Trvanlivosť aplikovaných sanačných materiálov

24. 6. 2008

Dlhodobá trvanlivosť aplikovaného sanačného materiálu býva dosť často nedostatočná. Keďže sanácia predstavuje zložitý systém, je trvanlivosť aplikovaného sanačného materiálu závislá na viacerých v príspevku uvádzaných činiteľoch.

V praxi sa môžeme stretnúť, aj pri vylúčení deštrukčných vplyvov na betónovú konštrukciu, akými sú účinky agresívnych prostredí, mráz a ďalšie, ako aj pri dodržaní zásad správnej aplikácie sanačných materiálov, s javom popraskania, odlupovania až poškodenia aplikovaného sanačného materiálu [1–6].

Ukazuje sa, že temer polovica sanácií časom zlyháva. Toto sa prejavuje ako praskanie povrchu aplikovaného sanačného materiálu alebo ako jeho odlupovanie v mieste kontaktu s podkladovým betónom ako dôsledok zmrašťovania sanačného materiálu. Samozrejme takýto stav sanovanej vrstvy uľahčuje prístup kyslíka, vlhkosti, chloridov, oxidu uhličitého a síranov do sanovaného systému a uľahčuje možnosť ďalšieho poškodzovania konštrukcie, vrátane možného rozvoja korózie prípadnej oceľovej výstuže konštrukcie. Výsledkom je spravidla potreba aj rozsiahlejšej ďalšej sanácie prispievajúcej k významnému zvýšeniu finančných nákladov na udržanie požadovanej funkčnej životnosti konštrukcie. Je samozrejme záujem tomuto stavu predchádzať a dosahovať dostatočnú trvanlivosť aplikovaných sanačných materiálov.

Trvanlivosť aplikovanej sanácie

Pri úvahách o príčinách zníženia trvanlivosti aplikovaných sanačných materiálov a možnostiach ako zabezpečiť ich trvanlivosť počas požadovanej funkčnej životnosti konštrukcie je potrebné uvážiť, že sanácia betónu je zložitý proces, ktorý by mal zahrňovať zhodnotenie viacerých činiteľov, na ktorých je trvanlivosť aplikovaných sanačných materiálov závislá. Jedná sa hlavne o voľbu vhodného sanačného materiálu na základe zhodnotenia kvality podkladového betónu a podmienok prevádzky danej sanovanej konštrukcie, ako aj fakt, že jednou z významných príčin deštrukcie aplikovanej sanácie môže byť rozdiel v relatívnych rozmerových zmenách tohto materiálu a podkladu a vyvolané vysoké vnútorné napätie v sanovanom materiáli. Preto je hlavným záujmom minimalizovať tieto napätia voľbou vhodného materiálu. Požiadavkou pre odolnú sanáciu je, aby použitý materiál mal vlastnosti aspoň rozmerovo kompatibilné s podkladom do takého rozsahu, aby vyvolané napätie v mieste kontaktu neprekračovalo ťahovú pevnosť sanovaného materiálu.

Model sanovanej konštrukcie predstavuje trojfázový kompozitný systém pozostávajúci z existujúceho podkladového betónu, sanačného materiálu a prechodnej zóny medzi týmito materiálmi [8].

Obr. 1: Činitele trvanlivosti sanovaného systému

Obr. 1 ukazuje činiteľov odolnosti sanovaného systému. Ako vidieť, rozmerová kompatibilita je jedna z najkritickejších zložiek tohto systému. Rozmerová kompatibilita spätne ovplyvňuje odolnosť sanácie a záťažovú kapacitu štrukturálnej sanácie. Kompatibilita je definovaná ako rovnováha medzi fyzikálnymi, chemickými a elektrochemickými vlastnosťami a stabilitou rozmerov medzi aplikovaným sanačným materiálom a podkladovým betónom. Dodržanie tejto rovnováhy je základným predpokladom, aby sanačný systém bol schopný odolávať pôsobiacim napätiam vyvolaným objemovými zmenami, prípadne chemickými a elektrochemickými vplyvmi, v danom prostredí.

Trvanlivosť sanačných cementových materiálov je závislá na týchto činiteľoch:

● stupni napätia,

● veľkosti zmrašťovania účinkom sušenia a teplotných efektov,

● účinkoch dotvarovania,

● ťahovej pevnosti materiálu,

● modulu pružnosti.

V záujme dobrej odolnosti proti praskaniu by mal mať materiál hodnoty zmrašťovania, koeficienta teplotnej rozťažnosti a modulu pružnosti čo najnižšie a ťahovú pevnosť a dotvarovanie čo najvyššie.

Kritické vlastnosti materiálu, ktoré ovplyvňujú rozmerovú kompatibilitu zahrňujú zmrašťovanie, dotvarovanie, modul pružnosti a teplotnú rozťažnosť.

Obr. 2: Činitele rozmerovej kompatibility aplikovaného sanačného materiálu

Obr. 2 ukazuje činitele rozmerovej kompatibility sanačného materiálu s betónovým podkladom.

Pre dosiahnutie trvanlivej sanácie je potrebné pri projekte sanácie a výbere sanačného materiálu zvážiť uvedené činitele. Výber materiálu je jeden zo závažných krokov, podobne ako aj príprava podkladu a pracovný postup nanášania sanačného materiálu a jeho ošetrovania.

Použitie nevhodného sanačného materiálu môže znehodnotiť trvanlivosť aj starostlivo a kvalitne prevedenej sanácie. Preto pri projektovaní a voľbe sanačného materiálu by sa mali zvážiť zvlášť aj tieto jeho vlastnosti:

● Pevnosť v tlaku. Obecne sa uznáva, že sanačný materiál by mal vykazovať pevnosť v tlaku podobnú ako podkladový betón.

