Technická měření a diagnostika staveb
6. Diagnostika betonových a železobetonových konstrukcí Libor Žídek
1
Vytvořeno za podpory projektu FRVŠ č. 2529/2009
Úvod Životnost betonu výrazně ovlivňuje technologická kázeň při výstavbě konstrukce. Výsledná kvalita betonu je závislá na: – Kvalifikaci pracovníků – Uložení betonářské výztuže – Způsobu ukládání betonové směsi (současně s hodnocením kvality bednění a druhu použitého separačního prostředku) – Způsobu hutnění betonu – Povětrnostních podmínkách v době zrání betonu – Způsobu a podmínkách užívání konstrukce
2
Kdy se provádí diagnostické prohlídky? Diagnostika betonových a železobetonových konstrukcí se u novostaveb provádí především při pochybnostech o kvalitě použitých materiálů. Většinou se hodnotí druh použitého betonu nebo výztuže, tl. krycí vrstvy. U starších konstrukcí se provádí diagnostika, když se uvažuje o rekonstrukci, přestavbě, nadstavbě. Provedení diagnostiky je nutné v případě statického porušení konstrukce, kdy jsou objeveny např. trhliny. Dále diagnostika může sloužit pouze pro zjištění aktuálního stavu kce, např. před provedením výstavby v blízkosti posuzované stavby, u změny vlastníka nemovitosti.
3
Jak se stanoví rozsah diagnostiky? Rozsah diagnostiky může být přímo předepsán statikem, nebo objednatelem. Při vlastním návrhu diagnostiky je nutné zvážit typ posuzované konstrukce, její poškození a způsob užívání. Současně je vhodné uvažovat s přístupem k jednotlivým částem kce. Zvolení vhodných zkušebních metod, které povedou k optimálnímu hodnocení konstrukce (užití nedestruktivních a destruktivních zkoušek). Zvážit možnosti příslušné zkušební laboratoře, případně ostatní práce řešit subdodávkou. Četnost jednotlivých zkoušek by měla respektovat příslušné normy nebo předpisy TP, TKP. Pro návrh diagnostiky můžou sloužit např. TP SSBK II (Technické podmínky pro sanace betonových konstrukcí). Pozn.: v přípravě jsou TP SSBK III.
4
Rozsah diagnostiky betonových kcí U diagnostiky betonové konstrukce se jako první provádí vizuální prohlídka povrchu konstrukce. Důkladnou prohlídkou můžeme zjistit podstatné informace o způsobu výroby, příp. čase vzniku porušení konstrukce. Při vizuální prohlídce se hodnotí: – Velikost vzduchových pórů – Poškození povrchové vrstvy při odbedňování – Vápenné výluhy – Trhliny – Zřetelně viditelné pracovní spáry – Štěrková hnízda, štěrkové pruhy – Odlupování krycích vrstev v blízkosti místě betonářské výztuže – Koroze betonářské výztuže – Degradace povrchu mrazem a chemickými látkami – V poslední době jsou i grafity označovány jako poškození povrchu betonových konstrukcí 5
V další části diagnostického průzkumu, která je už spojena s přímým odběrem vzorků, nebo drobnými zásahy do konstrukce, se provádí: – Akustická trasovací metoda (zjištění dutých a odtržených částí povrchu kce) – Stanovení vlhkosti – Hloubka karbonatace betonu – Pevnost v tahu – odtrhové zkoušky – Stanovení stejnorodosti betonu a dynamického modulu pružnosti pomocí ultrazvuku – Ověření pevnosti v tlaku (nedestruktivně – tvrdoměrné zkoušky, nebo pomocí jádrových vývrtů) – Stanovení statického modulu pružnosti - destruktivně – Sekané sondy (ověření parametrů výztuže, tl. krycí vrstvy) – Trvanlivostní zkoušky – Stav předpínací výztuže - endoskop – Způsob a stav napojení na sebe navazujících konstrukcí (dilatační spáry, způsob uložení) 6
Příklad rozsahu zkoušek dle TP SSBK II. (předběžný průzkum) Typ zkoušky Typ a rozsah porušení povrchu
