Zvýšení chemické odolnosti betonu a správkových malt

Betonové konstrukce, které jsou stále častěji využívány jako nosné pro chemicky namáhané objekty, jsou v těchto případech napadány nejrůznějšími kapalnými i plynnými médii, která působí na cementový tmel. Tato média je nutné eliminovat pomocí aplikace sekundární ochrany, tzn. nátěrových hmot, polymercementových stěrek apod.

Vodotěsnost (resp. kapalinotěsnost) konstrukcí je závislá na několika parametrech. Hlavním parametrem je pórový systém vzniklý odvodem přebytečné záměsové vody z konstrukce. Velikost a prostupnost pórového systému betonové konstrukce se odvíjí od složení betonové směsi, vodního součinitele, použití provzdušňujících, plastifikačních, odpěňujících a jiných přísad a od hutnění čerstvé betonové směsi. Druhým parametrem, který ovlivňuje vodotěsnost betonových konstrukcí, je vznik trhlin v konstrukci a jejich šířka.

Tyto dva parametry, vedle vodotěsnosti konstrukcí, ovlivňují propustnost železobetonových konstrukcí i pro plynná média. Jedná se především o ovlivnění propustnosti konstrukce proti průniku radonu.

Problémy s agresivním prostředím se v největší míře vyskytují u konstrukcí, které jsou ve styku s podložím stavby, tj. jsou umístěné pod terénem, nebo na jeho úrovni. U nás nejběžnějším řešením, jak konstrukci ochránit proti působení agresivních médií, je provedení bariéry, která zabrání přístupu těchto médií ke konstrukci. Ale obecně je řešení více.

Membránové izolace

Tento způsob je efektivní, pokud je splněno několik kritérií. Jedná se především o to, aby samotná bariéra, která není součástí hlavní (většinou nosné) konstrukce, odolávala kombinaci vyskytujících se médií. V okamžiku, kdy je tato podmínka splněna, nastupuje kritérium správnosti provádění.

Všichni, kdo se pohybují ve stavebnictví, budou jistě souhlasit, že čím jednodušší řešení, tím lepší. Proto kvalita provedení izolace na rubové straně bývá tím největším kamenem úrazu.

Třetím kritériem je dodatečná ochrana této bariéry proti poškození při provádění dokončovacích prací. Nakonec nesmíme zapomenout na opravitelnost samostatných izolací, která je bez jejich úplného odhalení prakticky nemožná. V zásadě není možné jednoznačně stanovit, zda jsou projevy, které jsou zřejmé na lícové straně konstrukce, současně i místem porušení izolační vrstvy. Může docházet k nejrůznějšímu protékání a zatékání za provedené izolační vrstvy a k pohybu vody podél konstrukce až k místu, které umožňuje průnik hlavní konstrukcí. Následná oprava z lícové strany konstrukce potom nemá valný smysl a její realizace nepřináší žádané výsledky.

Bílé vany

Chceme-li realizovat spodní stavbu systémem bílé vany, tj. bez izolace ve formě membrány jakéhokoli typu (v západních zemích je prováděno tímto způsobem až 80 % staveb), musíme při realizaci dodržet také několik důležitých zásad. Jednou z nich je provedení konstrukce z betonu dostatečné kvality („vodotěsného” betonu). Toho lze dosáhnout především promyšleným složením betonové směsi, která zaručí co nejmenší vznik transportních cest pro vodu a zabrání vzniku trhlin v povrchových partiích betonu.

Omezení vzniku trhlin je dosahováno pomocí přísad do betonu, které kompenzují přirozeně probíhající objemové změny pomocí dostatečného vyztužení v povrchových partiích betonových konstrukcí. Všechny postupy je nezbytné doplnit o průběžné ošetřování betonových konstrukcí (kropení, zakrytí, zastínění, atp.), které účinně zpomaluje rychlost probíhajících reakcí.

Druhou zásadou je pečlivost provádění konstrukce a to zejména v kritických místech jako jsou styky jednotlivých prvků, dilatační a pracovní spáry a prostupy pro nejrůznější inženýrské sítě. Tady jsou oba přístupy závislé na zkušenosti a pečlivosti prováděcích firem, ovšem provádění nosné konstrukce s největší pečlivostí se předpokládá i při použití membránových izolací.

V případě, že je konstrukce realizována systémem bílé vany, objevuje se ještě dodatečná výhoda této realizace. Je jí jednoduchá opravitelnost. U konstrukcí pod úrovní terénu, které jsou proti průniku vody, případně dalších médií, chráněny izolací, která je tvořena další, na hlavní konstrukci nezávislou vrstvou, je situace logicky komplikovanější. Když je konstrukce spodní stavby provedena systémem bílých van, je velkou výhodou právě snadná lokalizace poruchy a tím i efektivnější možnost opravy dané konstrukce.

