná autočerpadla) nebo je lze použít jako stabilní – připevněné na rámové konstrukci. Stabilní čerpadla se používají, není-li možné rozložit autočerpadlo nebo v případě větších staveb, kde se počítá s jejich používáním několikrát týdně a betonují se s nimi i svislé konstrukce. Od čerpadla vede horizontální potrubí do stavby, kde se napojí na vertikální potrubí. Pokud je potrubí nad úrovní betonované konstrukce, potrubí se napojují dalšími horizontálními potrubími nebo hadicemi, případně rozdělovačem betonové směsi, tzv. pavoukem. Pavouk je ocelový výložník bez pohonu s ramenem otáčejícím se kolem vlastní osy (s dosahem podle typu výložníku 10 až 12 m), na němž je zavěšené potrubí. Proti ramenu je umístněno závaží s hmotností 600 až 1 000 kg (podle typu pavouka). Rozdělovač se podle potřebných betonářských prací překládá na stropě věžovým jeřábem. Stojí na ocelových podpěrách, které se po zavěšení rozdělovače na věžový jeřáb ručně přenášejí na další místo betonáže. Hmotnost rozdělovače je 1 070 až 1 800 kg.

Další způsob, jak betonovat čerpaným betonem svislé konstrukce na výškové budově, je použití separátního výložníku namontovaného na věži. Jeho využití se musí pečlivě zvážit. Je nedocenitelný zejména pro stavby, u nichž není dostatek místa na autočerpadlo.

Separátní výložník může být namontován už na základové desce speciálními kotvami na základovém kříži. Jeho věž se namontuje na takovou výšku, aby se s ním dala čerpat čerstvá betonová směs na minimálně tři podlaží nad základovou deskou. Ve stropě se kolem věže a potrubí vynechávají otvory speciálního tvaru, do nichž se po ztvrdnutí betonu osazují demontovatelné kotevní rámy. Po vyzrání tří stropů nad sebou se z věže výložníku odstraní kotvy, věž se věžovým jeřábem zvedne do výšky třetího podlaží a zakotví se ve třech stropech nad sebou. Kotevní rámy se přesouvají spolu s věží, takže se třemi rámy lze zabetonovat libovolný počet podlaží.

Potrubí se k separátnímu výložníku montuje podle dříve stanoveného postupu. S výložníkem na věži lze manipulovat stejně jako s výložníkem na autočerpadle. Jeho dosah závisí na typu výložníku. Nejjednodušší výložníky mají tři ramena a dosah 20 m, složitější výložníky se čtyřmi rameny a s větším dosahem s protizávažím betonují do vzdálenosti 50 m od věže. Důležitým faktorem u návrhu betonáže s použitím separátního výložníku je dosah věžového jeřábu a hmotnost výložníku, aby se dal věžovým jeřábem zvedat.

Zmiňovaným způsobem je možné zabetonovat konstrukci v jakékoli výšce v dosahu čerpadla. V technických listech špičkových čerpacích zařízení s tlakem pístu 260 barů je uváděn světový rekord při tlačení betonu do šikmého tunelu v severní Itálii do výškové úrovně 532 m od postaveného sériového stacionárního čerpadla. 

Dalším důležitým faktorem pro úspěšnou a plynulou betonáž je samotný čerstvý beton. Potrubím ho lze přepravovat, jen pokud má vyhovující složení a konzistenci. Je-li tlačen na velké vzdálenosti a teplota venkovního prostředí je příliš nízká nebo vysoká, musí se vykonat taková opatření, aby se během přepravy neochlazoval nebo nepřehříval.

Všeobecně platí, že jako plnivo je vhodné přírodní těžené kamenivo s maximálním podílem drcených zrn do 30 % a dostatečným obsahem drobného kameniva. Čerpaný čerstvý beton s kamenivem frakce do 16 mm má mít podíl drobného kameniva 45 % a podíl zrn do 0,2 mm včetně cementu 450 kg/m³. Ve stavební praxi se k doplnění drobných částí používá popílek. K čerpání jsou vhodné měkké a velmi měkké betony. Jiné konzistence nejsou vhodné, protože velké tření mezi betonem a stěnami potrubí brání posunu směsi. Pohyblivost čerstvého betonu v potrubí při malé rychlosti závisí na jeho pevnosti ve smyku. Během tuhnutí tato pevnost narůstá, takže rychlost zpracování a plynulost betonáže jsou velmi důležité. Kritická pevnost ve smyku při čerpání betonu je 25 Pa.

Je třeba dodat, že manipulace s potrubím, skládání, rozebírání a samotná betonáž je komplikovaný proces s množstvím proměnlivých faktorů a s nebezpečím prasknutí potrubí a úrazu. Proto je důležité, aby betonáž vykonávala společnost s kvalifikovanými pracovníky a vyhovujícím technologickým vybavením. 

Praktické rady •    Zkoušky konzistence betonu je nutné vykonat ještě před tím, než se čerstvý beton vysype do násypníku čerpadla. •    U betonáže se musí počítat s velkým množstvím zbytkového betonu. Na potrubí dlouhé 100 m připadá asi 1,5 m3 čerstvého betonu, který vyteče z potrubí při čištění. •    K čištění potrubí se používá kompresor se speciální koncovkou a čisticí houby. Ty se po namočení vloží do potrubí, které se uzavře speciální koncovkou, a vzduchem se tlačí shora dolů. Na spodní konec potrubí se montuje speciální koš k zachytávání hub. •    Plynulá betonáž je velmi důležitá i proto, že při nepřetlačení betonu je potřeba rozebrat část potrubí a kompletně ho vyčistit. Pokud to situace na stavbě dovoluje, vypouští se zbytkový beton zpět do domíchávače (především v zahraničí).