Doporučená minimální četnost 30% povrchu vyšetřované konstrukce
Rozsah porušení povrchové vrstvy betonu a koroze výztuže
30% povrchu vyšetřované konstrukce
Vady z výroby a poruchy vzniklé provozem
50% povrchu vyšetřované konstrukce
Zjištění vlivu zabudované technologie
30% povrchu vyšetřované konstrukce
Pevnost v tahu povrchových vrstev betonu
Do 50 m2 3 zkoušky, za každých dalších i započatých 100 m2 další 3 zkoušky
Hloubka karbonatace
Do 25 m2 5 zkoušek, za každých dalších i započatých 100 m2 dalších 5 zkoušek
7
Příklad rozsahu zkoušek dle TP SSBK II. (předběžný průzkum - pokračování) Typ zkoušky
Doporučená minimální četnost
Pevnost v tlaku
Do 15 m3 3 vývrty o ø 100 mm a 16 nedestruktivních zkoušek, každých dalších i započatých 20 m3 další 1 vývrt a 16 nedestruktivních míst zkoušek Do 10 m3 3 vývrty o ø 100 mm, za každých dalších i započatých 15 m3 další 1 vývrt
Koroze výztuže
Do 25 m2 3 zkoušky, za každých dalších i započatých 100 m2 dalších 5 zkoušek
Tloušťka krycí vrstvy
Do 25 m2 3 sekané sondy a 10 zkoušek nedestruktivně, za každých dalších i započatých 100 m2 dalších 5 sond a 20 zkoušek nedestruktivně 8
Příklad rozsahu zkoušek dle TP SSBK II. (podrobný průzkum) Typ zkoušky
Doporučená minimální četnost
Typ a rozsah porušení povrchu
100% povrchu vyšetřované konstrukce
Rozsah porušení povrchové vrstvy betonu a koroze výztuže
100% povrchu vyšetřované konstrukce
Vady z výroby a poruchy vzniklé provozem
100% povrchu vyšetřované konstrukce
Stav uložení, průhyby a deformace nosných ŽB prvků
Všechny nosné prvky
Zjištění vlivu zabudované technologie
100% povrchu vyšetřované konstrukce
Pevnost v tahu povrchových vrstev betonu
Do 25 m2 3 zkoušky, za každých dalších i započatých 50 m2 další 3 zkoušky
Hloubka karbonatace
Do 25 m2 6 zkoušek, za každých dalších i započatých 50 m2 dalších 3 zkoušek 9
Příklad rozsahu zkoušek dle TP SSBK II. (podrobný průzkum - pokračování) Typ zkoušky
Doporučená minimální četnost
Pevnost v tlaku
Do 10 m3 3 vývrty o ø 100 mm a 16 nedestruktivních zkoušek, každých dalších i započatých 8 m3 další 1 vývrt a 16 nedestruktivních míst zkoušek Do 5 m3 3 vývrty o ø 100 mm, za každých dalších i započatých 5 m3 další 1 vývrt
Objemová hmotnost
Četnost dle odebraných vývrtů pro pevnostní zkoušky
Míra degradace a kontaminace betonu
Do 10 m3 3 zkoušky z různé hloubky konstrukce, větší objem individuálně
Povrchová nasákavost
Do 25 m2 3 zkoušky, za každých dalších i započatých 50 m2 dalších 5 zkoušek 10
Příklad rozsahu zkoušek dle TP SSBK II. (podrobný průzkum – pokračování 2) Typ zkoušky
Doporučená minimální četnost
Koroze výztuže
Do 25 m2 3 zkoušky, za každých dalších i započatých 50 m2 dalších 5 zkoušek. V sondách se současně určuje druh výztuže (hladká nebo žebírková)
Tloušťka krycí vrstvy
Do 25 m2 3 sekané sondy a 10 zkoušek nedestruktivně, za každých dalších i započatých 50 m2 dalších 5 sond a 20 zkoušek nedestruktivně
11
Akustická trasovací metoda Akustické trasování je jednoduchou a velmi přesnou metodou, která slouží k ověření kvality povrchu posuzované konstrukce. V závislosti na akustické odezvě od poklepu předmětu na povrch konstrukce se lehce identifikují odtržená, nebo dutá místa. Akustická odezva může být: zvonivá, dunivá, křaplavá. Pro zkoušení se používá: Ocelová kulička - volná nebo uchycená k teleskopické tyči, příp. kladívko. Výstupem by mělo být označení poškozeného povrchu přímo na konstrukci, zakreslení do výkresové dokumentace a procentuální vyjádření rozsahu poškození povrchu.
