Sanace železobetonu v chemicky náročném prostředí

Sanace železobetonových konstrukcí a její správný postup se již postupně dostává do povědomí nejen odborné veřejnosti. Proto bychom rádi v tomto článku upozornili na praktickém příkladě, jaké problémy je potřeba řešit, pokud jde o sanaci železobetonové konstrukce, která je vystavena chemicky náročnému prostředí.

Stavbou, kterou se budeme zabývat, je sklad síranu amonného (NH₄)₂SO₄ ve Spolaně Neratovice. Hlavní nosná konstrukce je tvořena železobetonovými nosnými stěnami, které dosahují výšky cca 2,50 m nad terén a současně nad podlahu. Z nosných stěn vybíhají nosná železobetonová žebra, kterými je vymezena válcová střecha překlenující samotný sklad. Mezi žebry jsou kladeny železobetonové panely. Prostor skladu je určen pro přímé skladování sypkého materiálu, tedy zmíněného síranu amonného.

Prostředí konstrukce a zjištěné závady

Prostředí, kterému je konstrukce vystavena, je chemicky značně agresivní. Vedle skladování síranu amonného na betonovou konstrukci působí vzdušný CO₂. Konstrukce, které byly orientovány do exteriéru, byly navíc vystaveny působení mrazu a to u nich vedlo k porušení betonu. V přítomnosti i třeba jen vzdušné vlhkosti je takové prostředí pro betonové a železobetonové konstrukce značně nepříznivé.

Hlavní poruchou, jak v interiéru, tak v exteriéru, byla odpadlá krycí vrstva nad výztuží železobetonových prvků. Ochranná funkce alkalického prostředí betonu tedy již neplnila svou funkci a současně začalo docházet ke korozi výztuže, což bylo provázeno úbytkem jejího průřezu. Tyto jevy není dobré podceňovat, a vyplatí se je co nejrychleji řešit.

Síranová koroze

Síranová koroze je typickým příkladem koroze III. druhu podle Moskvina. Tento druh koroze se vyznačuje hromaděním solí v pórovém a kapilárním systému betonu a následnou tvorbou ettringitu, který vzniká za přítomnosti vody reakcí se solemi. Ettringit při svém vzniku výrazně zvětšuje objem, což vede k vyvolání poměrně značných krystalizačních tlaků, které následně narušují strukturu cementového tmelu. V této fázi dochází ke vzniku trhlin na povrchu betonových konstrukcí a jejich postupné degradaci. V ranější fázi je poměrně složité korozi rozpoznat, jelikož v důsledku vyplnění pórového systému, a zhutnění celé struktury, dochází k dočasnému nárůstu pevností.

Dlouhodobou expozicí konstrukce síranovými anionty dochází k hromadění síranových solí ve struktuře betonu a k popsanému koroznímu působení.

Mrazové porušení betonových konstrukcí

Stejně negativní účinky, jako má působení síranů, může mít na konstrukci působení mrazu. Voda, která se v konstrukci vystavené vnějšímu prostředí logicky vyskytuje, v důsledku snížení teploty přechází do pevného skupenství a nabývá na objemu. Objem ledu je o cca 9–11 % vyšší než objem vody a v důsledku nárůstu objemu dochází opět k poměrně značným krystalizačním tlakům, které narušují zejména povrchové partie betonu. Dochází k odpadávání krycí vrstvy nad výztuží a následně je usnadněna koroze betonových a železobetonových prvků dalšími nepříznivými vlivy. Tím se snižuje jejich celková životnost. Ochranou je pouze realizace betonu v exteriéru z provzdušněného, mrazu odolného betonu.

Karbonatace betonu

Zcela běžným, ale často opomíjeným korozním médiem je vzdušný oxid uhličitý, CO₂. Princip ochrany výztuže v betonu před korozí spočívá v silně zásaditém prostředí, které je cementovým tmelem vytvářeno. Pokud je betonářská výztuž v prostředí s hodnotou pH 9,6 a více, nedochází v betonu k elektrochemické korozi výztuže. Oxid uhličitý, který má kyselý účinek, reaguje za přítomnosti vody s cementovým tmelem a v důsledku toho dochází k poklesu pH prostředí, které výztuž chrání. Při poklesu alkality pod pH 9,6 pak snadno může docházet i ke korozi výztuže uložené pod neporušenou krycí vrstvou. V důsledku koroze výztuže dochází k zvětšení jejího objemu a – opět kvůli krystalizačním tlakům – dochází k tvorbě trhlin, urychlení celého procesu koroze a nakonec i ke snížení celkové životnosti dané konstrukce.

