SSBK - SANACE ŽELEZOBETONU V CHEMICKY NÁROČNÉM PROSTŘEDÍ- METODY A MOŽNOSTI

Admin 24.05.2011

Nepříznivé okrajové podmínky, které mohou mít za následek krátkou životnost oprav betonových konstrukcí.

                                SANACE ŽELEZOBETONU

V  CHEMICKY NÁROČNÉM PROSTŘEDÍ - METODY A MOŽNOSTI

REPA IR OF REINFORCED CONCRETE

IN DEMA NDING CHEMICA L ENVIR ONME NT – MET HODS AND OPTI ONS

Ing. Zdeněk Vávra (1) Ing. Pavel Dohnálek, MSCE_(1)

(1) Betosan s.r.o., Na Dolinách 23, 14700 Praha 4, +420 241 431 212, praha@betosan.cz

Klíčová slova: sanace železobetonu, chemicky náročné prostředí

Anotace:

Sanace železobetonu je v současné době věcí, kterou lze považovat za zaběhnutou a v okruhu odborné veřejnosti ji lze považovat za známou alespoň v základních obrysech. Obecné postupy však nemusí vést k zcela správnému výsledku, pokud prostředí, kterému je ať už původní konstrukce, nebo konstrukce opravená, vystavena, zahrnuje látky poškozující cementový tmel, případně mají schopnost poškozovat výztuž betonu bez zjevného poškození povrchu. Tato problematika se týká zejména mostních konstrukcí a staveb spojených s likvidací kalů, případně potravin. Tento příspěvek by chtěl naznačit směry, kterými je možné se ubírat při konfrontaci s náročnými okrajovými podmínkami při sanaci železobetonových konstrukcí. Současně by chtěl upozornit na ne zcela zjevná rizika koroze betonu.

Abstract:

Repair of reinforced concrete can be considered as a well-established technology and its basic outlines are well-known to the experts, as well. However, general practices do not have to lead to a satisfactory result if the environment the original structures (or the structures that are being repaired) are exposed to contains substances that damage the cement putty or that can damage the concrete reinforcement of concrete with no apparent damage to the surface. This issue particularly applies to bridge structures and buildings used for the disposal of sludge or food. This paper would like to suggest directions that can be followed when confronted with difficult limit conditions during the repair of concrete structures. It also draws attention to the not so obvious risk of concrete corrosion.

1. úvod

Obsahem tohoto příspěvku je snaha upozornit na nepříznivé okrajové podmínky, které mohou mít za následek krátkou životnost oprav betonových konstrukcí i při použití sofistikovaných materiálů. Pro úspěšné provedení sanačního zásahu nestačí použití kvalitního materiálu. Úspěšný sanační zásah je mimo jiné podmíněn dostatečnými znalostmi o konstrukci. Ty by měly být dodány stavebně technickým průzkumem (diagnostikou). Stavebně technický průzkum by měl vycházet z obecných technologických principů materiálů použitých ve stávající konstrukci a stejně tak z vnějších účinků, které na danou konstrukci působí. To určuje typové zaměření a rozsah zkoušek. Na základě provedené diagnostiky je navrženo řešení, které odpovídá okrajovým podmínkám, použitým materiálům, působícím vnějším účinkům. Je samozřejmé, že rozsah průzkumu je vždy průnikem technických potřeb a finančních prostředků. Nikdy by však neměla být hlavním, nebo dokonce jediným kritériem cena. Právě dostatečné informace o konstrukci, spolu s technickou erudicí projektanta (resp. osoby navrhující sanační opatření) umožňují provést návrh tak, aby byl nejen ekonomicky zajímavý, ale současně zaručoval dlouhou životnost. Pokud budeme hovořit o složitých okrajových podmínkách, myslíme tím zejména málo mrazuvzdorný nebo nemrazuvzdorný podklad, nízkou alkalitu cementového tmelu způsobenou karbonatací, případně konstrukci zasaženou chloridy. Dále se může jednat o konstrukce vystavené přímému ataku k cementovému tmelu agresivním médiím, nebo konstrukce extrémně zatížené, nebo dokonce přetížené. Náročné podmínky, kterým je vystaven beton stávající konstrukce, mají samozřejmě vliv i na materiály pro opravy betonových konstrukcí a na jejich propojení s tímto podkladem. Technologický postup opravy betonové konstrukce v náročných okolních podmínkách tomu musí být přizpůsoben.