12
Hloubka karbonatace betonu Pro práci v terénu se používají používá 1%-ní roztok fenolftaleinu, příp. 10%-ní kyselina chlorovodíková. Reakce roztoku fenolftaleinu s lomovou plochou betonu je doprovázena červenofialovým zbarvením betonu s pH nad 9,5. U částí vzorků, kde nedojde ke zbarvení povrchu je pH nižší než 9,5, tato oblast je nebezpečná z hlediska ochrany betonářské výztuže, výztuž pod hranicí pH 9,5 koroduje. Pro stanovení hloubky karbonatace v terénu není nutné provádět jádrový vývrt, nebo odsekávat část povrchu. Konstrukci stačí navrtávat a u toho sbírat prach vynášený vrtákem. Na materiálu odebraném z různé hloubky se provede orientační zkouška pomocí fenolftaleinu. HCl se používá pro orientační identifikaci sekundárních karbonátů (kalcitů) v cementovém tmelu. Reakce byla taktéž zjišťována v lomové ploše rozlomeného vzorku. U zkarbonatované vrstvy je reakce silná – bouřlivá. 13
Hloubka karbonatace betonu (pokračování) Upozornění: v blízkosti trhlin, štěrkových hnízd a u dalších lokálních poruch betonu bývá hloubka karbonatace podstatně vyšší!!! Další metody zjišťování pH se provádí laboratorními rozbory: – – – –
Stanovení pH betonu na výluhu Chemický rozbor materiálu Rentgenová difrakční analýza (RTG) Diferenční termická analýze (DTA)
14
Odtrhové zkoušky Odtrhové zkoušky slouží k ověření přídržnosti ochranných nátěrů, reprofilačních malt, nebo ke stanovení pevnosti betonu v tahu. Zkoušky se provádí odtrhovými přístroji (např. Coming, Dyna) Zkušební místo je prořezáno jádrovou korunkou, nebo obřezáno úhlovou bruskou. Velikost zkušebního místa musí odpovídat průměru odtrhového terče. Při zkoušce jsou na upravený a prořezaný povrch konstrukce nalepeny odtrhové terče (ocelové, duralové) nejčastěji o průměru 50 mm. Po zatuhnutí lepidla se ověří, zda nedošlo k zatlačení lepidla do prořezu, k terči se připevní odtrhový přístroj a provede se zkouška s plynulým zvyšováním tahové síly. Po odtržení terče od podkladu se hodnotí místo a plocha odtržení. Výsledkem je podíl maximální zjištěné síly a odtržené plochy v Mpa, zaokrouhlený na 0,01 Mpa. Do hodnocení výsledků se nezahrnují zkoušky, u kterých došlo k odtržení v lepidla od kovového terče nebo zkoušeného povrchu. Odtrhové zkoušky lze provádět i v laboratořích na jádrových vzorcích, kdy se dodatečně mohou stanovit přídržnosti povrchových 15 vrstev u jádrového vývrtu.
Využití ultrazvuku Ultrazvuk můžeme použít k ověření stejnorodosti betonu, k uřčení hloubky nebo šířky trhliny a stanovení dynamického modulu pružnosti. Metoda je založena na měření rychlosti ultrazvukových vln. Pro zkoušení betonu se používají dvě sondy 54 kHz, jedna slouží jako budič, druhá jako snímač. Podle způsobu prozvučování rozeznáváme metodu přímou, polopřímou a nepřímou. U homogenního materiálu je rychlost ultrazvukových vln rychlejší. Rychlost UZV je závislá na modulu pružnosti, druhu plniva a pojiva. Snížení rychlosti UV je způsobeno vzduchovými póry, dutinami, kavernami nebo trhlinami. Při zkoušení železobetonové konstrukce je nutné uvažovat s betonářskou výztuží. Zkoušky nesmí být prováděny v jejich blízkosti, především v případě, kdy výztuž probíhá souběžně se směrem šíření ultrazvukových vln. Dalším výrazným ovlivněním výsledků je rozdíl vlhkosti. 16
Využití ultrazvuku (pokračování) Stejnorodost betonu lze ověřovat na zkušebních tělesech odebraných při výstavbě, přímo na konstrukci, nebo jádrových vývrtech odebraných z konstrukce. Dynamický modul se stanoví z rychlosti UZV, objemové hmotnosti materiálu a součinitele rozměrnosti prostředí. U jádrových vývrtů se měření UZV provádí po zakoncování vzorků, tedy v ose vývrtu (pozn. bez prutu výztuže rovnoběžného s osou vývrtu). Zkoušku není vhodné provádět na vzorcích, které jsou složeny z více materiálů, alternativou je ověřování jednotlivých materiálů samostatně. V praxi je metodu měření UZV vhodné využít např. u přetížených a staticky porušených železobetonových prvků, kdy se měření provádí v neporušené a následně v porušené oblasti konstrukce.
