preskočiť na hlavný obsah

Nové materiály a technológie na sanáciu betónových konštrukcií

/up/images/featured/images/sanacia_betonovych_konstrukcii.png

Aj na takom trvanlivom materiáli ako je betón, sa nepriaznivo prejavuje dlhodobé pôsobenie obklopujúceho prostredia. Príspevok sa zaoberá možnosťami aplikácie nových technológií a materiálov v oblasti sanácie betónových konštrukcií. Dôraz sa kladie na špeciálne sanačné postupy, ktoré nie sú na Slovensku veľmi rozšírené a pri porovnaní s klasickými sanačnými metódami poskytujú viaceré výhody.

V súčasnosti má sanácia stavieb „reaktívny“ charakter, t. j. sanačné opatrenia sa robia na základe zistených porúch. To má za následok, že opatrenia na obnovenie spoľahlivosti sa prijímajú v štádiu pokročilého porušenia. Náklady na odstránenie poruchy niekoľkonásobne prevyšujú náklady na včas realizovanú prevenciu alebo sanáciu. Aj z hľadiska bezpečnosti možno mať proti takému vyčkávaciemu postupu výhrady. Príčiny porúch sú napr. nedostatočný stav poznania súvislostí medzi účinkami obklopujúceho prostredia a odolnosťou stavby a na základe chýbajúcej spätnej väzby uvedomenie si týchto súvislostí u projektantov i zhotoviteľov. Zlepšenie v tejto oblasti možno očakávať uplatnením nových európskych noriem pre navrhovanie [1], [2] a zhotovovanie betónových konštrukcií [3], kde sú zloženia betónu, konštruktívne zásady a metódy ošetrovania čerstvého betónu prísnejšie a podrobnejšie definované. Nový súbor európskych noriem STN EN 1504 [4] štandardizuje sanačné opatrenia a posudzuje výrobky a systémy na opravu a ochranu betónových konštrukcií.

V rámci sanácií sa uplatňujú aj požiadavky na zvýšenie únosnosti nosnej konštrukcie. Zosilňovanie uhlíkovými vláknami vystuženými polymérmi (CFRP) má viaceré výhody. O ich vlastnostiach a aplikácii na stĺpy sa píše v časopise Eurostav 1-2/2009 [5].

Klasické sanačné postupy

Klasická sanácia sa skladá najčastejšie z týchto technologických postupov: príprava betónového podkladu, úprava povrchu výstuže a jej ochrana proti korózii, reprofilácia betónového povrchu, sekundárna ochrana betónu. Kritickým bodom je reprofilácia porušeného povrchu betónu. Na tento účel sa v súčasnosti takmer výhradne používajú jednozložkové polymércementové malty do hrúbky vrstvy 50 mm, lokálne až 100 mm. Požiadavky na dosiahnutie potrebnej pevnosti limitujú dĺžku sanácia a naviac reprofilačné malty majú pomerne malú životnosť: 20 % menej ako päť rokov a 70 % menej ako desať rokov [6]. Hlavnou príčinou tohto stavu je vznik a rozvoj trhlín. Na obmedzenie zmrašťovacích trhlín sa do mált pridávajú polypropylénové vlákna.

Jednou z najperspektívnejších nových vedných disciplín je oblasť výskumu a aplikácie tzv. nanomateriálov. Použitím nanoprísad a prímesí možno optimalizovať viaceré vlastnosti cementových kompozitov. Zlepšená súdržnosť medzi kamenivom a cementovou matricou, podkladom a novým betónom vedie k zvýšeniu pevnosti, resp. prídržnosti betónu. Významne sa zlepší aj kvalita povrchu betónu: tvrdosť, hladkosť a samočistiaci účinok. V oblasti sanácie sa s úspechom používajú reprofilačné malty so zvýšenou prídržnosťou, pevnosťou v ťahu a obmedzeným zmrašťovaním. Zvýšenie prídržnosti umožňuje ich aplikáciu bez adhézneho mostíka, čím sa šetria náklady a čas.