Toto přizpůsobení zahrnuje volbu vhodných materiálů, volbu způsobu adheze nových materiálů¨ k podkladu, šíři a pořadí jednotlivých sanačních vrstev a samozřejmě předpřípravu podkladu.

2. Prostředí

I zdánlivě normální prostředí může být pro stavební hmoty náročné až degradující a to v závislosti na celé řadě okrajových podmínek. Pokud se budeme věnovat betonovým konstrukcím, je většina korozních procesů závislá na přítomnosti vody. „Nejideálnějším“ stavem z hlediska přítomnosti vody pro korozi betonu je jeho nasycení cca z 60 %. Přítomnost vody a vzduchu je základem pro valnou většinu chemických reakcí které mají za důsledek degradaci cementem pojených materiálů. Prostup vody do betonové konstrukce, případně k výztuži, je tedy zásadní. Základním korozním procesem spojeným s vodou je vymývání cementového tmelu. Dále jsou betonové konstrukce vystaveny poškození vlivem působení mrazu a u konstrukcí spojených s pozemními komunikacemi i chemických rozmrazovacích látek.

Obecně známý proces karbonatace je způsobován reakcí cementového tmelu, resp. jeho minerálů, se vzdušným CO2. Ten je přítomný všude, kde je přítomný vzduch. Riziko karbonatace je tedy u všech cementem pojených materiálů bez povrchové úpravy.

Běžně dochází rovněž k tomu, že jsou konstrukce vystaveny působení látek rozpuštěných ve vodě a celá řada z nich může působit agresivně na cementový tmel.

Posledním, ovšem nezanedbatelným, faktorem pro realizaci sanačního zásahu je teplota prostředí, kde se sanační zásah provádí. Při nízkých teplotách může použití správných materiálů zkrátit technologické doby provádění, v některých případech dokonce mohou být jediným možným řešením.

3. Postup sanace

Standardní postup klasického sanačního zásahu na železobetonových konstrukcích, za předpokladu předešlého stavebně technického průzkumu, zahrnuje dokonalé očištění podkladu (předpříprava podkladu), očištění a případné doplnění výztuže, ošetření výztuže, provedení adhezní vrstvy a konečně obnovení krycí vrstvy nad výztuží. Závěrem může být povrchová úprava konstrukce, která zajistí vyšší odolnost konstrukce proti vlivům prostředí.

4. Předúprava podkladu

Pokud lze podklad i výztuž očistit, aniž by došlo k uvolnění výztuže v celém obvodu, není v provedení sanačního zásahu problém. Stejně tak při relativně běžném poškození podkladu vlivem okolních médií jako je karbonatace, nebo vyplavení cementového tmelu, není nutný žádný speciálnější přístup. Pro zajištění adheze lze provést buď pouze dostatečné provlhčení podkladu (je-li dostatečně soudržný), nebo použití adhezního můstku pro zpevnění podkladu a zlepšení jeho lepivosti.

Naopak, pokud je podklad nesoudržný vlivem extrémní ztráty vazných schopností pojiva, je nutné použít speciální postupy. Těmi jsou např. zpevnění podkladu pomocí injektáže epoxidovými pryskyřicemi, v extrémních případech i reprofilace pomocí plast malt (malt s pojivem z epoxidové pryskyřice).

Pokud je podklad zasažen roztoky solí, které mají vliv na korozi betonu, nebo výztuže, jako jsou zejména chloridy, ale i sírany a uhličitany, je nutné zajistit adhezi reprofilačních malt ke stávající konstrukci pomocí mechanického přikotvení. Přikotvení je realizováno pomocí navázání ocelové síťky na trny zakotvené dostatečně hluboko do podkladu. Podle našich zkušeností je dostatečná ocelová výztužná síťka s oky 40 x 40 mm a tloušťkou drátu 2 mm. Tato výztužná síťka umožňujemechanické přikotvení reprofilace k podkladu, ale současně je dostatečně flexibilní pro tvarování i na složitějších konstrukčních prvcích. Stejný postup je nutné zvolit i při opravách stávajících exteriérových konstrukcí z betonu, který neodolává působení mrazu a chemických rozmrazovacích látek. Při mechanickém kotvení dojde vytvoření „samonosné vrstvy“, jejíž přídržnost není závislá na adhezi k podkladu, který nesplňuje potřebná kritéria.