17
Ověřování pevnosti betonu v tlaku Pro ověření pevnosti v tlaku se používají nedestruktivní metody, z hlediska objektivity jsou většinou doplněny jádrovými vývrty. Špičákové metody (Maškův špičák, Cigánkův špičák) jsou založeny na principu zarážení špičáku do cementové matrice. U tohoto způsobu zkoušení je nutná praxe, i tak je vhodné zkoušení doplnit jádrovými vývrty. Další metodou je vtiskovací metoda (Waitzmanův tvrdoměr = upravené Poldi kladívko). Úderem palice je vyvozena síla na razník, na jehož konci jsou dvě ocelové kuličky, jedna zanechá otisk na povrchu betonu, druhá na ocelové tyčince – ethalonu. Ethalon slouží k určení síly, která byla vyvozena úderem palice. K hodnocení jsou použity oba vtisky, výsledná pevnost se odečetla z grafu. Dnes se vtiskovací (kuličkové) metody téměř nepoužívají.
18
Dnes se nejvíce používají odrazové metody – Schmidtův tvrdoměr. Na základě odskoku razníku od konstrukce se ověří tvrdost materiálu. V ČSN 73 1373 je uvedena metodika zpracování naměřených výsledků tvrdosti betonu a stanovení krychelné pevnosti. Schmidtovo kladívko, které funguje na principu odrazu je vhodné používat na ověření stejnorodosti betonu, nebo zmapování míst s nižší pevností betonu. Např. u předsádkových konstrukcí, které jsou u povrchu tvořeny kvalitnějším betonem získáte výrazně zkreslené informace. Vnitřní část konstrukce může být nezhutněná, mezerovitá. Mezi nejobjektivnější metody stanovení pevnosti betonu patří odběr jádrových vývrtů. Po vyjmutí vývrtu ze sondy, získáváte skutečné údaje o skladbě konstrukce, předchozích sanacích, struktuře betonu. 19
Jádrové vývrty Odběry vzorku z betonových konstrukcí by měly být v souladu s ČSN EN 12 504-1 a ČSN ISO 13 822. Při odběru vzorků je nutné počítat s určitým zásahem do konstrukce, proto je nutné zvážit rozsah, účel zkoušení a hodnocení získaných informací. Vzorek musí reprezentovat strukturu betonu. Vývrty jsou válcová zkušební tělesa, která se odebírají z konstrukce pomocí vrtací soupravy s jádrovým vrtákem chlazeným vodou. Rozhodujícím parametrem pro stanovení průměru jádrového vývrtu je max. velikost zrna kameniva. Poměr max. velkosti kameniva by měl být menší než 1:3 k průměru jádrového vývrtu. Minimální doporučený počet vzorků odebraných z kce je 3 ks. Poměr výšky a průměru zkušebního vzorku po zakoncování musí v rozmezí 1:1 až 2:1. Délka vývrtu je dále daná způsobem zakoncování a hloubkou karbonatace betonu. V případě ověřování směru a hloubky trhliny se délka vývrtu stanovuje individuálně. 20
Vzorky se štíhlostním poměrem 1,0 (poměr výšky a průměru 1:1) odpovídají krychelné pevnosti betonu. Vzorky se štíhlostním poměrem 2,0 (poměr výšky a průměru 2:1) odpovídají válcové pevnosti betonu. Po odběru vzorku je nutné zaznamenat: – Označit vyjmutý vzorek betonu i místo odběru – Provést zaměření místa odběru – Datum odběru – Skladbu konstrukce – předsádku, dřívější sanaci – Průměr a délku jádrového vývrtu – Max. velikost zrna, druh, tvar, rozmístění zrn a příp. degradace kameniva – Barvu cementového tmele – Případné poruchy – trhliny, štěrková hnízda, mezerovitost – Směr a polohu výztuže – Tloušťku krycí vrstvy 21
Při zkoušení vzorku je nutné zaznamenat: – Datum zkoušení / stáří vzorku – Štíhlostní poměr vzorku – Způsob zakoncování vzorku – Objemovou hmotnost betonu – Pevnost betonu v tlaku (výsledek zaokrouhlen na nejbližší 0,1 Mpa) – Případně způsob porušení zkušebního tělesa – Stav tělesa při zkoušce (vlhké / suché) – Pro pevnostní zkoušky nelze použít vzorky s trhlinami, špatně zakoncované, nebo s výztuží rovnoběžnou s osou vývrtu U části vzorku, která nebyla použita pro stanovení pevnosti v tlaku musíme ověřit: – Hloubku karbonatace – Druh koroze betonářské výztuže 22
Příklad popisu vzorku
Ozn. vz.
