Rychlovazná správková malta pro opravy betonových konstrukcí v nepříznivých podmínkách

Článek se věnuje trvanlivosti materiálů pro opravy betonových konstrukcí, zejména odolnosti proti síranové korozi. Jsou uvedeny výsledky zkoušek nově formulované rychlovazné správkové malty MONOCRETE^® rapid (výrobce BETOSAN s.r.o.) vystavené působení prostředí s vysokou koncentrací síranových iontů.

1. Úvod

Při opravách a sanacích betonových a železobetonových konstrukcí bývá velmi často rozhodujícím kritériem pro volbu materiálu a technologický postup rychlost opravy. Jinými slovy řečeno rozhoduje to, za jak dlouho po dokončení reprofilace či převrstvení je možné opravené plochy vystavit působení vody či jiných provozních médií, resp. za jak dlouho je možné mechanické zatížení opravených povrchů. Typickými příklady jsou podlahové konstrukce ve skladech, výrobnách, jímky, úkapové kanálky v průmyslových provozech a v neposlední řadě mezi konstrukce, které není obvykle možné vyřadit z provozu na delší dobu, patří i kanalizační a vodovodní objekty.

Nejrozšířenější sanační materiály na bázi klasických rychlovazných portlandských cementů mají přes veškerý pokrok ve formulaci hmot obvykle nepřijatelně dlouhou dobu tuhnutí a tvrdnutí, zatížitelnost vodou obvykle bývá v řádu hodin, mechanickému zatížení mohou být obvykle vystaveny v řádu dnů.

Snaha řešit tento problém různými urychlovači, zvyšováním jemnosti mletí apod. nevedla bohužel k žádoucím výsledkům z řady důvodů. Sem patří především nežádoucí dopady na pevnosti hmot v pozdějších stádiích, nežádoucí dopady na objemové chování, korozní ohrožení výztuže a v neposlední řadě je závažnou komplikací vysoká citlivost většiny použitelných urychlovačů na odchylky v chemickém či mineralogickém složení portlandských cementů. Snaha řešit tento problém používáním jiné pojivové báze vedla k pokusům používat bezsádrovcové cementy, hořečnato-fosfátové cementy, hlinitanové cementy či jiné typy materiálů. Největšího uplatnění, právě díky rychlosti vytvrzení a možnosti zatížit opravené plochy záhy po dokončení, doznaly hmoty na bázi organických pryskyřic, zejména na bázi pryskyřic epoxidových. Jejich širšímu uplatnění ovšem brání vedle cenových důvodů především omezená kompatibilita fyzikálně-mechanických vlastností s betonem (odlišná teplotní roztažnost, teplotní závislost řady parametrů aj.).

Posledním vývojovým trendem při formulaci „rychlých” sanačních materiálů je využívání pojiv na bázi směsí čistých (tj.chemicky a mineralogicky jednoznačných) slínkových minerálů portlandského typu. Je všeobecně známo, že klasický portlandských cement obsahuje velmi pestrou směs slínkových minerálů, různé sklené fáze a tzv. tuhé mezifázové roztoky, které reagují s vodou různou rychlostí. Celá reagující soustava u portlandského cementu je neobyčejně složitá a u průmyslově vyráběných slínků resp. cementů jsou naše možnosti regulovat rychlost tuhnutí a tvrdnutí velmi omezené, jak již bylo řečeno výše. Oproti tomu směs syntetických slínkových minerálů, které jsou jednoznačně definovány jak chemickým složením, tak složením fázovým, umožňuje za využití chemických aditiv nastavit požadovanou dobu tuhnutí (dobu zpracovatelnosti) relativně velmi přesně. V tomto ohledu se tyto materiály na bázi syntetických cementů chovají obdobně jako epoxidové pryskyřice. To samé platí i pro rychlost zpevňování, kterou lze přesně regulovat a jejíž závislost na většině vnějších faktorů s výjimkou teploty je prakticky nevýznamná. Přitom si tyto materiály zachovávají většinu výhod sanačních hmot na bázi portlandského cementu, především aprostou kompatibilitu s betonem a to jak ve smyslu chemickém, tak fyzikálně-mechanickém.

Širší dostupnost těchto pojiv vedla k postupnému komerčnímu rozšíření rychlovazných sanačních materiálů i na českém trhu. Bývají obvykle dodávány jako jednosložkové hmoty, které se k vlastnímu zpracování smíchají pouze s předepsaným množstvím vody.

Hmoty obvykle vynikají velmi krátkou dobou tuhnutí a následným rychlým zpevňováním.

