Sekundární ochrana pro zvýšení odolnosti betonu proti společnému působení mrazu a chemických rozmrazovacích látek

• Foto

ÚVOD

Společné působení mrazu a chemických rozmrazovacích solí je jednou z obávaných kombinací agresivního působení na strukturu betonu. Rychlost destrukce betonové struktury je u této kombinace mnohonásobně vyšší než jen samostatné působení střídavého zmrazování a rozmrazování i než jen samostatné agresivní působení samotných chemických rozmrazovacích látek.

Pro destruktivní účinek ne beton rozhoduje skutečný průběh zmrazovacích cyklů i způsob a množství nanášených chemických rozmrazovacích látek. Klimatické poměry, používané chemické rozmrazovací látky i jejich dávkování se liší v rámci nejen různých států (případně regionů), ale i podle umístění, dopravního zatížení, spádových podmínek, ekologických omezení atp.

Z velké variability plynou i odlišné názory, jak destruktivní účinek společného působení mrazu a chemických rozmrazovacích látek měřit a vyhodnocovat. Stanoviska a výsledky různých zkoušek se nakonec ukázaly jako neschůdné. Především proto, že mezi odlišnými zkušebními metodami, které samy o sobě vesměs měly vysoké chyby měření, vzdor různým snahám nebyl nalezen přijatelně výstižný přepočítací mechanismus.

V ČR platí a v bývalém Československu platila ČSN 73 1326 „Stanovení odolnosti povrchu cementového betonu proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek“. Tato norma procházela svým vývojem a uvádí několik možných metod měření.

Nejčastěji se používá metoda A. „Metoda automatického zmrazování“ používá pro betony hodnocení po 25 zmrazovacích cyklech v teplotním režimu +20 °C, –15 °C. Betony jsou v obrácené poloze ponořeny do misky s 3% roztokem NaCl. Jako odolný beton proti společnému působení mrazu a chemických rozmrazovacích látek se považuje beton, který splňuje povolenou hmotnost odpadu pro předepsaný počet cyklů (obr. 1a, 1b).

Nepřísnějším kritériem bývá odpad do 1 000 g/m² po 150 cyklech pro průkazní zkoušky cementobetonových krytů vozovek. Kritérium je určeno pro monolitické cementobetonové kryty vozovek vyráběné z provzdušněných betonů. U běžných betonů mimo kryty vozovek bývají požadavky volnější. Obvykle vyhoví hmotnostní odpad do 2 000 g/m² po 100 (případně 50) cyklech.

Zejména v intravilánu místních komunikací a na chodnících, ale také na parkovištích, odstavných plochách a v zónách pro pěší je dnes běžná betonová zámková dlažba. Ta se v dominantním množství vyrábí na velkokapacitních vibrolisech z běžné betonové směsi. Vibrolisy vyrábí zámkovou dlažbu na celé paletě zároveň ze suché betonové směsi. Po zhutnění se zvedne forma z podložky a vyrobené dlaždice se na podložce transportují do skládek pro dozrání.

Intenzita vibrace, způsob plnění formy i způsob ošetřování může způsobit, že jednotlivé dlaždice v rámci stejné podložky mohou mít odlišnou odolnost. Pokud ano, rozdíl nelze předem poznat vizuálně. To se projeví až po čase, zpravidla po zimě, na místě pokládky. Některé jednotlivé dlaždice se začínají povrchově rozpadat, zatímco jiné jsou vizuálně nepoškozené.

Proces zrychleného stárnutí betonů, pokud už začal, nejde zastavit. Lze jej zpomalit, pokud včas přikročíme k aplikaci sekundární ochrany betonů vhodným přípravkem.

PŮSOBENÍ MRAZU A CHEMICKÝCH ROZMRAZOVACÍCH LÁTEK

Nebezpečí působení mrazu spočívá ve změně objemu, pokud se volná voda přemění mrazem v led. Led má objem přibližně o 10 % větší než voda. Nebezpečí působení chemických rozmrazovacích látek je jiná. Podle typu chemické látky dojde při její disociaci na ionty a při jejich dalších reakcích k uvolňování tepla. Uvolněné teplo rozpouští okolní led a současně se zajistí, že voda za těchto podmínek mrzne při nižší teplotě, než je 0 °C.

