Chemické čištění ocelové výztuže v betonu: Princip a metody

V tomto článku se podrobně zaměříme na chemické procesy, které vznikají v betonu a mají vliv na kvalitativní proces vyzrání betonové konstrukce. Od kvality těchto chemických procesů je současně odvislá problematika koroze ocelové výztuže v betonu. Beton je stavební materiál, který se skládá z cementu, vody, písku a kameniva. Úkolem anorganických stavebních pojiv je spojovat zrnité materiály v souvislý kompaktní a pevný celek. Základem ve stavebnictví používaných pojivových materiálů je cement.

Charakteristickým znakem cementů je jejich chemické složení. Hlavní složku tvoří oxid vápenatý (CaO), oxid křemičitý (SiO2), oxid hlinitý (Al2O3) a oxid železitý (Fe2O3). Aby mohlo být dosaženo optimálních vlastností pojivového produktu, musí být uvedené složky přítomny v určitém hmotnostním poměru, který je vyjádřen tzv. hydraulickým modulem. Jde o hmotnostní poměr CaO k sumárnímu množství SiO2 + Al2O3 + Fe2O3. Optimální hodnota hydraulického modulu se pohybuje v rozmezí 1,75 - 2,40. Je nutno ovšem poznamenat, že kvalita betonu závisí dále na chemickém složení celého kompozitu. Každá z uvedených sloučenin svým způsobem ovlivňuje chování cementu při tvorbě betonového kamene.

Beton představuje stavební materiál, vyznačující se značnou mechanickou pevností a odolností proti povětrnostním vlivům. V nemalé míře jeho kvalita závisí vedle chemického složení i na způsobu jeho přípravy, výběru druhu vhodných cementů a množství vody potřebné k hydrataci, vyjádřené tzv. vodním součinitelem (v/c). Jde o materiál poměrně stabilní. Přesto však může opakovaně docházet k jeho závažným poruchám, které mohou výrazným způsobem ohrožovat požadované vlastnosti betonových konstrukcí.

Významnou roli pro stabilitu betonu hraje prostředí, které může mít charakter plynný, kapalný nebo kumulovaný. Ovzduší může korozi betonu přispívat znečišťujícími zátěžemi např. kyselinotvorného charakteru, oxid siřičitý (SO2), oxidy dusíku (NOx). Tyto plyny absorbované vzdušnou vlhkostí, chemicky atakují povrchové i hlubší vrstvy betonu. Tento jev je následně provázen neutralizačními chemickými reakcemi, při kterých dochází k výraznému snížení alkality betonu a ke vzniku chemických sloučenin, které zůstávají v kapilárách a pórech betonu. V důsledku těchto chemických reakcí dochází postupně i ke snižování obsahu základní složky, tj. hydroxidu vápenatého Ca(OH)2. Mohou také vznikat i chemické sloučeniny, které mnohonásobně zvětšují svůj objem.

Chemické vlivy způsobující degradaci betonu

Chemické vlivy způsobující degradaci betonu lze rozdělit na působení agresivních plynů z atmosféry (atmosférická koroze) a na vlivy způsobené kapalným agresivním prostředím probíhající u podzemních konstrukcí a u vodních staveb. V některých případech může přechodně dojít ke zvýšení pevností a zpomalení transportu korozních látek do hmoty betonu vlivem zaplnění pórů reakčními produkty, ale posléze vlivem fyzikálně chemických dějů (např. rekrystalizací korozních produktů) dochází k porušení betonu a zrychlení transportu korozních látek do betonu.