Zpracovatelnost směsi při 20 °C je 10 až 15 minut od smíchání s vodou, poté směs počíná tuhnout a následuje rychlé zpevňování. Po 6 hodinách jsou opravené plochy zatížitelné lehkým či středně těžkým provozem. Materiály se proto uplatňují především v oblasti oprav nášlapných vrstev, schodů, manipulačních a skladových ploch apod. Vhodné jsou k podlévání či fixaci kanalizačních poklopů a všude tam, kde se uplatní rychlost zpevňování, konečné vysoké pevnosti i další význačné parametry obou materiálů. Významnou oblastí, kde nacházejí tyto rychlovazné typy materiálů uplatnění, je oblast zesilování konstrukcí pomocí kompozitních materiálů systému [2]. Zde se těchto materiálů využívá pro tmelení podkladu a vyrovnání geometrických nepřesností zesilovaných prvků. Jednou z významných oblastí, kde nacházejí rychlovazné hmoty uplatnění, je oblast oprav kanalizačních a vodovodních sítí. Zde, krom odpovídajících technologických vlastností a mechanických pevností, hraje významnou roli i otázka chemické resp. korozní odolnosti a to zejména odolnosti vůči síranům.

Ověření korozní odolnosti vůči síranové korozi a tím i praktické využitelnosti komerčně nabízeného materiálu bylo předmětem dále prezentovaných laboratorních zkoušek.

2. Experimentální část

Laboratorní ověření síranové odolnosti bylo prováděno na výrobku obchodního označení MONCRETE^® rapid (výrobce BETOSAN s.r.o.). Jedná se o vysoce ztekucený materiál určený pro opravy vodorovných ploch, zálivky, podlévání rámů aj.

Korozní testy probíhaly standardním postupem, který zahrnoval měření změn objemové hmotnosti těles, délkových změn a mechanických pevností u zkušebních trámečků 40 × 40 × 160 mm.

Zkušební tělesa byla vystavena stacionárnímu působení dvou úrovní koncentrace síranových iontů a to roztoku obsahujícímu 2 000 mg SO₄^2- a 36 000 mg SO₄^2-.

Expozice zkušebních těles probíhala za normální laboratorní teploty po dobu šesti měsíců, paralelně byla uložena srovnávací tělesa uložena v pitné vodě.

Dilatometrická měření byla prováděna v dotykovém stojánku za pomoci „hodinek” s přesností odečtu ±0,001 mm, objemová hmotnost a mechanické pevnosti byly stanoveny postupem dle ČSN 72 2449, resp. 72 2450.

3. Výsledky měření

Vybrané výsledky měření jsou zpracovány v Tab. 1 a Tab. 2.

Z výsledků měření vyplývá, že zjištěné délkové změny jsou u vzorků exponovaných síranovému prostředí po 6 měsících expozice srovnatelné, popř. nižší než u vzorků srovnávacích.

Obdobné výsledky poskytují měření mechanických pevností. Tlakové pevnosti zkušebních těles jsou prakticky identické u srovnávacích i exponovaných těles, u pevností tahových dochází po 6 měsících k určitému nárůstu pevnosti v tahu za ohybu u těles uložených v extrémně vysoké koncentraci síranových iontů.

4. Závěr

Měření korozní odolnosti komerčně dostupného produktu MONOCRETE^® rapid prokázalo vcelku jednoznačně, že rychlovazné sanační materiály na bázi pojiv ze syntetických slínkových minerálů vykazují velmi vysokou odolnost vůči působení síranových iontů. Důvodem této odolnosti může být především nízký obsah kalciumaluminátových fází v použitém pojivu, tedy té složky, která u klasických portlandských cementů je zodpovědná za tvorbu ettringitu, následné rozpínání provázené poklesem pevností a následně úplným rozpadem zkušebních těles.

Z tohoto pohledu lze říci, že se jedná o materiály vhodné pro použití v náročném prostředí kanalizačních staveb, chemickém průmyslu a obecně všude tam, kde se může zvýšená síranová odolnost uplatnit. Současná stavební výroba se neobejde bez progresivních materiálů, o oblasti oprav a sanací to platí dvojnásob. Rozvoj této oblasti je bez využívání produktů tzv. stavební chemie nemyslitelný. Použití syntetických slínkových minerálů jako pojiva vhodného pro oblast sanací v náročných korozních podmínkách je toho dobrým příkladem.

5. Literatura

[1] Firemní materiály firmy BETOSAN s.r.o.
[2] Dohnálek P., Kompozitní tkaniny od firmy BETOSAN^® pro zesilování konstrukcí, Stavebnictví a interiér 4/2006, str. 12–14