Délka vývrtu [mm]
Místo odběru
R1
0 – 330
Římsa č. 1
Druh materiálu, popis
Cementový tmel šedé barvy, těžené a drcené kamenivo do 32 mm, velikost vzduchových pórů do 6 mm, tloušťka vrstvy jemnozrnné malty/cem. vrstvy a minerální drtí 30/10 mm.
Směr výztuže
Průměr výztuže [mm]
Druh výztuže
Krytí výztuže [mm]
Pozn.
Svislá
10
10 512 (Roxor)
55
Povrch. koroze
Oblast degradace betonu1) [mm] 0–3
23
Stanovení pevnosti v tlaku na válcích (dle ČSN 73 1317 – Z2) Zkušební lis s kloubovým zařízením, pro vyrovnání odchylek rovnoběžnosti tlačených ploch a plynulým nárůstem napětí v tlaku v rozsahu 0,6 ± 0,4 MPa/s Pro zkoušku pevnosti v tlaku jsou potřeba min. 3 ks válcových těles o Ø min. 100 mm a poměrem průměru a výšky 1:2 Pevnost v tlaku Rc,cy [Mpa] se vypočítá ze vztahu: Rc,cyl = F / A Pokud je štíhlost válce λ rozmezí (1,0 až 2,0), pevnost betonu v tlaku Rc,cy se vypočítá ze vztahu: Rc,cyl = אc,cy· F / A kde F je max. dosažená síla při zkoušce v N A je tlačná plocha zkušebního tělesa v mm2 אc,cy je opravný součinitel vypočtený ze vztahu: אc,cy = 0,80 + ((λ – 0,933)/26,667)0,5 24
Přepočtové hodnoty אc,cy jsou uvedeny také v tab. 2 této normy Štíhlost λ
Opravný součinitel אc,cy
1,000 - 1,013
0,85
1,014 – 1,045
0,86
1,046 – 1,083
0,87
1,048 – 1,125
0,88
1,126 – 1,173
0,89
1,174 – 1,226
0,90
1,227 – 1,285
0,91
1,286 – 1,349
0,92
1,350 – 1,418
0,93
1,419 – 1,493
0,94
1,494 – 1,573
0,95
1,574 – 1,659
0,96
1,660 – 1,750
0,97
1,751 – 1,846
0,98
1,847 – 1,947
0,99
1,948 – 2,000
1,00
Přepočet válcové pevnosti na krychelnou se stanoví experimentálně, nebo dle tab. 3 této normy Rc, cyl [MPa] אcy,cu
4,0 až 25
25,1 až 35
35,1 až 50
50,1 až 60
1,25
1,20
1,15
1,10
25
Hodnocení pevnosti betonu v tlaku (dle ČSN ISO 13 822) Soubory výsledků jsou rozděleny podle variačního koeficientu Vx na známé nebo neznámé soubory Z jednotlivých výsledků zkoušek pevnosti v tlaku x1, x2, ….xn se stanoví aritmetický průměr mx, směrodatná odchylka sx a variační součinitel Vx
mx = 2
sx = Vx =
∑x n
∑
i
;
( xi − m x ) 2 n −1
;
sn ; mx 26
Charakteristická pevnost Xk se vypočítá ze vztahu:
X k = m x ⋅ (1 − k n ⋅ V x ) Tab. NA.2.-Součinitel kn pro stanovení 5% kvantilu (charakter. hodnoty) Počet n V x známý Vx neznámý
1
2
3
4
5
6
8
10
20
30
∞
2,31
2,01
1,89
1,83
1,80
1,77
1,74
1,72
1,68
1,67
1,64
-
-
3,37
2,63
2,33
2,18
2,00
1,92
1,76
1,73
1,64
Variační koeficient Vx můžeme prohlásit za známý pouze v případě, že to dlouhodobé zkušenosti získané za shodných okolností. U takových vzorků můžeme použít výsledek jedné zkoušky, přesto se v normě doporučuje provést min. 3 až 6 zkoušek V případě diagnostiky neznámé konstrukce nelze doporučit nižší počet než 4 zkoušky (min. 3 zkoušky)
27
Zařazení betonu dle charakteristické pevnosti v tlaku (dle ČSN EN 206-1) Pevnostní třída betonu