V našich podmínkách je nejčastěji používána solanka, což je směs s vysokým obsahem NaCl. Sůl snadno disociuje na Na+ a Cl–. Obecně mimo solanky existují i jiné základní báze rozmrazovacích přípravků, které mohou využívat např. letiště.

Beton je porézní materiál a porézní materiály v jakýchkoli podmínkách ovlivňují vlhkostní spády. Vlhkostní spády vyrovnávají vlhkost v různých částech betonu v závislosti na aktuálním obsahu volné vody a na teplotních spádech. V případě betonů je vlhkost dále potřebná k pokračování hydratace slínkových minerálů a hydratačních meziproduktů. 

To vše vede k tomu, že beton většinou vlhkost z prostředí absorbuje, ale jsou nevyhnutné stavy, kdy vlhkost uvolňuje do prostředí. Při těchto režimech jsou většinou do betonu vnášeny látky rozpuštěné z prostředí, ale jindy při opačném vlhkostním spádu mohou být z betonu naopak vyplavávány tzv. nevázané látky. Ve viditelné formě vyplavované látky na povrchu betonu jsou výluhy a výkvěty.

Pokud dochází k destruktivním procesům v důsledku společného působení mrazu a rozmrazovacích látek, počáteční fáze nejsou okem postřehnutelné. Že se něco děje, lze na počátku zjistit až zvýšeným sprašováním nebo nápadnou změnou v rychlosti vysychání daného místa nebo některé jednotlivé zámkové dlaždice.

V obou případech by to měl být současně i poslední signál k rozhodnutí, zda pro ochranu betonového povrchu bude použita ještě účinně vhodná sekundární ochrana. Vždy je nutná diagnostika, která prokáže, co se v betonu děje. Pokud je to nízká odolnost proti společnému působení mrazu a rozmrazovacích látek je nutno aplikovat prostředek sekundární ochrany určený na zvýšení odolnosti proti mrazu a rozmrazovacím látkám, avšak ne jakýkoli. V současnosti se jeví jako vhodné řešení použití emulzí na bázi přírodních olejů, které zvyšují odolnost betonu vůči těmto vlivům a nezatěžující životní prostředí.

EMULZE LO

Emulze LO navazuje na v minulosti v ČR technicky velmi úspěšné a účinné sekundární ochrany proti mrazu a rozmrazovacím látkám na bázi lněné fermeže, používané od 80. let minulého století. Obě varianty měly prakticky totožný technický účinek a svou účinností vysoce převyšovaly jakékoli jiné báze sekundárních ochran betonů. Lněná fermež byla používána s rozpouštědlem nebo jako emulze.

Rozpouštědlové měly výhodu ve velmi nízké viskozitě do cca 50 mPas (tekutost blízká vodě), ale uplatnění omezovala ekologická zátěž. Emulze je ekologicky nezávadná, má jen mírný typický zápach, ale jde o hustší kapalinu s viskozitou nad 500 mPas. Oba přípravky byly nanášeny nástřikem průmyslovými postřikovači (obr. 2a), emulze pak i ručními postřikovači a válečkováním (obr. 2b).

Rozvoj v této oblasti umožnil vyvinout Emulzi LO, nový přípravek na bázi lněného oleje. Tato emulze je ekologicky nezávadná a viskozitu emulze se podařilo snížit na hodnotu kolem 300 mPas.

Popis přípravku Emulze LO

Emulze LO je prostředek určený k sekundární ochraně povrchů betonů před společným působením mrazu a rozmrazovacích látek. Hlavní složky jsou lněný olej a voda. Emulzi LO lze nanášet na betony, která jsou spolehlivě starší než 28 dnů. Na povrchu betonu a v povrchové vrstvě působí jako hydrofobizující prostředek.

Emulze LO netvoří na povrchu betonu souvislý film, proniká do povrchové vrstvy betonu, kde reguluje výměnu vlhkostí mezi betonem a okolním prostředím. Účinná dávka emulze je jen taková, kolik hmoty pronikne do povrchové vrstvy betonu. Přebytky je nutno odstranit, mohou se projevit jednak zhoršením smykových vlastností, jednak dlouhodobějším ztmavnutím povrchu betonu po nástřiku. V rámci předběžné diagnostiky se doporučuje stanovit maximální přípustnou dávku Emulze LO. V případě technologie nástřiku a potřeby lze nástřik opakovat.

