Sanace železobetonu v chemicky náročném prostředí – metody a možnosti

• Foto

Obsahem tohoto článku 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.

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.

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.

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 × 40 mm a tloušťkou drátu 2 mm. Tato výztužná síťka umožňuje mechanické 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 k vytvoření „samonosné vrstvy“, jejíž přídržnost není závislá na adhezi k podkladu, který nesplňuje potřebná kritéria.

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 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. V tomto případě jsou řešením 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 univerzálnější 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 mohly mít problém nejen s rychlostí oprav, ale v extrémních případech i celkovými vlastnostmi, které jsou standardem v laboratorních podmínkách.

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.

Článek byl prezentován na konferenci SANACE 2011, jejímž mediálním partnerem je časopis SILNICE ŽELEZNICE.

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

Redevelopment of the Reinforced Concrete in the Chemically Demanding Environment – Methods and Options
The redevelopment of the reinforced concrete is currently a matter which isconsidered automatic and in well-known among the professional public atleast in the basic description. The General procedures do not have to leadto a completely correct result providing the environment the original orcorrected structure is exposed includes elements damaging cementing compound or they have the ability to damage the reinforcement of the concrete withoutobvious damage to the surface. This problem concerns especially the bridgesand structure related to the elimination of sludge or food. This articlewould like to show some directions which may be taken when confronting thedifficult border conditions when redeveloping reinforced concretestructures. The article would also like to point out the obvious risks ofconcrete corrosion.

Autoři

• Ing. Vávra Zdeněk
• Ing. Dohnálek Pavel Ph.D.