Čtěte také: postup chemického kotvení do zdiva s omítkou

Karbonatace

Nejvíce prostudovaným typem atmosférické koroze je tzv. karbonatace, tj. reakce s oxidem uhličitým (CO2) obsaženým v běžné atmosféře (uvádí se průměrná hodnota 0,038 obj. %). Karbonatace betonu probíhá v několika krocích:

1. Vzniklý jemnozrnný produkt částečně zaplňuje póry, cementový tmel je hutnější, zlepší se i mechanické vlastnosti.
2. Ve druhém stádiu reaguje CO2 s hydratovanými slínkovými minerály, vznikají různé modifikace CaCO3 (kalcit, vaterit, aragonit), ve velmi jemné formě zůstávají v pseudomorfózách po hydratačních produktech cementu.
3. Ve třetím stádiu dochází k rekrystalizaci již vzniklého CaCO3 vlivem působení CO2 a vlhkosti.
4. Reakcí CO2 s hydroxidem vápenatým se snižuje koncentrace OH− iontů v cementovém tmelu, a tím je korozí ohrožena ocelová výztuž.

Korozi ocelové výztuže způsobuje voda a kyslík. V mladém betonu je mezi ocelovou výztuží a betonem slabá vrstva oxidů železa, která je velmi hutná a tudíž nepropustná. V průběhu času se do betonu se vzduchem dostává CO2 a reaguje s Ca(OH)2 (portlanditem) obsaženým v betonu. Ca(OH)2 se rozkládá na CaCO3 a vodu. Když pH betonu klesne pod hodnotu 9, rozpadne se vrstvička hutných oxidů železa mezi ocelí a betonem. Dojde k takzvané „depasivaci“ výztuže. Rozlomený vzorek betonu se postříká roztokem fenolftaleinu. Při návrhu čerstvého betonu je proto vhodné preferovat složky, které mají vyšší obsah Ca(OH)2 (portlanditu).

Koroze kapalným agresivním prostředím

Korozi kapalným agresivním prostředím popsal Moskvin, který rozdělil korozní pochody v betonu do 3 skupin:

• Koroze I. druhu: Vyluhování hydroxidu vápenatého z betonu. Rychlost vyluhování hydroxidu vápenatého závisí na propustnosti betonu pro vodu a u náporové vody navíc na jejím hydrostatickém tlaku. Vyloužením hydroxidu se sníží koncentrace hydroxidových iontů, tedy sníží se hodnota pH pórového roztoku. Účinné jsou vody s nízkým obsahem vápenatých a hořečnatých iontů (srážkové, říční a rybniční vody).
• Koroze II. druhu: Tvorba nerozpustných nebo rozpustných vápenatých sloučenin, které vznikají reakcí kyselin, agresivního CO2 a některých solí s hydroxidem vápenatým. Vzniklé produkty nemají vazebné vlastnosti a obvykle nejsou expanzivní. Agresivita kyselin se posuzuje podle jejich síly, koncentrace a povahy reakčních produktů.
• Koroze III. druhu: Zahrnuje především reakci síranových iontů s cementovým tmelem v betonu. Tento typ koroze je spojen s tvorbou sloučenin s velkým molárním objemem a současně dochází k úplnému rozkladu hydratovaných slínkových minerálů. Přítomná vlhkost způsobuje rekrystalizaci sádrovce a vznik větších krystalů ettringitu nebo thaumasitu.

Biologické působení

Biologické působení, spojené s poškozením betonu, je spojeno se vznikem napětí v důsledku růstu kořenů rostlin, a dále s chemickým působením produktů metabolických procesů rostlin a živočichů. Významné místo v tomto směru zaujímá poškození kanalizačních stok a jejich příslušenství působením bakterií, oxidujících sirné a dusíkaté sloučeniny, které pocházejí z rozkladu látek bílkovinného charakteru.

Sanace betonu a ocelové výztuže

Sanace betonu je proces, jehož cílem je obnovit původní vlastnosti betonové konstrukce, prodloužit její životnost a zajistit bezpečnost celé stavby. Pro úspěšné provedení sanačního zásahu nestačí použití kvalitního materiálu. Úspěšný sanační zásah je mimo jiné podmíněn dostatečnými znalostmi o konstrukci.