Agresivní látky ohrožující betonové konstrukce

V okamžiku, kdy přistoupíme na předpoklad, že realizovat konstrukci spodní stavby systémem bílé vany je efektivnější i levnější, přichází na řadu několik „..ale..”. Podstatným problémem, který je nejaktuálnější právě v Čechách a na Slovensku, je nutnost doložit těsnost konstrukcí proti průniku radonu. Proto je vhodné, aby konstrukce spodní stavby byla nejen vodotěsná, ale v některých případech i plynotěsná.

Odolnost vůči prostupu kapalných látek

Vyrobit beton, který je vodotěsný, není technologicky žádný větší problém, pokud jsou dodrženy výše zmíněné zásady. Avšak „vodotěsný” beton nemusí zákonitě odolávat látkám, které mají nižší hustotu a jinou smáčivost kapilár než voda. Sem je nutné zařadit především ropné produkty, oleje, silážní šťávy a jiné agresivní látky (benzín 700–750 kg/m³, nafta 800–880 kg/m³, transformátorový olej 866 kg/m³ atd.), kterým je nutné zabránit v úniku do okolí.

Odolnost vůči prostupu plynů

Problematické plyny, na které je možné běžně narazit při realizaci staveb a které negativně působí na samotnou betonovou konstrukci nebo na lidské zdraví, jsou především CO₂, radon a méně často i metan.

V případě výskytu metanu není asi nutné bránit se použití membrány, která bude bránit prostupu tohoto plynu. Bude se jednat s největší pravděpodobností o speciální aplikaci a jistě s menší četností výskytu. V tomto případě je možné kombinovat opatření se zdůvodnitelnými vyššími výdaji.

Oxid uhličitý atakuje konstrukce, které jsou trvale ve styku s okolním vzduchem a současně mají svoji přirozenou vlhkost. Nejvíce se tedy jedná o konstrukce nad úrovní terénu. CO₂ je standardně eliminován pomocí antikarbonatačních nátěrů.

Pokud se jedná o radon, je situace jiná. Nejedná se o výjimečné stavby, ale spíše o stavby běžné. Při pohledu na mapu radonového rizika v ČR je jistě zřejmé, že jsou protiradonová opatření prováděna stále a tak, aby se vyhovělo předpisům.

Sekundární krystalizace

Ambicí tohoto příspěvku je předložit nejen odborné veřejnosti výsledky laboratorních zkoušek, které dokládají použitelnost hydroizolačních materiálů na bázi sekundární krystalizace i v náročných podmínkách železobetonových konstrukcí spodní stavby chemicky zatížených provozů a v oblastech s výskytem radonu.

Objektivní okolnosti vedly k tomu, že byly na několika pracovištích v České republice a na Slovensku realizovány v průběhu posledních 10 let zkoušky, které měly za úkol ověřit funkčnost hydroizolačních materiálů na bázi sekundární krystalizace při expozici v nejrůznějších podmínkách. Současně bylo ověřeno, že je možné vlastností krystalické hydroizolace využít i k ekonomicky výhodnějšímu návrhu výztuže, která má za úkol eliminovat objemové změny v povrchových partiích betonových konstrukcí.

Hydroizolační funkce

Hydroizolační funkce betonových konstrukcí s použitím prostředků sekundární krystalizace byla prokázána doma i v zahraničí na nejrůznějších realizacích. V minulosti byla funkčnost v této oblasti prokazována „klasickou” zkouškou vodotěsnosti. Postupně však bylo prokázáno, že vhodnější metodou pro ověření funkčnosti je stanovení koeficientu filtrace. Provedení porozimetrické analýzy zkoušených vzorků přineslo poznatky o změně mikrostruktury betonu vlivem sekundární krystalizace. Sekundární krystalizace má vliv především na změnu rozdělení pórů v cementovém tmelu. Jednak dochází ke snížení celkového objemu pórů, ale co je významnější, mění se jejich průměr.

Významně se snižuje objem pórů s průměrem nad 100 nm (obr.1). Obecně jsou póry s průměrem menším než 100 nm považovány za neprostupné pro vodu.

Odolnost vůči prostupu nevodných kapalin

Výše popsané skutečnosti se projevují při potřebě zvýšení odolnosti betonu, nebo správkových malt proti průniku široké škály agresivních látek. To bylo ověřeno při provádění zkoušky propustnosti zkušebních těles vůči nevodným kapalinám (obr. 2).

Při testování bylo zjištěno, že krystalizační přísada XYPEX ADMIX, na které byly testy prováděny, pozitivně ovlivňuje odolnost betonu obzvláště vůči benzínu typu NATURAL.