● Modul pružnosti, ktorý je mierou tuhosti materiálu. Materiál s vysokou jeho hodnotou vykazuje menšiu deformáciu v porovnaní s materiálom, ktorý má nižšiu hodnotu modulu pružnosti. Tento by mal byť u sanačného materiálu podobný ako u betónového podkladu v záujme jednotného prenosu zaťaženia pozdĺž sanovanej časti. Sanačný materiál s nízkym modulom pružnosti predstavuje možnosť nižších vnútorných napätí a redukcie tvorby trhlín a odlupovania sanačného materiálu.

● Koeficient tepelnej rozťažnosti, ktorý vyjadruje možnosť zmrašťovania a rozpínania v závislosti na zmenách teploty. Hodnoty koeficienta by mali byť u sanačného materiálu a betónového podkladu čo najbližšie.

● Adhézia. Vo väčšine prípadov dobrá adhézia medzi sanačným materiálom a betónovým podkladom je základnou požiadavkou úspešnej sanácie. Adhézia je významne závislá na príprave podkladu. Vhodne pripravený podklad poskytne temer vždy dostatočnú adhéziu. V mnohých prípadoch zlyhanie väzby medzi sanačným materiálom a aj starostlivo pripraveným podkladom býva dôsledkom teplotných napätí alebo zmrašťovania vyvolaného vysúšaním, ale nie dôsledkom nedostatočnej adhézie.

● Zmrašťovanie. Keďže väčšina sanácií sa spravidla aplikuje na starých konštrukciách, ktorých betón už absolvoval zmrašťovanie, mal by byť sanačný materiál prostý zmrašťovania alebo vykazovať zmraštenie, ktoré by neohrozovalo adhéziu. Zmraštenie cementových sanačných materiálov môže byť redukované použitím zmesí vyžadujúcich nízke hodnoty v/c alebo použitím výrobných procedúr, ktoré minimalizujú zmrašťovanie.

● Dotvarovanie, podľa možnosti zodpovedajúce zložkám sanovaného systému.

Okrem týchto činiteľov je v záujme trvanlivosti sanácie uvážiť pri projektovaní sanácií a výbere sanačného materiálu aj podmienky pracovného postupu aplikácie sanačného materiálu, ale aj podmienky, za ktorých bude sanovaná konštrukcia využívaná. Tu sa môžu uplatňovať a mali by sa uvažovať hrúbka a poloha sanácie v konštrukcii, teplota prostredia, prevádzka, druh a veľkosť zaťažovania konštrukcie, možnosti prípadnej chemickej agresivity a požadovaná životnosť konštrukcie.

Záver

Je zrejmé, že na zabezpečenie trvanlivosti aplikovaného sanačného materiálu je potrebné pri projektovaní sanácie ako aj pri jej vlastnej aplikácii uvažovať a zohľadňovať komplexnosť závislosti trvanlivosti materiálu sanácie. Je tiež evidentné, že trvanlivosť aplikovaného sanačného materiálu nie je možná zohľadnením len jedného činiteľa trvanlivosti, napr. ako to spravidla býva len voľbou sanačného materiálu.

Literatúra:

1) Živica, V.: Korózia betónu. Odborný kurz Sanácia betónových konštrukcií, zborník prednášok, Bratislava 1997, s. 44–61.

2) Živica, V.: Korózia oceľovej výstuže. Odborný kurz Sanácia betónových konštrukcií, zborník prednášok, Bratislava 1997, s. 62–78.

3) Živica, V. – Bajza, A.: Acidic Attack of Cement Based Materials – a Review. Part I. Principle of Acidic Attack. Constr. Build. Mater. vol. 15, 2001, s. 331–340.

4) Živica, V. – Bajza, A.: Acidic Attack of Cement Based Materials – a Review. Part II. Factors of Rate of Acidic Attack and Protective Measures, Constr. Build. Mater. vol. 16, 2002, s. 215–222.

5) Technické podmienky pre sanácie betónových konštrukcií, TP ZSBK 1-1999. Združenie pre sanáciu betónových konštrukcií, Bratislava 1999.

6) Technické podmienky pre sanácie betónových konštrukcií, TP ZSBK 2-2002. Združenie pre sanáciu betónových konštrukcií, Bratislava 2002.

7) Mather, B. – Warner, J.: Why Do Concrete Repairs Fail, Interview held at University of Wisconsin, Dept. Of Eng. Professional Development, MD, WI, http://aec.engr.edu/resources/rsrc07.html, accessed Nov. 2003.

8) Emmons, P. H. – Vaysburd, A. M. – Donald, J. E. – Poston, R. W. – Pinelle, D. J.: Overview of Field and Laboratory Study of Concrete Repair Durability. Durability of Building Materials and Components 7 (Volume two). E&FN Spon, London 1996, pp. 1036–1046.

9) Emmons, P. H. – Vaysburd, A. M.: Factors Affecting Durability of Concrete Repair. Proc. of the Fifth Int. Conf. on Structural Faults and Repair, Edinburgh 1993, pp. 253–267.

Ing. Vladimír Živica, DrSc., (*1932) je absolventem Chemicko-technologické fakulty STU Bratislava, v současnosti je vedoucím oddělení hmot a reologie Ústavu stavebnictví a architektuty SAV; zabývá se vědeckou činností v oblasti materiálové vědy cementových kompozitů.