Čtěte také: jak ovlivnit životnost asfaltu pomocí modifikací

1. Diagnostika stavu betonové konstrukce

Prvním a naprosto zásadním krokem je posouzení aktuálního stavu betonu. Bez důkladné diagnostiky nelze zvolit správný postup opravy. Stavebně technický průzkum by měl vycházet z obecných technologických principů materiálů použitých ve stávající konstrukci a stejně tak z vnějších účinků, které na danou konstrukci působí. To určuje typové zaměření a rozsah zkoušek.

Diagnostika zahrnuje:

• Vizuální kontrola: Zaznamenejte trhliny, odlupování, výkvěty, korozi výztuže, dutiny a další známky degradace.
• Mechanické zkoušky: Například odtrhové zkoušky, zkoušky pevnosti v tlaku nebo ultrazvukové měření.
• Chemická analýza: Zjistěte přítomnost chloridů, karbonataci betonu nebo jiných chemických vlivů.

Na základě provedené diagnostiky je navrženo řešení, které odpovídá okrajovým podmínkám, použitým materiálům a působícím vnějším účinkům.

2. Příprava podkladu

Správná příprava podkladu je klíčová pro úspěšné provedení sanace. Bez ní se žádná oprava neudrží dlouhodobě. Ruční příprava podkladu je první krok v celém procesu sanace. Má-li betonová konstrukce slabé místo, je třeba ho lokalizovat, odhalit a připravit pro další technologický postup. Vymezíme plochy nebo místa, které se mají opravit. Celé narušené nesoudržné části betonu musí být odstraněny, nejlépe otryskáním nebo vyčištěním vysokotlakým vodním paprskem. Podklad musí být soudržný, celistvě pevný a dostatečně drsný, s nerovnostmi min. 5 mm.

Příprava podkladu zahrnuje:

Čtěte také: Složení a vlastnosti PVC

• Odstranění poškozeného betonu: Pomocí pneumatického kladiva, frézy nebo vodního paprsku se odstraní veškerý degradovaný materiál až na zdravý beton.
• Očištění výztuže: Ocelová výztuž musí být obnažena a zbavena rzi a nečistot. Používá se pískování nebo kartáčování. Výztuž by měla být obnažena do hloubky min. 20 mm pod její spodní líc. Pokud není k dispozici zařízení k otryskání, je nutné použít ocelový kartáč a špachtli a očistit materiál až na čistý kov. Úbytek ocelového prutu nesmí být větší než 20 procent.
• Pasivace výztuže: Aplikace antikorozního nátěru na očištěnou výztuž, aby se zabránilo další korozi. Pasivace je proces ochrany odhalené výztuže antikorozním nátěrem na cementové nebo epoxidové bázi. Tyto chemické sloučeniny mají schopnost uvnitř betonu migrovat směrem k výztuži a v jejím bezprostředním okolí vytvářet chemickou bariéru. Ihned po očištění výztuže aplikujeme antikorozní ochranný nátěr.
• Navlhčení podkladu: Betonový podklad se před aplikací sanačních malt navlhčí, aby nedocházelo k přílišnému odsávání vody.

Vysokotlaký vodní paprsek je nejuniverzálnější metodou pro přípravu betonového podkladu. Základem je připravit beton tak, aby přijal reprofilační materiály. Proti suchému pískování zde odpadá zatížení okolí a pracovníků prašnými emisemi, protože je touto metodou snížena prašnost až o 95%. Metoda snižuje i provozní náklady, jelikož snižuje spotřebu písku.

3. Výběr vhodných sanačních materiálů

Výběr správného materiálu je zásadní pro dlouhodobou funkčnost opravy. Existuje několik typů sanačních malt a hmot, které se liší svým složením a použitím. Typy sanačních materiálů:

• Minerální sanační malty: Vhodné pro většinu běžných oprav. Obsahují cement, plniva a přísady pro zvýšení přilnavosti a pevnosti.
• Polymerem modifikované malty: Mají vyšší pružnost a lepší přilnavost. Používají se tam, kde je požadována vyšší odolnost proti vodě a mrazu.
• Epoxidové a polyuretanové systémy: Používají se pro injektáže trhlin a vysoce zatížené konstrukce.
• BETON FIX: Dvousložkový systém na bázi polyesterové pryskyřice pro rychlé opravy prasklin, výtluků a hran.

