Sanace železobetonových konstrukcí s nízkou krycí vrstvou a nadlimitním obsahem chloridů – opěrná zeď na I/35 v Liberci

Tryskání povrchu betonu a výztuže vysokotlakým vodním paprskem o tlaku 2 500 bar. Zdroj: Regio Czech s. r. o. Tryskání povrchu betonu a výztuže vysokotlakým vodním paprskem o tlaku 2 500 bar. Zdroj: Regio Czech s. r. o.

Nedostatečná tloušťka krycí vrstvy výztuže je typickým jevem, který doprovází sanace velké většiny železobetonových konstrukcí. Opravdovou výzvou je však kombinace nízkého krytí a vysokého obsahu chloridových iontů, se kterou se potkáváme především na dopravních objektech, jako jsou mosty, tunely, opěrné zdi apod. V tomto článku jsou diskutovány možnosti, jak těmto výzvám čelit. Na příkladu sanace opěrné zdi na I/35 v Liberci je dále ukázáno použití moderního přístupu pomocí inovativních stavebních hmot.

KRYCÍ VRSTVA VÝZTUŽE

Beton má v železobetonové konstrukci kromě úlohy statické i úlohu ochrannou. Díky své vysoké alkalitě brání vzniku koroze výztuže. Vlivem dlouhodobého působení vzdušného CO2 dochází k poklesu pH a při dosažení hodnoty cca 9,6 dochází k iniciaci koroze výztuže, což má za následek postupnou degradaci betonové konstrukce. Tento jev je znám jako karbonatace betonu.

U nových železobetonových konstrukcí je ochrana výztuže zajištěna dostatečně silnou krycí vrstvou betonu, která je navržena s ohledem na agresivitu prostředí a životnost podle příslušných norem. Ale jak postupovat v případě sanace starších staveb, u kterých je výztuž uložená mělko a nesplňuje tak požadavky současných norem? Obvykle se přistupuje ke zvýšení krycí vrstvy doplněním opravné malty, ale to je velice nákladný a pracný postup, který v případě nosných konstrukcí může znamenat dodatečné přitížení i v řádu stovek tun.

Všeobecně známou alternativou je použití ochranného systému s vysokým odporem vůči pronikání CO2, přičemž v praxi se nejlépe osvědčily pružné cementoakrylátové membrány. Obvykle se aplikují v 1 – 2 vrstvách a není třeba je dále přetírat sjednocujícím nátěrem. Tyto stěrky i v tenké vrstvě chrání proti karbonataci jako desítky centimetrů silná krycí vrstva betonu.

CHLORIDY V ŽELEZOBETONU

Pokud jsou přítomny chloridy v krycí vrstvě, resp. na výztuži, dochází k rapidní korozi oceli a s tím spojeným poruchám. Chloridová koroze je násobně rychlejší než koroze způsobená karbonatací a probíhá i v případě, kdy je výztuž uložena v alkalickém (nezkarbonatovaném) betonu. Typickými projevy jsou trhliny a z nich vytékající korozní produkty, nezřídka kdy doprovázené odpadnutím celé betonové krycí vrstvy. Chloridy pocházejí z rozmrazovacích látek (CHRL) a jsou přítomny i na částech konstrukcí, které nejsou přímo ošetřovány posypem. Typickým jevem je šíření slané mlhy i na podhledy nosných konstrukcí, zatékání netěsnými mostními dilatacemi na úložné prahy opěry a pilířů apod. Stanovení obsahu chloridů v betonu by mělo být standardní součástí stavebně-technického průzkumu ještě před započetím sanačních prací. Pokud se toto opomene, může dojít k rozvoji koroze již několik let po zdánlivě úspěšné sanaci.

Limitní koncentrace chloridů v betonu, při které není výztuž ohrožená korozí, se řídí normou ČSN P 73 2404 (modifikovaná ČSN EN 206) a ta připouští maximální obsah chloridů 0,4 % hmotnosti cementu. V případě sanace železobetonových konstrukcí, které obsahují více než povolených 0,4 % chloridů, lze v zásadě uplatnit dva způsoby ochrany výztuže. Pomineme-li elektrochemické odstranění chloridů z betonu, které se prakticky nepoužívá, doporučuje norma pro opravy betonu ČSN EN 1504 odstranění kontaminovaného betonu a jeho náhradu opravnou maltou nebo betonem. Druhým způsobem je použití migrujících inhibitorů koroze.