Už viac rokov sa na ochranu betónu uplatňujú pružné náterové systémy (na báze akrylátových alebo polyuretánových živíc), ktoré sú schopné preklenúť trhliny. Vytvárajú celistvý ochranný systém, odolný proti poveternostným vplyvom i karbonatácii betónu.

Špeciálne sanačné postupy

Praktické uplatnenie nižšie opísaných špeciálnych sanačných postupov úzko súvisí s pilotnými projektami, ktoré by účinnosť jednotlivých technológií overili in situ. Výzva je adresovaná najmä veľkým investorom v oblasti sanácie betónových konštrukcií, ktorí môžu vyslať impulz na rozvoj týchto sanačných metód. Pochybnosti sú najmä o účinnosti realkalizácie betónu a extrakcie chloridov. Na druhej strane sekundárna kryštalizácia, po experimentálnom overení, našla aj na Slovensku už pomerne široké uplatnenie, najmä na hydroizoláciu podzemných konštrukcií.

Sekundárna kryštalizácia betónu

Materiály vyvolávajúce sekundárnu kryštalizáciu betónu sa aplikujú vo forme náterov alebo nástrekov na povrch konštrukcie. To je prakticky jediný spôsob dodatočného zmenšenia vodopriepustnosti betónu hotovej konštrukcie.

Základom sekundárnej kryštalizácie je chemická reakcia v pórovom a kapilárnom systéme betónu. Kryštalizačný proces vypĺňa prakticky všetky kapilárne aktívne póry betónu ihličkovitými kryštalickými novotvarmi (obr. 1). Tento proces prebieha ako v smere, tak aj proti tlaku vody. Rast novotvarov bol zaznamenaný aj v hĺbkach viac ako 300 mm od ošetreného povrchu.

Výhodou sekundárnej kryštalizácie je jej anorganická povaha i to, že sa zabudováva do štruktúry betónu a nie je teda mechanicky zraniteľná. Jej trvanlivosť je porovnateľná s trvanlivosťou ošetrovanej betónovej konštrukcie.

Sekundárna kryštalizácie sa tak stáva štandardnou technológiou nielen na utesňovanie priesakov v betónových konštrukciách, ale i ako sanačný postup, umožňujúci obmedziť obsah vody v kapilárnom pórovom systéme betónu a tak zvýšiť jeho mrazuvzdornosť alebo spomaliť elektrochemickú koróziu výstuže.

Realkalizácia betónu

Dlhodobú koróznu stabilitu oceľovej výstuže v betóne zabezpečuje vysoká alkalita betónu (pH = 12,5 až 13,5). V priebehu času, najmä v dôsledku karbonatácie povrchových vrstiev, dochádza k znižovaniu pH v betóne. Ak alkalita betónu v okolí výstuže klesne pod hodnotu 9,5 alebo je táto oblasť kontaminovaná chloridovými iónmi, dochádza k spusteniu koróznych procesov.

Realkalizácia vychádza z princípu elektrochemického obohatenia okolia výstuže hydroxidovými iónmi, s cieľom zvýšiť zásaditosť tejto oblasti a tým výstuž opäť korózne stabilizovať. Na obr. 2 je znázornený princíp metódy, ktorá využíva oceľovú výstuž ako katódu, a anódu tvorí externá elektróda z povrchovo upraveného titánu, prípadne ocele, uloženej v sorbente nasýtenom elektrolytom. Za tejto situácie na katóde, t. j. výstuži, vznikajú redukciou vody hydroxidové ióny, čo vyvoláva postupný nárast alkality v okolí výstuže. Zdroj napája systém konštantným prúdom alebo stabilizovaným jednosmerným napätím, obvykle v intervale 10 až 20 V.

Metóda je využiteľná najmä vo vodorovných doskových konštrukciách, napr. mostovkách. Na dosiahnutie technicky významného efektu treba, aby realkalizácia prebiehala niekoľko týždňov.