Pokud je podklad zasažen roztoky solí, které mají vliv na korozi betonu, nebo výztuže, jako jsou zejména chloridy, ale i sírany a uhličitany, je nutné zajistit adhezi reprofilačních malt ke stávající konstrukci pomocí mechanického přikotvení.

Firma ROKOSPOL a.s. nabízí řadu produktů pro sanaci betonu a ochranu výztuže:

• ROKOARMAFER: Dvousložková tekutá malta světle zelené barvy, složená z cementového pojiva, disperze polymerů, plniv, aditiv a inhibitorů koroze. Používá se k nátěrům obnažené výztužné oceli k zabránění vzniku koroze. Nanáší se ve dvou vrstvách štětcem na připravenou výztuž.
• ROKOGROUT TIX: Jednosložková tixotropní malta pro sanace betonových konstrukcí, výplně pevných spár.
• ROKOFIN: Dvousložková cementová malta pro finální sanace betonových konstrukcí.
• ROKOBETON ELASTOCOLOR: Jednosložková barva na bázi akrylátových pryskyřic ve vodném roztoku. Po vyzrání vytváří elastickou paropropustnou vrstvu, odolnou vůči působení vody, posypových solí a agresivních plynů.
• ROKOSPEED: Jednosložková směs pro fixování kotvících úchytek, otvorových výplní a jiných předmětů do předem připravených kapes v betonu, cihelné zdi.
• ROKOCEMENT ANCHOR: Jednosložková směs, po smíchání s vodou, určená ke kotvení různých kovových prvků.
• ROKOEPOFIX: Dvoukomponentní bezrozpouštědlová tixotropní kotvící a těsnící hmota na bázi vysoce hodnotných epoxidových pryskyřic. Vhodná k upevnění uvolněných železných armatur i k ukotvení nového kovového prvku.
• ROKOCEM DICHT FLEX: Hydroizolační flexibilní malta.
• ROKOVODOFLEX 2K: Dvousložková hydroizolační flexibilní stěrka, vyniká výbornou chemickou odolností vůči solím a jiným agresivním látkám, je elastická i při nízkých teplotách.

4. Oprava trhlin a dutin

Trhliny v betonu mohou být statické (neaktivní) nebo dynamické (pracující). Podle toho se volí způsob opravy. Pro obnovení předpokládaných vlastností betonu musí být trhliny, které přesahují přístupnou míru, uzavřeny. Dutiny jsou porušená místa ve struktuře stavebního materiálu, vznikající během betonáže. Jejich příčinou může být nevhodné uložení betonu, příliš velká výška, ze které čerstvý beton dopadá do bednění, nedostatečné zhutnění a podobně. V takto porušené konstrukci nastává transport vody. Utěsnění trhlin a dutin propouštějících vodu vyžaduje použití speciálních utěsňovacích injektážních systémů. Sanační práce musí být plánovány a prováděny odborným způsobem a s ohledem na specifické podmínky dané situace.

Metody opravy trhlin a dutin:

• Injektáž epoxidovou pryskyřicí: Používá se pro statické trhliny. Pryskyřice se vstřikuje pod tlakem a zajišťuje strukturální spojení.
• Injektáž polyuretanovou pryskyřicí: Vhodná pro trhliny, které propouštějí vodu. Materiál expanduje a utěsňuje trhlinu.
• Mechanické vyplnění trhlin: U větších trhlin se provádí jejich rozšíření a vyplnění sanační maltou.