Minimální charakteristická pevnost betonu v tlaku v konstrukci v MPa Válcová fck,is,cyl
Krychelná fck,is,cube
C 8/10
8
10
C 12/15
12
15
C 16/20
16
20
C 20/25
20
25
C 25/30
25
30
C 30/37
30
37
C 35/45
35
45
C 40/50
40
50
C 45/55
45
55
C 50/60
50
60
28
Ověření polohy výztuže (profometer, sekané sondy) Při průzkumu neznámé konstrukce je vhodné před provedením sekaných sond využít elektromagnetických indikátorů výztuže (např. profometer). Ten umožní nedestruktivní ověření množství, polohy a průměru jednotlivých prutů výztuže. Pro běžné betony lze celkem objektivně zjišťovat polohu výztuže do hloubky 100 mm, některé přístroje až do hloubky 200 mm. Druh použité betonářské výztuže je nutné doplnit sekanou sondou. Oblast sekané sondy se vymezí prořezáním materiálu úhlovou bruskou. Sekacím kladivem se odstraní ohraničená část konstrukce, tak aby došlo k obnažení betonářské výztuže. Pomocí posuvného měřidla se ověří průměr výztuže, krytí, případně úbytek průměru výztuže korozí. Vizuálně se zhodnotí druh výztuže, stupeň koroze. Pomocí fenolftaleinu se určí hloubka karbonatace. 29
Trvanlivostní zkoušky – – – – – –
Odolnost proti CHRL Mrazuvzdornost Nasákavost Vzlínavost Odolnost proti mechanickému opotřebení Odolnost proti otěru
30
Endoskopické prohlídky Endoskopy obecně dělíme na dvě skupiny: Boroskopy s pevnou inspekční sondou Fibroskopy s ohebnou inspekční sondou z optických vláken Pomocí endoskopu se dají prohlédnout problematická a těžko dostupná místa v konstrukcích. Zařízením se dají prohlížet sondy po odběru jádrových vývrtů, nebo vrtané sondy zřizované přímo pro endoskopickou prohlídku. Záznam je prováděn pomocí digitálních fotoaparátů, v poslední době se stále častěji používají videoskopy. Mezi využití endoskopu patří prohlídky povrchu konstrukcí s předsazenou konstrukcí (bezkontaktní zateplovací systémy, podhledy), uložení nosných konstrukcí, prohlídky předpínacích kabelů. 31
Vzduchové póry Vzduchové póry jsou dutiny, které vznikají nedostatečným hutněním při výstavbě konstrukce. Vzduchové póry jsou tedy v celé ukládané vrstvě. V případě užití nevhodného separačního prostředku, jsou póry převážně u povrchu konstrukce, při vibraci nebyly odvedeny z povrchu bednění. Na obrázku je také zřetelné odtržení cementové malty. Odtržení je způsobeno použitím nevhodného řeziva pro konstrukci bednění.
32
Viditelné pracovní spáry Nedokonalé napojení dvou na sebe ukládaných vrstev betonu. V těchto místech není zajištěna vodotěsnost konstrukce, také zde probíhá rychlejší degradace betonu. U plánované nebo nucené technologické přestávky je nutné zajistit řádné napojení následně ukládané vrstvy. Původní povrch musí být zbaven nečistot, separačního přípravku, drobného stavebního odpadu i cementového povlaku.