Elektrochemická extrakcia chloridov

Extrakcia chloridov z okolia oceľovej výstuže je založená na podobnom princípe ako realkalizácia. Rozdiel je v tom, že môže byť použitý variant s externou anódou aj katódou (obr. 3), alebo variant, kde katódou je samotná výstuž a iba anóda je externá. Reakcie na katóde a anóde sú zhodné s reakciami pri realkalizácii. Transport iónov je závislý od viacerých parametrov (vlhkosť betónu, materiál anódy a externého elektrolytu, pórová štruktúra betónu, hrúbka krycej vrstvy). Pri zapojení výstuže ako katódy dochádza k postupnej výmene chloridu sodného za hydroxid sodný. V literatúre [7] sa uvádza, že extrakciou s dĺžkou 10 až 50 dní možno odstrániť 20 až 50 % chloridových iónov. Podobne ako realkalizácia je metóda najúčinnejšia vo vodorovných plošných konštrukciách.

Katódová ochrana výstuže

Katódová ochrana vychádza zo známych fyzikálnych princípov a dlhodobo sa používa najmä na ochranu proti korózii v zemi uložených oceľových potrubných vedení. Jej návrh aj realizácia na ochranu výstuže v betóne sú, vzhľadom na špecifickú väzbu betónu a ocele, zložitejšie. I napriek tomu sa využitie katódovej ochrany výstuže v betóne postupne rozširuje. Jedným z faktorov, ktorý do istej miery brzdil jej rozvoj, bola absencia technického predpisu, ktorý by formuloval základné požiadavky na katódovú ochranu a zjednocoval spôsob jej realizácie. Pokrokom v tejto oblasti bolo preto vydanie STN EN 12696 „Katódová ochrana ocele v betóne pred koróziou“ [8].

Depasiváciu a následnú koróziu výstuže sprevádza pokles potenciálu ocele v betóne. Cieľom katodickej ochrany je posunúť potenciál do oblasti, kde vznik korózie alebo prehlbovanie už prebiehajúcej korózie výstuže sú natoľko potlačené, že porucha spôsobená koróziou je počas životnosti konštrukcie nepravdepodobná.

V betónových konštrukciách možno katodickú ochranu urobiť polarizáciou výstuže vonkajším prúdom. Na betónový povrch sa upevňujú, natierajú alebo pod povrch zabetónujú anódy, ktoré sa v prípade ochrany vloženým prúdom pripájajú na kladný pól zdroja. Pre betón s nízkym odporom je výhodné použitie tzv. obetnej anódy (obr. 4).

Tento postup nevyžaduje napájanie prúdom, prúd vytvára korózia obetnej (obvykle zinkovej) anódy. Katódový systém tvorí oceľová výstuž. Pri použití vloženého prúdu je záporný pól zdroja pripojený na oceľovú výstuž.

Po zhodnotení vhodnosti katodickej ochrany sa navrhne jej koncepcia. Zvolí sa typ anódového systému, jeho usporiadanie a navrhnú optimálne prúdové hustoty. Prúdová hustota, potrebná na preventívnu katodickú ochranu je približne o jeden rád nižšia ako na ochranu už korodujúcej výstuže. Potreba prúdu na korodujúcu výstuž sa pohybuje v intervale od 2 mA/m2 do 20 mA/m2, na preventívnu katodickú ochranu od 0,2 mA/m2 do 2 mA/m2.

Ochrana výstuže migrujúcimi inhibítormi

Experimentálny výskum i praktické použitie migrujúcich inhibítorov korózie betonárskej výstuže ukázali, že tieto môžu byť výhodnou alternatívou na zvýšenie trvanlivosti železobetónových konštrukcií. Inhibítory korózie sú plynné, kvapalné alebo pevné (práškové) látky, ktoré odďaľujú začiatok a spomaľujú priebeh korózie oceľovej výstuže v betóne. Inhibítory sa v zásade zaraďujú do troch skupín [10]:

• anodické inhibítory, potláčajú anodické reakcie tvorbou ochranného filmu na anóde,
• katodické inhibítory, spomaľujú katodické reakcie vytvorením prekážky v mieste katódy a tým obmedzia prístup kyslíka k oceľovej výstuži,
• multifunkčné inhibítory, majú synergický účinok. Pri relatívne malých koncentráciách využívajú výhody anodických aj katodických inhibítorov.