NÁHRADA KONTAMINOVANÉHO BETONU

Beton s nadlimitním obsahem chloridů je možné odstranit a nahradit jej opravnou maltou nebo novým betonem. Tento způsob je v praxi obvykle velice drahý, protože chloridy jsou často přítomny i hluboko pod výztuží. To zvyšuje celkové náklady na odbourání betonu a jeho náhradu novým materiálem. V případě plošné opravy by se v některých případech mohla narušit i samotná statika konstrukce. V případě, že se neodstraní veškerý kontaminovaný beton, ale je odstraněn pouze do úrovně výztuže, může dojít k migraci chloridů do nové vrstvy malty nebo betonu a k opětovnému rozvoji koroze.

PASIVACE VÝZTUŽE POMOCÍ MIGRUJÍCÍCH INHIBITORŮ KOROZE

Alternativní možností je povrchové ošetření (napuštění) betonu migrujícími inhibitory koroze. Ty pronikají do hloubky několika centimetrů a elektrochemicky pasivují výztuž. Na trhu nejvíce rozšířené inhibitory na bází amino-alkoholů jsou dle některých výrobců účinné až do obsahu chloridů 1 %. Co ale v technických listech nenajdete je, že pokud není povrch betonu po aplikaci amino-alkoholového inhibitoru převrstven bariérovým (parotěsným) nátěrem, pak dochází již v řádu několika měsíců k odpaření nebo vymytí inhibitoru a opětovné depasivaci výztuže. Bariérové nátěry se celoplošně na dopravní stavby nepoužívají, protože neumožňují betonu rychlé odpaření vlhkosti a mohou tak snižovat jeho mrazuvzdornost.

Druhou skupinou jsou silanové inhibitory koroze, které jsou funkční až do obsahu chloridů 2 %, chemicky reagují jak s výztuží, tak i s betonem a nedochází k jejich vymývání nebo odpařování. Silany navíc fungují jako vysoce účinné hydrofobizace, takže poskytují dodatečnou bariéru proti pronikání vody a chloridů k výztuži. Některé silanové inhibitory mají životnost i více než 15 let. Oproti amino-alkoholovým inhibitorům jsou dražší, protože obsahují pouze účinné látky bez rozpouštědel nebo vody.

SANACE OPĚRNÉ ZDI NA I/35 V LIBERCI

Opěrná zeď překonává výškový rozdíl mezi úrovní čtyřproudové komunikace I/35 ve směru na Děčín a terénu v areálu Dopravního podniku města Liberec. Konstrukce je dle projektové dokumentace z r. 1988 provedená jako úhlová zeď výšky 3,5 až 12,5 m a délky 194 m. Stěny jsou provedeny ze 100 ks železobetonových stěnových prefabrikátů KU-S tvaru „korýtek“ o tloušťce 20 cm, které jsou uloženy na monolitických železobetonových základech. Opěrná zeď je zakončena římsou ze železobetonových prefabrikátů. Jedná se o velice zajímavé a originální pojetí konstrukce jak z funkčního, tak i estetického hlediska (obrázek 1).

STAVEBNĚ-TECHNICKÝ PRŮZKUM

Při diagnostickém průzkumu byla zjištěna tloušťka krycí vrstvy výztuže na stěnách v intervalu 0 až 20 mm, přičemž hloubka karbonatace pouze 1 – 2 mm. Obsah chloridů na stěnových dílcích dosahoval až 1,22 % v krycí vrstvě 0 – 20 mm, v hloubce 20 – 40 mm 1,36 %. Kontaminace betonu chloridy byla způsobena průsakem vody obsahující posypovou sůl, nefunkční hydroizolací pod římsou a stékáním po stěnových dílcích. Další zjištěnou skutečností byla nedostatečná izolace rubové části zdi a s tím spojené silné průsaky mezi jednotlivými dílci a v prostoru jejich zámků. Akustickým trasováním byla zjištěna nesoudržná místa na 30 % plochy stěny. Typickými projevy koroze byla odpadávající krycí vrstva (obrázek 2 a 3). Dále byly zjištěny vlasové smršťovací trhliny v místech vedení výztuže prakticky plošně v celé délce opěrné zdi.

PROJEKTOVÁ DOKUMENTACE

Projektová dokumentace byla vypracována společností Valbek spol. s r. o. Liberec. Při návrhu sanačního postupu musela být zohledněna kombinace vysokého obsahu chloridů v betonu a nízké krycí vrstvy výztuže. Odstranění kontaminovaného betonu se ukázalo jako příliš nákladné a prakticky neproveditelné, protože by se významně oslabila únosnost konstrukce. Náhrada za novou konstrukci by byla na úkor ztráty konstrukčně originální zdi. Bylo tedy nutné uplatnit nestandardní postupy za pomoci moderní stavební chemie od BASF Stavební hmoty Česká republika s. r. o.