33
Špatné napojení pracovní spáry Nepropojení dvou na sebe ukládaných vrstev betonu může být způsobeno technologickou nekázní při výstavbě, nebo přerušením dodávky betonu. Vzniklé přechody se podílí na distribuci vody, příp. agresivních látek do struktury betonu. Na obrázku je zobrazen pohled do jádrového vývrtu odebraného záměrně v místě nekvalitního napojení dvou ukládaných vrstev betonu. V horní vrstvě jsou velké vzduchové dutiny způsobené špatnou vibrací, nebo nevhodnou skladbou kameniva. 34
Štěrková hnízda Lokální poruchy struktury betonu. Jedná se o dutá místa, mezi zrny hrubého kameniva s absencí cementové malty. Štěrková hnízda vyskytující se u povrchu betonu můžou být způsobena netěsností bednění, příliš hustým vyztužením, nebo napojením navazujících prutů výztuže, špatně navrženou recepturou s nízkým obsahem jemné frakce, vysokou ukládanou vrstvou, rozměšováním složek betonu, použitím slabého nebo nevhodného vibrátoru. 35
Separované štěrkové vrstvy Poruchy struktury betonu, které se projevuji převážně v celé výšce konstrukce. Jedná se o dutá místa, mezi zrny hrubého kameniva s absencí cementové malty. Štěrkové pruhy jsou způsobeny hlavně nevhodným ukládáním betonu – vysoká ukládací výška betonové směsi, kdy dojde k jejímu rozmísení. Dalším faktorem může být absence vibrace, nebo její nízká účinnost.
36
Trhliny smršťovací Smršťování je proces, který probíhá těsně po uložení betonové vrstvy. Beton na vzduchu ztrácí část vody, která je v betonové směsi obsažena. Ve struktuře betonu vzniká vnitřní napětí, které po překročení pevnosti cementového tmelu v tahu vede ke vzniku smršťujících trhlin. Tomu lze zabránit ošetřováním povrchu betonu kropením, už po 2 hodinách po uložení. Betonáž také není vhodné provádět za vysokých teplot, v takových případech je nutné betonáž odložit. Trhlina neprochází zrny kameniva.
37
Trhliny ohybové Velká část betonových konstrukcí je namáhaná na ohyb, např. průvlaky, stropní desky, nosníky. Beton má vynikající pevnosti v tlaku, ovšem pevnost v tahu představuje pouze 10% pevnosti v tlaku. Do míst, která jsou namáhána tahem je vkládána ocelová výztuž, která přenáší tahové napětí. Beton v blízkosti výztuže je také namáhán tahem, po překročení jeho pevnosti v tahu se na povrchu betonu objevují trhliny. Ohybové trhlina neprocházející zrny kameniva vznikly při výrobě ŽB prvku – např. průhyb bednění, nebo smrštění betonu Ohybové trhlina procházející zrny kameniva vznikly překročením pevnosti v tahu ztvrdlého betonu 38
Trhliny smykové Smykové trhliny vznikají v místech napojení sloupů a vodorovných desek. V těchto místech dochází ke značnému smykovému namáhání. Mohou vznikat trhliny a trvalé deformace – utrhnutí desky a sloupu. Smykové trhliny jsou nejčastěji způsobeny pohybem základové konstrukce, např. sedáním. Dalším příčinou porušení mohou být objemové změny konstrukce.
39
Destrukce betonu vlivem střídání teplot Rozpad struktury betonu působením mrazu je způsoben nasycením vzduchových pórů v betonu. V betonové matrici dochází změnou teplot ke střídání cyklů zmrazování a tání. Led zvětšuje objem vody o 9-10%. V případě použití stěrkové izolace je nutné zajistit, aby měl podklad předepsanou max. hodnotu vlhkosti. Destrukci struktury betonu způsobuje i voda uzavřená v konstrukci. Při průzkumu je nutné ověřit, zda nedochází k dotaci vlhkosti z jiné části konstrukce než z jejího povrchu. 40
Degradace povrchové vrstvy vzdušným CO2 - karbonatace Karbonatace je přirozený jev, který je způsoben reakcí vzdušného CO2 s cementovým tmelem. Produktem reakce jsou různé karbonáty. Při neutralizační reakci se postupně snižuje hodnota pH. Při reakci vznikají nerozpustné novotvary CaCO3, které uzavírají póry. Pokud pH betonu klesne pod hodnotu 9,5, začíná korodovat betonářská výztuž. V dalších fázích karbonatace dochází k dalšímu narůstání krystalů a rozpadu struktury cementového kamene.