Povrch betonu
Povrch betonu musí být dostatečně oschlý, zbavený všech mechanických nečistot, barev a dalších chemických nečistot. Rozhodující pro určení dávky emulze LO je okamžitá savost povrchu betonu. Ta se mění v průběhu dne a v závislosti na okolních podmínkách (teplota prostředí, relativní vlhkost vzduchu, vítr aj.). Orientačně lze dávku určit podle výsledků ověřených staveništních testů (např. test vnikání kapky vody).

Příprava emulze
Před aplikací musí být Emulze LO krátce, lehce ručně promíchána v celém svém objemu (elektrická míchadla jsou pro obsahy nádob do 50 litrů tento účel zakázána). V případě plastových barelů je pro promíchání nejvhodnější čistá dřevěná tyč.

Emulzi LO je dovoleno ředit čistou pitnou vodou na viskozitu podle nastavení trysek postřikovače. Při přelévání výsledné emulze LO do nádrže postřikovače je nutné použít vhodné sítko. Případné zbytky na sítě jdou do odpadu.

Ředění se doporučuje při nanášení válečkováním. Důvodem je obava, že válečkováním původní emulze LO nelze dodržet žádaný limit maximální dávky. Je pravděpodobné, že by došlo k předávkování.

Ředěním se zkracuje doba stálosti emulze, podle množství dodané vody se doporučuje občasné průběžné krátké promíchání. Celkové množství dodané vody pro emulze nanášené nástřikem nemá přesáhnout 20 % objemu původní emulze a nesmí přesáhnout 50 % objemu původní emulze. U válečkování se ředění stanovuje na maximální přípustnou dávku. Nemělo by dojít k překročení poměru 1:1.

Nástřik/nanášení
Při nástřiku je nutno zakrýt všechny okolní plochy před případným zasažením. Je nutno mít připravenou čistou vodu a hadr pro případné okamžité setření emulze ze zasažených povrchů. V případě, že emulze zaschne na skle, lze ji už jen velmi obtížně odstranit (např. čelní a zadní skla dopravních prostředků).

Dávka se odvozuje od staveništní diagnostiky, není-li, doporučuje se zahájit dávkování nástřikem 30 g/m². Dále se průběžně dávkování koriguje podle rychlosti a rovnoměrnosti vsakování emulze do betonu. Po nástřiku je povrch betonu extrémně kluzký. Pohyb pro pěší je možný do cca 2 hodin po nástřiku, pohyb vozidel do cca 24 hodin se sníženou rychlostí. Smykové vlastnosti se vrátí na původní hodnoty do 3 – 7 dnů v závislosti na teplotě a skutečné dávce.

Doprovodnou vlastností Emulze LO, stejně jako všech sekundárních ochran na bázi olejů je významné ztmavnutí povrchu a následné pozvolné zesvětlování na původní barvu betonu. Proces zesvětlování probíhá v ploše nerovnoměrně a v tomto období se na povrchu betonu mohou vytvářet tvarově proměnné tmavé a světlé fleky. Jedná se o vratný proces a na původní barvu se povrch betonu při správném dávkování vrátí do 7 – 10 dnů.

Časté chyby
Předávkování emulze
Pokud naneseme vyšší dávku na povrch betonu, než kolik je schopen pojmout v daném okamžiku, přebytečná emulze způsobí vyšší intenzitu ztmavnutí a prodlouží se tak doba, po které se beton vrátí do původní barvy. Prodloužení zesvětlení může být o několik týdnů delší.

Aplikace na nedostatečně vyzrálý/starý beton
Je-li aplikována emulze na beton mladší 28 dnů, dojde i při správném dávkování k vyšší intenzitě ztmavnutí povrchu betonu a až podstatně se prodlouží doba, po které se beton vrátí do původní barvy. Prodloužení doby zesvětlení může být v extrémech i delší než rok.

Příprava povrchu
Je-li emulze aplikována na povrch, ze kterého nebyla odstraněna vrstvička nástřiku bránícího odparu vody z čerstvého betonu, barevné značení nebo jiný typ dříve aplikované sekundární ochrany, výsledná účinnost je nedefinovaná. Výsledné barevné skvrny, pokud vzniknou, mohou být podle dalších okolností vratné i nevratné.