Před zahájením sanace

Prvním krokem před zahájením oprav betonových či železobetonových konstrukcí by měl být stavebně technický průzkum, čili diagnostika stavby. Ta má svá specifika a vedle standardně prováděných terénních a laboratorních zkoušek je potřeba promyslet, jaké vlivy na danou konstrukci působí. V tomto konkrétním případě je nutné, vzhledem k zatížení konstrukčních prvků sírany, věnovat zvýšenou pozornost chemickému rozboru odebraných vzorků. Standardně jsou sledovány obsahy síranových, chloridových a dusičných iontů. Je potřeba si všimnout i vzájemných kombinací, které mohou násobit, nebo mírnit vliv jednotlivých zatěžujících médií. Z diagnostiky by měl vyplynout návrh sanace tak, aby byly vzaty v úvahu všechny zjištěné skutečnosti. Výsledkem by mělo být celkové prodloužení životnosti konstrukce.

Druhým krokem k úspěšné sanaci je pečlivá předúprava podkladu. Očištění podkladu je snad již notoricky známé. V tomto konkrétním případě je právě v návaznosti na stavebně technický průzkum nutné vzít v úvahu, že podklad je napaden chemickou korozí. V případě, že se k takto zatížené části konstrukce dostane voda a kyslík, budou chemické korozivní procesy pokračovat. Proto je nezbytné novou reprofilační vrstvu aplikovat jako „samonosnou”, nezávislou na adhezi k podkladu.

Sanace chemicky zatížené

konstrukce

»Klasická« sanace, která zahrnuje především obnovu krycí vrstvy nad výztuží (reprofilaci prvku) a současně s tím i obnovu alkalického prostředí a ochranu výztuže, není v tomto případě dostatečná. Sanace konstrukce zatížené agresivními látkami (v tomto případě sírany) musí navíc bránit přístupu vody do hlavní nosné konstrukce. Jak bylo popsáno výše, chemické procesy v konstrukci probíhají za přítomnosti vody. Proto omezení vnikání vody do konstrukce výrazně prodlužuje její životnost.

V tomto konkrétním případě byl zvolen následující postup. I pro předúpravu podkladu byl doporučen suchý způsob pomocí mechanického bourání, pomocí pískování, nebo tlakového odbourání pomocí jiných abraziv. Alternativně byl použit vysokotlaký vodní paprsek v oblastech, na kterých již přímo nehrozila chemická koroze.

Vzhledem k porušení podkladu mrazem a síranovou korozí bylo použito (ke spojení nové vrstvy reprofilace a původního podkladu) kotvení pomocí tenké ocelové síťky ARMOBET na ocelové trny uchycené do konstrukce. Tento způsob se osvědčil zejména u aplikací, kde podkladní konstrukce pod novou reprofilací nesplňuje požadavky na dlouhodobou životnost (mrazuvzdornost, chemická odolnost apod.).

Samotná reprofilace byla realizována pomocí suchého torkretu. Použitým materiálem byla prefabrikovaná maltová směs MONOCRETE MONOMIX XP TH (BETOSAN s.r.o.) obsahující přísadu XYPEX ADMIX C – 1000 (NEKAP s.r.o.).

Použití materiálu s krystalizační přísadou XYPEX ADMIX C – 1000 s úspěchem brání nežádoucímu vnikání vody do konstrukce a tím i opětovnému „nastartování” korozních procesů. Krystalizační přísada má schopnost opakovaně za přítomnosti vody spustit v betonové konstrukci utěsňování pórové struktury, nebo případných trhlin, cementového tmelu a tím i bránit pohybu vody v konstrukci.

Finální úprava povrchu konstrukce byla realizována pomocí nátěru DEN SOCURE R color, který vedle funkce estetické (barevné sjednocení povrchu) má i funkci ochrannou. Účinně brání vnikání vody, vodních par, popř. provozních médií do konstrukce a má vysokou odolnost vůči prostupu vzdušného CO₂. Tím brání karbonataci nově provedených oprav a prodlužuje životnost sanačního zásahu i celé stavby.

Závěr

Sanační zásah na objektu skladu síranu amonného ve Spolaně Neratovice úspěšně realizovaly firmy Fireclay s.r.o. ve spolupráci s firmou MBL s.r.o. s poznatky, které byly stručně popsány v tomto článku.

Na uvedeném příkladu chtěli autoři zejména demonstrovat, že lze s úspěchem provést sanaci i na konstrukcích, které jsou, vedle běžných zatížení, vystaveny značnému chemickému namáhání. Vyžaduje to pouze zodpovědný přístup od počátku řešení (průzkum dostupné dokumentace, dostatečná diagnostika, kvalifikovaný návrh sanace), pečlivost při provádění (zejména při předúpravě podkladu) a profesionálně formulované a vhodně navržené sanační materiály.