Dutiny a kaverny se vyplňují ručně nebo strojně nanášenou maltou. Důležité je vrstvení a správné hutnění materiálu. Vyžaduje-li sanace vyplnění betonu, používáme roztažitelné a elastické materiály, jakými jsou elastomerové směsi (elastické pryskyřice).

Injektáž je metoda, pomocí které se injektážní materiál vnáší pod tlakem do stavebního dílce. Existuje nízkotlaká injektáž s injektážním tlakem do 10 barů a vysokotlaká injektáž s injektážním tlakem až několik stovek barů. Při injektáži proti vodě je třeba obvykle použít vysoký injektážní tlak. Aby se zabránilo poškození struktury betonu, nesmí se překročit tahová pevnost betonu. Jako vysokotlaká injektážní zařízení se používají pístové a membránové pumpy, které pracují buď na jednosložkovém principu, nebo na dvousložkovém principu. Při použití dvousložkové pumpy se jednotlivé složky injektážního materiálu nasávají a dopravují přes pumpu odděleně. Smíchají se krátce před jejich výstupem z injektážní pistole.

Přístup k trhlině nebo ke stavebnímu dílci a připojení injektážní pumpy se zajišťuje lepenými nebo vrtanými pakry. Lepené pakry se lepí nad trhliny a celá oblast mezi pakry se dočasně povrchově utěsňuje. Vrtané pakry se kotví mechanicky ve vyvrtaných otvorech. Vyvrtané otvory fungují jako injektážní kanály, které křižují injektovanou trhlinu.

5. Rekonstrukce povrchu a ochrana betonu

Po opravě je nutné povrch betonu chránit proti dalšímu poškození. K tomu slouží povrchové úpravy. Povrchové dočasné utěsnění trhlin je nezbytné, pokud existuje nebezpečí, že by mohl injektážní materiál ze stavebního dílce vytékat.

Povrchové úpravy zahrnují:

• Penetrace: Zajišťuje lepší přilnavost dalších vrstev a uzavírá póry.
• Hydrofobizace: Odpuzuje vodu a snižuje pronikání škodlivin do betonu. Hydrofobizací vytvoříme na povrchu vrstvičku, která vodu seskupí do drobných kapiček, které se nevpíjí do podkladu.
• Povrchové nátěry: Ochranné nátěry na bázi akrylátů, silikátů nebo epoxidů chrání beton před UV zářením, CO₂ a vlhkostí. Nátěry aplikujeme zejména při opravách a v případech, kdy je třeba zajistit specifické vlastnosti povrchu.

V případě silně zatížených konstrukcí lze použít i uhlíkové lamely nebo textilie pro zesílení konstrukce. Jedním ze způsobů sanací nosných prvků objektů je zesilování jejich stávajících železobetonových, betonových, zděných, dřevěných a ocelových konstrukcí dodatečně lepenou výztuží z kovových nebo nekovových materiálů.

6. Kontrola kvality a údržba

Po dokončení sanace je důležité provést kontrolu kvality a nastavit plán pravidelné údržby.

Kontrola kvality a údržba zahrnují:

• Vizuální kontrola: Zkontrolujte rovinnost, soudržnost a vzhled opravených ploch.
• Odtrhové zkoušky: Provádějí se pro ověření přilnavosti sanační malty k podkladu.

Pravidelná údržba pomáhá předcházet rychlému opotřebení betonu. Abyste odstranili skvrny z betonového povrchu, můžete použít čisticí prostředek nebo bělidlo. Nejprve z betonu odstraňte předměty a vrstvu prachu či špíny. Potom aplikujte čisticí prostředek a nechte působit dle doporučení výrobce.