5. Použití speciálních materiálů

Náročné prostředí logicky vyžaduje speciální materiály. Ne vždy tomu tak je a ne vždy jsou nevhodné materiály použity schválně např. z finančních důvodů. V mnoha případech se jedná o malou informovanost. Jak bylo výše popsáno, valná většina korozních procesů souvisí s přítomností vody v konstrukci. V železobetonové konstrukci je hlavním nosným prvkem betonářská výztuž. Ta je v chráněna proti korozi alkalitou cementové matrice, pokud alkalita cementové matrice klesne pod hodnotu 9,6 pH, není výztuž v betonu chráněna (pasivována) a je umožněna koroze výztuže i bez povrchových defektů krycí vrstvy nad výztuží. Stejně je tomu i v případě, že pasivace výztuže je dostatečná, ale v železobetonové konstrukci je přítomno nadlimitní množství chloridových iontů. Řešením takového jsou pouze dvě možnosti. První představuje vybourání a nahrazení celého konstrukčního prvku. Druhou variantou je eliminace přístupu vlhkosti k výztuži. Tím je bráněno její korozi. Nejjednodušší metodou je použití materiálů obsahujících krystalizační přísady. V kombinaci s výše popsaným

mechanickým kotvením je tento technologický postup ideálním řešením. Další možností je provedení povrchové úpravy, která ovšem není tak elegantní, a ani není tak ekonomická.

Pro aplikace v prostředích se zvýšeným výskytem síranů je vhodné použít materiály, které se sírany nereagují a nedochází k jejich korozi. Jedná se zejména o materiály jejichž pojivem je speciální, korozi odolný, druh cementu. Lze použít síranu vzdorné cementy, ale jako účinnější a universálnější se jeví použití materiálů s cementy na bázi syntetických slínkových minerálů.

Jedná se o cementy obsahující pouze alitické (C3S) slínkové minerály. Síranová koroze probíhá zejména mezi síranovými ionty a C2S (dicalciumsilikát) a C3A (tricalciumaluminát). Skutečnost, že synteticky vyrobený cement neobsahuje ani C2S, ani C3A, zaručuje vysokou odolnost vůči působení síranů. Podrobněji tato skutečnost byla popsána v [1].

 

Vedlejší výhodou je rychlost daného materiálu. Jedná se o zvýšený náběh pevností v důsledku chybějící belitické fáze. To umožňuje použití těchto cementem pojených materiálů v prostředí s nízkou teplotou. Při použití v podzemních stavbách jako jsou kanalizační stoky [2], kolektory apod., je rychlý náběh pevností nutností. Důvodem je jednak potřeba krátkých odstávek úseků podzemních staveb, ale současně i ovlivnění hydratační reakce cementu teplotami blížícími se k 5 °C. Rychlejší náběh pevností je spojen s dramatičtějším vývojem hydratačního tepla a tím i s kvalitnějším provedením sanačního zásahu. Běžné materiály by mohli mít problém nejen s rychlostí oprav, ale v extrémních případech i celkovými vlastnostmi, které jsou standardem v laboratorních podmínkách.

6. Závěr

Ambicí tohoto článku není detailní popis jednotlivých metod sanačního zásahu. Důležitá je

skutečnost, že speciální podmínky vyžadují speciální přístup, který zahrnuje teoretickou přípravu, vhodnou volbu způsobu sanace i vhodnou volbu materiálu. Jedná se o jednoduché postupy, které je pouze potřeba vést v patrnosti.

LITERATURA

[1] Pumpr V., Vávra Z. - Rychlovazná správková malta pro opravy betonových konstrukcí

v nepříznivých podmínkách; Sanace a rekonstrukce staveb 2006, ISBN 80-02-01866-4

[2] Pumpr V., Vávra Z., Dohnálek P., Chabr J. Rychlovazné materiály pro opravy

železobetonových konstrukcí v nepříznivých podmínkách; Konference Sanacie 2009, ISBN 978-80-227-3215-4

[3] Matoušek M., Drochytka R. – Atmosférická koroze betonů; ISBN 80-902558-0-9

[4] Dobrý O., Palek L. – Koroze betonu ve stavební praxi; SNTL 1988

 

Zdroj – Sborník SSBK, Sanace 2011