Přistoupilo se k lokální opravě betonu běžným sanačním postupem (cca 30 % z celkové plochy 1 900 m2) a celoplošným napuštěním migrujícím inhibitorem koroze na silanové bázi, který je schopný pasivovat výztuž proti korozi i v betonu s vysokým obsahem chloridů. Následně měl být povrch celoplošně opatřen pružnou antikarbonatační membránou na cementové bázi, která bude sloužit jako dodatečná ochrana proti karbonataci, průsaku chloridů a vlhkosti a také jako sjednocující světle šedá povrchová úprava (obrázek 4). Prefabrikované římsy měly být s ohledem na nedostatečnou mrazuvzdornost a porušenou hydroizolaci odbourány a nahrazeny monolitickými železobetonovými římsami. Spáry mezi zámky stěnových dílců měly být vyplněny pružným PU tmelem a při patách osazeny drenážními trubičkami pro odvod vody z rubové strany zdi.

SANACE STĚNOVÝCH DÍLCŮ

Dodavatelem sanačních prací byla společnost Regio Czech s. r. o. Stěnové dílce byly celoplošně otryskány vysokotlakým vodním paprskem o tlaku 2 500 bar (obrázek 5). Menší tlaky se ukázaly jako nedostatečné pro otevření pórovité struktury betonu pro zvýšení adheze antikarbonatační membrány. Místa s odpadlou krycí vrstvou byla zaříznuta, ručně odbourána, obnažená výztuž očištěna od rzi a ošetřena ochranným cementovým nátěrem s aktivním inhibitorem koroze MasterEmaco P 5000 AP. Tato místa byla reprofilována do původního tvaru opravnou maltou MasterEmaco S 488 v tloušťce cca 10 až 40 mm (obrázek 6). Po vytvrzení malty se celoplošně, tedy i na místa soudržného betonu, aplikoval pomocí nízkotlakého rozprašovače migrující inhibitor koroze na bázi silanů MasterProtect 8500 CI. Druhý den po aplikaci inhibitoru byla celoplošně nastříkána elastická antikarbonatační membrána MasterSeal 6100 FX v tloušťce 1,5 mm (obrázek 7).

POUŽITÉ MATERIÁLY

MasterProtect 8500 CI – nízkoviskózní migrující inhibitor koroze na bázi silanů. Pasivuje výztuž ve zkarbonatovaném betonu až do 2 % obsahu chloridů. Snižuje nasákavost betonu a průnik chloridů, ošetřuje vlasové trhliny do 0,3 mm, chrání výztuž i při vzniku dodatečných trhlin. Vysoce propustný pro vodní páry. Nedochází k odparu ani vymývání z betonu. Prokazatelná funkčnost více než 15 let. Aplikace ručním nízkotlakým rozprašovačem, případně válečkem, štětcem. Spotřeba cca 400 – 600 ml/m2.

MasterSeal 6100 FX – pružná jednokomponentní cementoakrylátová membrána. Přemosťuje statické i dynamické trhliny. Vysoký odpor vůči pronikání CO2 – 1,5 mm vrstva chrání jako 600 mm betonu. Vysoká přídržnost k betonu (≥ 2 N/mm2) a odolnost vůči mrazu a CHRL. Propustná pro vodní páry. UV odolný a stálobarevný bílý nebo šedý odstín. Aplikace ručně hladítkem, válečkem, štětcem nebo strojním nástřikem. Tloušťka vrstvy 1,5 – 2 mm.

ZÁVĚR

Opěrná zeď na I/35 v Liberci je svým konstrukčním pojetím velice originální stavbou, kterou se podařilo i přes komplikovaný stav betonu úspěšně opravit, prodloužit její životní cyklus a při tom zachovat její estetické ztvárnění (obrázek 8). Je jednou z mnoha konstrukcí s nadlimitním obsahem chloridů a nízkou krycí vrstvou výztuže, na které se uplatnil moderní přístup pomocí inovativních materiálů.

Ing. Petr Martínek
BASF Stavební hmoty Česká republika s. r. o.
www.master-builders-solutions.basf.cz

Reklama

Vážené čtenářky a čtenáři,

od roku 2020 jsme spustili nový web časopisu SILNICE ŽELEZNICE. Všechny historické články lze dohledat na „staré verzi webu“ - old.silnice-zeleznice.cz. Pokud jste si na své firemní stránky některý z našich článků někdy vložili, upravte si v administraci odkaz - vložte slovo „old“, čili old.silnice-zeleznice.cz/ … (link článku). Odkaz bude plně funkční.

Kalendář akcí