Chemické prostředky pro odstraňování betonu

Jádro účinného odstraňování betonu spočívá v chemických prostředcích vyvinutých speciálně pro tento úkol. Tyto roztoky jsou vytvořeny tak, aby narušily vazbu mezi betonem a povrchem, ke kterému je připevněn. Moderní odstraňovače používají biologicky bezpečné kyseliny nebo enzymatické formule, které jsou šetrné k životnímu prostředí, rychle působí a jsou bezpečné pro člověka. Ne všechny chemické čisticí prostředky jsou stejné. Je nezbytné vybrat si výrobek, který byl důkladně testován z hlediska bezpečnosti a účinnosti. Některé roztoky mohou vytvářet škodlivé výpary nebo mohou být korozivní pro povrchy zařízení. Účinné odstraňovací prostředky snižují pracnost, která je obvykle spojena se škrábáním nebo tryskáním ztvrdlého betonu.

Mezi nejdoporučovanější čisticí prostředky patří BETOFF kapalina - profesionální prostředek určený speciálně k odstraňování zaschlého betonu. BETOFF vyniká tím, že při použití nepálí pokožku ani neprodukuje škodlivé výpary. Díky svému pokročilému složení proniká hluboko do tvrdého betonu a rozkládá ho zevnitř. Během pouhých 3 minut materiál změkne a lze jej snadno opláchnout tlakovou vodou. Díky tomu je ideální pro časté používání bez poškození povrchu zařízení. BETOFF je k dispozici v kanystrech o objemu 1 l, 5 l a 20 l a je široce uznáván předními půjčovnami zařízení v celé Evropě.

Pro hloubkové čištění betonových povrchů, například při odstraňování silných skvrn, lze použít kyselinu chlorovodíkovou, kyselinu sírovou, octan sodný nebo chlorid sodný. Je důležité používat bezpečné a vhodné prostředky na čištění betonu. V průběhu čištění je třeba dodržovat bezpečnostní opatření, jako je nošení ochranných rukavic a brýlí, a postupovat podle pokynů výrobce čistících prostředků.

Normy a legislativa

Normy ČSN EN 206 [1] a doplňující ČSN P 73 2404 [2] se zabývají stupni vlivu prostředí na degradaci betonu. Vlivy jsou rozděleny do 6 kategorií (XC, XD, XS, XF a XA) v normě [1], norma [2] rozšiřuje stupně vlivu prostředí o kategorii, týkající se poškození vlivem mechanického působení (XM). Chemické působení je definováno pro kapalné korozní prostředí, které představuje podzemní voda a vlhkost v rostlé zemině. Zkušební metoda předepisuje vyluhování SO42− kyselinou solnou. V normě není specifikováno korozní působení srážkových a povrchových vod s nízkou přechodnou tvrdostí, které mohou způsobovat zejména korozi I. druhu, tj. vyluhování hydroxidu vápenatého z cementového tmelu.

Tabulka 1: Stupně vlivu prostředí na beton dle ČSN P 73 2404

Tabulka 2: Mezní hodnoty koncentrací iontů a pH pro chemickou korozi betonu

Koroze betonu je významnou oblastí, kterou nelze pominout při návrhu složení betonu pro výrobu betonových konstrukcí. Je nutno zohlednit prostředí, ve kterém bude probíhat životní cyklus konstrukce. Je nutno mít na paměti, že z hlediska ochrany ocelové výztuže před korozí hraje významnou roli hydroxid vápenatý, který vzniká při hydrataci cementu. Hydroxid vápenatý vytváří prostředí s vysokou koncentrací hydroxidových iontů, které stabilizují sloučeniny na povrchu ocelové výztuže a brání tak průběhu korozních procesů. Znamená to, že částečná náhrada portlandského slínku, resp. cementu reaktivními příměsemi, je pro ochranu výztuže nežádoucí.

tags: #chemicke #ocisteni #ocelove #vyztuze #v #betonu

Oblíbené příspěvky:

• jak správně natírat fasádu olejem
• Komplexní průvodce kuchyňskými deskami
• Kompletní průvodce vyrovnáním dřevěných podlah
• Vše o plničích pórů pro dřevo
• Luxusní doplňky Michael Kors