Odolnost neošetřeného betonu trvající 290 až 320 minut vlivem krystalizační přísady narostla až na 21 000 minut (14 dní). Přehled odolností proti penetraci vybraných médiím je patrný z obr.3.

Návrh vodotěsných konstrukcí

Schopnost sekundární krystalizace utěsňovat pórový systém se současně projevuje i schopností zarůstat (kolmatovat) trhliny a to do šířky min. 0,4 mm. Této schopnosti je možné využít při návrhu vodotěsných konstrukcí resp. při návrhu vyztužení povrchových partií betonu na mezní šířku trhlin[1].

Vzorovými výpočty bylo ověřeno, že při výpočtu na mezní šířku trhlin 0,4 mm (místo běžných 0,1 mm případně 0,2 mm) je možné ušetřit až 50 % výztuže. Výhoda je v praxi většinou vítána, ale nutnost izolovat konstrukce proti prostupu radonu vede k tomu, že není této schopnosti krystalizace použito. A nejen to. Nutnost izolovat konstrukci proti radonu omezuje rovněž i realizace konstrukcí spodní stavby systémem bílých van. Tato skutečnost vedla k provedení zkoušek na Vědecko-výzkumné základně Slovenské zdravotnické univerzity.

Odolnost vůči prostupu plynů

Cílem testů na Slovenské zdravotnické univerzitě bylo prokázat schopnost krystalizační přísady XYPEX ADMIX fungovat jako bariéra proti prostupu radonu a současně porovnání této schopnosti u betonu resp. prefabrikované reprofilační malty bez krystalizační přísady.

Radon je produktem rozpadu izotopu uranu a je prokázáno, že působí negativně na zdraví osob. Stávající platná norma pro Ochranu staveb proti radonu z podloží ČSN 73 0601 [2] prakticky nedovoluje použít samotnou betonovou resp. železobetonovou desku (konstrukci) jako jedinou bariéru proti průniku radonu.

Norma stanovuje, že vrstva, která má fungovat jako bariéra vůči radonu, musí mít změřený koeficient difúzního odporu vůči radonu a to včetně spojů. Reálně je vždy argumentováno nehomogenitou betonu, jeho imperfekcemi a nepřenositelností případně změřených hodnot difúze radonu.

Z tohoto důvodu je nutné, i při provedení vodotěsných konstrukcí spodní stavby, které jsou ve styku s podložím, provádět na konstrukci další membránovou vrstvu bránící průniku radonu. Tyto materiály standardně mají koeficient difúze proti radonu na úrovni 10^-11 až 10^-13 m²/s.

Testována byla jak prefabrikovaná malta, tak konstrukční beton obsahující krystalizační přísadu XYPEX ADMIX C – 1000. V obou případech bylo prokázáno, že krystalizační přísada propůjčuje betonu schopnost výrazně bránit prostupu radonu. Na vzorcích byly změřeny difúzní koeficienty 1,90.10^-13 m²/s resp. 1,46.10^-13 m²/s [3] a [4]. To odpovídá schopnostem tradičních membránových izolací proti prostupu radonu.

V případě, že je krystalizační přísada aplikována na stávající konstrukci, dochází při jejím nanášení k realikalizaci povrchu konstrukce a tím i k částečnému napravení degradace způsobované karbonatací vlivem CO₂.

Zhodnocení

Použití krystalizačních přísad se v našich zemích stále více přesouvá od záchranných akcí s aplikací na stávajících konstrukcích k použití ve formě přísady. Tento článek by měl informovat odbornou veřejnost o dalším výzkumu v oblasti sekundární krystalizace, který je zaměřen nejen na ověření hydroizolační funkce, ale i vlastností s tím souvisejících.

U nás aktuální ochrana proti průniku radonu je jedním z protiargumentů při snaze realizovat konstrukce spodní stavby formou bílých van. V příspěvku bylo stručně informováno o zkouškách provedených v tomto směru a jejich pozitivních výsledcích. Tento výzkum a jeho výsledky by měly přispět k větší funkčnosti a nižší ceně železobetonových konstrukcí a to především v oblastech, kde dochází k působení agresivních médií. Další výzkum a praktické použití těchto materiálů bude i nadále pokračovat.

Výsledky některých zkoušek vzešly z řešení projektu FT-TA4/013 spolufinancovaného MPO ČR.

Literatura

[1] ČSN EN 206 – 1
[2] ČSN 73 0601 Ochrana staveb proti radonu z podloží.
[3] Protokol o skúške z 06/2008, Slovenská zdravotnícka univerzita.
[4] Protokol o skúške z 02/2009, Slovenská zdravotnícka univerzita.