TECHNICKÉ VLASTNOSTI EMULZE LO

Emulze LO má primárně účinně zpomalit rozpady betonů zatížené společným působením mrazu a rozmrazovacích látek. V laboratorních podmínkách byly ověřeny účinky na běžném i na provzdušněném betonu stejného základního složení (rozdíl jen v použití/nepoužití provzdušňující přísady). Výsledky udávají graf 1 a 2.

Doprovodné určení Emulze LO je zpomalení vnikání vody z prostředí do betonu. Časová osa doby ponoření do celkových 120 minut je zřejmá z grafu 3.

Z grafů je patrné mimořádně široké spektrum účinného záběru Emulze LO pro zvýšení odolnosti betonů proti společnému působení mrazu a chemických rozmrazovacích látek. Emulzi LO lze účinně aplikovat na běžný (neprovzdušněný) i na provzdušněný beton. Z grafů je patrné, že se zhoršující se odolností původního betonu proti společnému působení mrazu a chemických rozmrazovacích látek se postupně snižuje nejen absolutní, ale i relativní účinnost této sekundární ochrany (hodnoty jsou přepočítávány k hmotnosti odpadů neošetřeného betonu pro každý počet cyklů). 

Z grafu 3 je patrné zpomalení nasakování vodou po aplikaci Emulze LO. Toto zpomalení umožňuje dostatečnou výměnu vlhkostí mezi prostředím a betonem a nemá charakter vodonepropustné ochrany.

Dále byly srovnávány doprovodné účinky Emulze LO na smykové vlastnosti v různém čase po nástřiku. Srovnávací měření probíhala na letištní TRW a prokázala stejné vlastnosti obou dosud používaných emulzí na bázi lněné fermeže s Emulzí LO pro měřený interval rychlostí 40 až 80 km/hod.

ZÁVĚR

Prostředky sekundární ochrany betonových konstrukcí, mohou zpomalit stárnutí vozovek (konstrukcí) nebo materiálovou destrukci struktury betonů a chrání povrchy před vlivy okolního prostředí. Prostředky musí být aplikovány s ohledem na vlastnosti betonu, výskyt vad a po ruch, výsledky diagnostiky konstrukcí i betonu, nesmí být aplikovány na povrchy betonů do stáří 28 dnů a doporučuje se nejprve stanovit maximální přípustnou dávku v daném konkrétním místě a čase.

Emulze LO je nový typ, který rozšiřuje nabídku přípravků na bázi olejů. Přípravek je nezávadný životnímu prostředí a současně splňuje nejpřísnější nároky na technickou účinnost ochrany povrchů betonu před společným působením mrazu a rozmrazovacích solí.

PODĚKOVÁNÍ

Tento článek byl vytvořen za finanční podpory Ministerstva dopravy v rámci programu dlouhodobého koncepčního rozvoje výzkumných organizací na výzkumné infrastruktuře pořízené z Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace (CZ.1.05/2.1.00/03.0064).

LITERATURA:
[1] STN EN 13670: Zhotovovanie betónových konštrukcií (2010)
[2] Nevosád, Z., Grošek, J., Stryk, J.: Nové možnosti pro testování prostředků sekundární ochrany cementobetonových krytů vozovek, Sb.: Letiskové vozovky, 2018, Nový Smokovec, Slovensko
[3] ČSN EN 206+A1 Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda 
[4] ČSN EN 1504-2 Výrobky a systémy pro ochranu a opravy betonových konstrukcí – Definice, požadavky, kontrola kvality a hodnocení shody – Část 2: Systémy ochrany povrchu betonu
[5] ČSN 73 1326 Stanovení odolnosti povrchu cementového betonu proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek
[6] ČSN 73 1322 Stanovení mrazuvzdornosti betonu
[7] ČSN P 73 2404 Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda – Doplňující informace
[8] Nevosád, Z., Grošek, J., Stryk, J.: Nové možnosti pro testování prostředků sekundární ochrany cementobetonových krytů vozovek a ploch se zámkovou dlažbou

Autor: Ing. Jiří Grošek, Ph.D. a kolektiv řešitelů

Autor

• Ing. Grošek Jiří Ph.D.