41
Odlupování krycí vrstvy betonu Odlupování krycích vrstev je důsledkem karbonatace betonu, kdy narůstající krystaly společně s korozí výztuže narušují strukturu betonu. Krycí vrstva následně odpadne - odprýskne. K obnažené betonářské výztuži je potom volný přístup vzdušné vlhkosti. Na snímku je spodní líc střešní desky, odpadnutá i narušená část krycí vrstvy, betonářská výztuž je narušená laminární korozí.
42
Koroze betonářské výztuže Krycí vrstva betonu chrání betonářskou výztuž svým alkalickým prostředím s pH 12,5-13,0. Karbonatací a sulfatací se alkalita prostředí snižuje. Vlastní korozní proces je elektrolytická reakce, která probíhá za přítomnosti vody nebo vzdušné vlhkosti a kyslíku. Důsledkem koroze je přibližně 2,5násobné zvětšení objemu zkorodované vrstvy. Na snímku je zobrazena laminární koroze výztuže. Povrchová koroze, pocházející z období výstavby paradoxně zvyšuje soudržnost výztuže 43 s cementovým tmelem.
Vápenné výkvěty Povrch terasa je narušen trhlinami, v šířkách do 0,5 mm. V oblasti trhlin byla akustickou trasovací metodou lokalizována dutá místa – místa, kde došlo ke špatnému nanesení terasové vrstvy, nebo k odtržení terasa během užívání stavby. V blízkosti trhlin vystupují na povrch konstrukcí vápenné výkvěty, které jsou tvořeny uhličitanem vápenatým (CaCO3), vznikajícím působením vzdušného CO2 ve vlhkém prostředí na hydroxid vápenatý(Ca(OH)2), který vzniká při hydrataci cementu.
44
Vydutí nanesené vrstvy terasa Vydutí vrstvy terasa vlivem rozdílných vlhkostních poměrů u dolního a horního povrchu nanesené desky. Horní povrch se zkracuje smršťováním při vysychání, spodní povrch si uchovává vlhkost – rozměrově se téměř nemění. Při prohlídce je nutné se zaměřit na povrch podkladu, zda byl před nenesením vrstvy vhodně upraven, příp. ověřit, zda vrstva byla ukládána do adhézního můstku.
45
Degradace drátkobetonové vrstvy vystavené vnějšímu prostředí Porušení povrchu drátkobetonu na je způsobeno špatnou volbou třídy betonu C20/25. Beton neodpovídá doporučené minimální pevnosti dle ČSN EN 206-1, pro stupeň vlivu prostředí. Pojezdem vozidel na narušeném povrchu betonu dochází namáhání drátků tahem (vytrhávání) a postupnému narušování struktury betonu. Obnažené drátky podléhají korozi, drátek nabývá na objemu a narušuje beton, kterým je drátek obalen. Do narušené struktury následně proniká voda a agresivní látky 46
Destrukce předpínací výztuže Nízká krycí vrstva betonu prefabrikovaného mostního nosníku neochránila kabelové kanálky před korozí. Postupnou karbonatací betonu se snižovalo pH, výztuž začala korodovat. Oslabené průřezy předpínacích drátů nevydržely vnesené napětí a došlo k jejich přetržení. Na destrukci předpínacích kabelů se podílela i voda zatékající přes podélné dilatační závěry.
47
Porušení předpínací výztuže havárií Pod nosnou konstrukcí tvořenou z prefabrikovaných předpjatých nosníků tvaru I projelo vozidlo s nadměrným nákladem. Nadměrný náklad byl vyšší než průjezdná výška. Při projetí došlo k destrukci spodních přírub prefabrikovaných nosníků - včetně předpínacích kabelových kanálků.
48
Porušení předpínacích kabelů Při rekonstrukci mostního objektu byly zřízeny nové odvodňovače. Při provádění stavebních prací nebyl brán zřetel na statické schéma konstrukce. Předpínací výztuž byla přerušena. Kolem nových odvodňovačů zatéká přes hydroizolaci vozovky, předpínací pruty korodují.
49
Koroze kotevních desek přepínacích kabelů Obnažená kotevní deska s dvojicí předpínacích kanálků. Při diagnostice předpjatých nosníků je nutné se zaměřit také na stav kotevní oblasti z hlediska koroze. U předpínacích drátů je nutné ověřit jejich počet v kabelovém kanálku, zda nedošlo k prokluzu drátů u předpínání, nebo nedošlo k jejich plné degradaci korozí. Pozn.: ochrana kotevních oblastí je zajištěna zabetonováním nebo zalitím kapes injektážní maltou.
50