Skúšky preukázali výborné difúzne vlastnosti multifunkčného kvapalného inhibítora korózie, obsahujúceho aminoalkohol modifikovaný anorganickými radikálmi. Za deň penetruje 2,5 až 20 mm a za 28 dní dosiahne hĺbku okolo 80 mm. Penetrácia nie je ovplyvňovaná orientáciou (vodorovne, zvislo – nahor, nadol). Ovplyvňuje ju pórovitosť betónu, resp. prítomnosť trhlín. Po dosiahnutí výstuže sa inhibítor adsorbuje na jej povrch a dochádza k fyzikálnej a chemickej interakcii. Je schopný z povrchu výstuže vytlačiť aj chloridové ióny do 2 % obsahu chloridov z hmotnosti cementu. Použiteľný je ako náter na hotovú betónovú konštrukciu alebo ako prísada do betónu.

Záver

Špeciálne sanačné postupy si zasluhujú zvýšenú pozornosť odborníkov z oblasti sanácie betónových konštrukcií, nakoľko poskytujú viaceré výhody: menší rozsah stavebných prác (súvisí s ich nedeštruktívnym charakterom), menšie časové nároky (kratšie obmedzenie prevádzky) a v neposlednom rade nižšie celkové náklady sanácie. Možno ich kombinovať aj s klasickými metódami sanácie.

Prof. Ing. Juraj Bilčík, PhD., SvF STU v Bratislave
Doc. Ing. Jiří Dohnálek, PhD., ČVUT v Prahe
Foto: archív autorov, B. Golejová ­

Literatúra:
[1]  STN EN 1992-1-1, Eurocode 2: Design of Concrete Structures, Part 1: General rules and rules for buildings. CEN 12.2004, 225 pp.
[2]  STN EN 206-1: Betón. Časť 1: Špecifikácia, vlastnosti, výroba a zhoda. Apríl 2002, str. 70
[3]  STN P ENV 13670-1: Zhotovovanie betónových konštrukcií. Časť 1: Spoločné ustanovenia. December 2001, str. 58
[4]  STN EN 1504-1 až 10: Výrobky a systémy na opravu betónových konštrukcií. Definície, požiadavky, riadenie kvality a hodnotenie zhody.
[5]  Bilčík, J., Halászová, K.: Zosilňovanie železobetónových stĺpov, Eurostav 1-2/2009, str. 26 – 29
[6]  Annual Report 2007, Belgian Building Research Institute, 65 pp.
[7]  Rovnaníková, P., Novák, P., Hostomský, J.: Elektrochemická extrakce chloridů a realkalizace ako prostředek obnovy ochranné funkce cementového tmelu. Beton a zdivo 2000, No. 4
[8]  STN EN 12696: Katódová ochrana ocele v betóne pred koróziou. Október 2008
[9]  Qiu, J.:Emerging Corrosion Control Technologies for Repair and Rehabilitation of Concrete Structures. The Corrosion Journal for the Online Community. www.corrosionsource.com
[10] Bajza, A., Rouseková, I.: Penetrujúci inhibítor korózie betonárskej výstuže. In : Konferencia Stavebné materiály a skúšobníctvo, Štrbské Pleso 2001
[11] Bilčík, J., Dohnálek, J.: Sanace betonových konstrukcí, JAGA 2003, str. 151

zdroj: VYDAVATEĽSTVO EUROSTAV, spol. s r.o.­

Obsah textu nie je možné bez súhlasu autora / autorov ďalej šíriť a publikovať

Páčil sa vám článok?

áno: 179     nie: 167

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby