ZKUŠENOSTI Z APLIKACE
SN EN 50162 VE STAVEBNICTVÍ
Ing.Eduard T e s a ,INTELAR Olomouc Cílem tohoto p ísp vku je seznámení technické ve ejnosti,zejména inné ve stavebnictví s p edm tnou normou,která je eskou verzí evropské normy EN 50162:2004. eská norma vstoupila v platnost v dubnu 2005;její plný název zní: Ochrana p ed korozí bludnými proudy ze stejnosm rných proudových soustav. Zájemci si jist obstarají plné zn ní této normy,naší domácí odborné ve ejnosti však doporu uji k pozornosti informativní národní p ílohu NA této normy.Ihned v úvodním ustanovení NA .1 je v eské republice stanovena povinnost ešit ochranu staveb ohrožených ú inky bludných proud díl ími p edpisy v návaznosti na tuto normy.Protože doufám,že se texty této konference rozší í mezi technickou ve ejnost innou ve stavebnictví,p ipomenu n které skute nosti ,které jsou odborník m (korozním technik m) známé,a jsou znalostmi základními. Bludné proudy jsou elektrické proudy stejnosm rné (ss,DC) i st ídavé (st,AC),ší ící se od svého zdroje z jednoho pólu po neur itých proudových drahách k pólu druhému.U stejnosm rných zdroj uvažujeme technický sm r proudu (od + pólu k - pólu),u zdroj st ídavých se sm r proudu nestanovuje,je závislý na kmito tu proudu.Ne vždy se setkáváme s tak jednoduchým p ípadem,že zdroj bludných proud je jen jeden,obvykle t chto zdroj bývá více a tyto zdroje a od nich odvozené (jimi generované) proudy spolup sobí vzájemn na sebe i na podzemní za ízení,která jsou jimi ohrožena.Tomuto jevu se íká proudová interference.P vod bludných proud však nemusí být nutn jen um lý,tedy z technických za ízení,sestrojených lov kem.P i m eních jsme však schopni,zvl.p i ení ve v tších hloubkách a v elektricky dob e vodivých horninách detekovat i proudy irozené,terestrické.Generátorem t chto proud je žhavé a kovové jádro naší planety,které se otá í úhlovou rychlostí „o n co málo v tší i menší“ než zbytek planety a její zemské k ry.“Pohonnou jednotkou“ tohoto to ivého elektrického stroje,p esn ji dynama je Slunce,slune ní soustava a celá Galaxie.Odtud se erpá energie pro samovybuzení magnetického pole Zem ,nebo se jedná v principu o pohyb vodi e v magnetickém poli (Lenz v zákon).Vodi je tvo en povrchovou žhav jší slupkou jádra,k jeho udržování slouží téžt ení r zn hustých vrstev zemského jádra.Zemská osa je definována jen osou rotace planety a magnetické póly Zem pak vytvá ejí magnetickou osu Zem ,která však není obecn s rota ní osou Zem totožná,dokonce vlivem vesmírných sil dochází k posunu a i k „p eklopení“magnetických pól Zem .Toto se d je pozvolna v intervalu statisíc let. Tato exkurze není jen samoú elnou zajímavostí pro nás,osazenstvo „samohybu“ Zem ,ale je nutná k náhledu,s jak zajímavými a mohutnými silami máme co do in ní. Bludné proudy popisujeme jejich druhem (ss;st),v p ípad st ídavých proud i jejich frekvencí,vždy však intenzitou (gradientem) elektrického pole E (mV/m),jejich proudovou hustotou J ( A/m2) a jejich sm rem,orientovaným ke sv tovým stranám.Všechny tyto základní veli iny,jimiž jsou bludné proudy popsány,jsou p edm tem základního korozního pr zkumu,který by m l být proveden u každé nadzemní i podzemní stavby,ohrožené korozními vlivy bludných proud .Tyto korozní vlivy jsou odvozovány z elektrochemických ú ink elektrického proudu,tekoucího ve vodivém p dním elektrolytu.Ú inky proudu na chemismus látek v takovém elektrolytu se nacházejících popisují Faradayovy zákony.V našem p ípad se jedná o p dní elektrolyt,což je vodná sm s rozpušt ných komplexních solí,z ed ných kyselin a zásad,ponejvíce na bázi hlinitano-k emi itanové.Jedná-li se nám o kov technicky nejb žn jší - ocel, chemicky železo (Fe) s r znými p ím semi (uhlík,k emík,legující kovy,degradující p ím si a rozpušt né plyny),posta í pro vaši orientaci o nebezpe ném
50
vlivu el.proudu poznatek,že 1 A (ampér)stejnosm rného proudu rozpustí (degraduje,p evede do formy komplexních slou enin hlinku,k emíku a železa) asi 10 kg oceli za rok. Velikost proudu,tekoucího do za ízení,,obsahujícího konstruk ní ocel v p dním elektrolytu závisí na hustot bludných proud J a na efektivní jímací (nasávací) ploše za ízení.I p es relativn nízké hodnoty hustoty bludných proud však vzhledem k velikosti efektivní nasávací plochy (stovky až tisíce m2) už docházíme k relativn zna ným proud m,tekoucím takovým za ízením.Dále je nutno zjistit aspo p ibližnou velikost výstupní plochy za ízení,tedy plochy,ze které bludné proudy vystupují.Hustota výstupního proudu je tím v tší, ím je v tší pom r vstupní a výstupní plochy za ízení pro bludné proudy.Veškeré tyto údaje musí korozní technik shromáždit,a už p ímým ením v terénu nebo spoluprací s autorem stavební konstrukce p edm tné stavby.V R jsou výše uvedené zásady zavedeny v SN EN 50122-2:2001 (34 1520); SN EN 12954:2001 (03 8355) a SN EN 13509:2004 (03 8360). Související normy jsou: SN 03 8350:1966; SN 03 8361:1991; SN 03 8363:1979; SN 03 8365:1988; SN 03 8368:1989; SN 03 8370:1963; SN 03 8371:1978; SN 03 8372:1977; SN 03 8373:1976; SN 03 8374:1975; SN 03 8375:1987; SN 03 8376:1976; SN 73 6201:1995 a SN 73 6221:1966.Normotvorná innost v tomto oboru je pom rn bohatá,p itom je nutné si uv domit,že tšina základních norem pochází ze 60tých a 70tých let minulého století;ažEN sjednotily nazírání na tuto problematiku a vztáhly ji i na neliniové stavby. V lánku NA.2 se stanovuje,že ochrana proti ú ink m bludných proud se navrhuje p edevším p i výstavb nových objekt a to na základ existence zjišt ných elektrických polí v zemi a jejichž ítomnost je ov ena m ením nebo jiným prokazatelným zp sobem.Je zde tedy stanovena povinnost provád t p inejmenším základní korozní pr zkum,který ur í nejen kvalitativn ,ale i kvantitativn parametry korozní situace (vektory bludných proud a jejich parametry,m rnou rezistivitu p dy v dané,tedy pot ebné hloubce atd.). lánek NA.3 ur uje,že p i opravách a rekonstrukcích stavebních objekt se postupuje p im en dle této normy,p emžje nutno dodržet následující postup: a) vyšet it potenciální zdroje bludných proud v lokalit stavby b) provést základní korozní pr zkum c) navrhnout ochranná opat ení v pr hu projektových prací pop ípad vypracovat speciální dokumentaci pro kontrolu korozních vliv (monitoring bludných proud ,pasivace,katodická ochrana atd.) d) realizovat navržená ochranná opat ení proti ú ink m bludných proud na liniových i neliniových stavbách e) provád t kontrolní m ení v pr hu stavby tam,kde je to ú elné (nap .kontrola kvality realizace pasivních ochranných opat ení v pr hu výstavby,kontrola vlivu bludných proud b hem stavby apod.) f) záv re ná m ení po dokon ení stavby g) periodicky m it, monitorovat a udržovat ochranné i monitorovací systémy stavby Projektanti POV i provozovatelé objekt na své povinnosti,uvedené ad g) však pon kud pozapomínají.Z tohoto hlediska eká odbornou ve ejnost ješt velmi mnoho osv tové práce. V ustanovení odstavce NA.4 jsou shrnuty dosavadní znalosti a zkušenosti z provozu ochranných opat ení takto: 1. U železobetonových konstrukcí se p ednostn navrhují pasivní ochranná opat ení.Ta spo ívají v: a) užití cement ,resp.beton s co možná nejvyšší koncentrací vápníkových iont ,které jsou v pr hu života
51
stavby postupn vyplavovány a reagují s ocelovou výztuží za vzniku komplexních slou enin železa,vápníku,hliníku,k emíku,ho íku a dalších prvk .Tyto slou eniny povrch oceli pasivují,zabra ují p ístupu kyslíku k povrchu ocel.výztuže a tím omezují povrchovou korozi výztuže. b) užití ochranných nát povrchu železobeton.konstrukcí na bázi asfaltových hmot s obvyklým nát rovým systémem sestávajícím z penetra ního nát ru a následným nát rem asfaltovými hmotami,jednoduchým i dvojnásobným.Tam,kde je to ú elné a možné,lze na asfalt.nát r,obvykle dvojnásobný,aplikovat za tepla asfaltovano sklovláknitou rohož,která zvyšuje ohmický odpor p echodové vrstvy mezi železobetonovou konstrukcí a okolním p dním prost edím. c) užití tzv.plastbeton na bázi epoxidových prysky ic s anorganickými plnidly,nej ast ji mletým vápencem. Plastbetony se užívají jako podkladní nebo p echodové vrstvy mezi t mi ástmi železobetonové konstrukce kde chceme zamezit p estupu bludných proud ze spodní ásti stavby do dalších ástí stavby.Typickým p íkladem je vetknutí nosných sloup do kalichu prefabrikované patky, které je zalito plastbetonem. 2. U liniových za ízení se navrhuje aktivní ochrana dle stávajících norem a p edpis ( SN EN 12954:2001; SN 03 8355; SN EN 13509:2004; SN 03 8360 a norem souvisejících,nap SN 03 8374:1975; SN 03 8375:1987; SN 03 8376:1976).P i návrhu aktivní (katodické) ochrany p ed inky chemických vliv se postupuje dle SN EN 12696. V lánku NA.5 je stanoveno,že požadavky na m ení vlivu bludných proud pro železobetonové konstrukce v etn kritérií a podmínek pro návrh aktivní ochrany železobetonových konstrukcí proti ú ink m bludných proud stanovuje Pokyn MD D DEM:Metodický pokyn dokumentace elektrických a geofyzikálních m ení betonových most pozemních komunikací z roku 1995; v podmínkách Dráhy SR Metodický pokyn .5/7(S); p íloha 1.;Služební rukov "Ochrana železni ních mostních objekt proti ú ink m bludných proud ",jakoži u D téžTechnické podmínky TP 124-"Základní ochranná opat ení pro omezení vlivu bludných proud na mostní objekty a ostatní betonové konstrukce pozemních komunikací" z r.2000 a "Technické kvalitativní podmínky staveb eských drah".Ustanovení t chto p edpis lze pro projekci a stavbu železobetonových konstrukcí v proudovém poli bludných proud užít p im en .Pokud se v podmínkách D musí za ízení p ipojovat ke zp tnému kolejnicovému vedení elektrizovaných drah,pak musí spl ovat požadavky kladené na za ízení,p ipojované k trak nímu vedení dle podmínek SN EN 50122-1 a SN EN 50122-2. Tolik k obsahu národního dodatku normy SN EN 50162.Všimneme si blížtechnických podmínek a prost edk , které jsou v této norm zmi ovány. Pokud se hovo í o základním korozním pr zkumu, vždy se má na mysli zjišt ní - m rné rezistivity p dy Wennerovou metodou v hloubce,korespondující s efektivní hloubkou založení stavby,obvykle v 1/3 výšky založení spodní stavby do terénu,m eno od základové spáry.P i v tších hloubkách zano ení je vhodné užít metodu VES (vertikálního elektrického sondování) pro dv i více hloubek.Vychází se z geologického profilu podloží a elektrické vodivosti jednotlivých podložních vrstev,pokud byla stanovena ve stavebn geologickém pr zkumu (SGP) i v hydrogeologickém pr zkumu stavby (HGP).Výše hladiny podzemní vody je d ležitá pro posouzení korozní situace v míst stavby - sm ru a velikosti vektoru bludných proud ,gradientu elektrického pole bludných proud a jejich proudové hustoty - p edpokládaného zdroje ( i zdroj ) bludných proud ,pop ípad oblastí interference - klasifikaci korozního ohrožení dle platných norem,ur ení anodické a katodické oblasti pro
52
danou stavbu -
návrh ochranných opat ení dle SN EN 50162.Téžby m lo být ur eno,zda je nutný i vhodný monitoring bludných proud ,tekoucích podzemní ástí stavby.
Pro ú ely monitoringu je nutno vytvo it a umístit v armatu e podzemní ásti objektu snímací elektrody (SE), které jsou tvo eny ocelovou p íložkou,k níž je aluminotermicky p iva en celoplastový kabel s m ným jádrem,obvykle typu CYKY 4B x 1,5 mm2.Ob ern zna ené žíly kabelu jsou p iva eny aluminotermicky jako jeden pól k p íložce,ob zbývající (barevn rozlišeny) žíly,jsou k p íložce p iva eny jako druhý pól.Toto uspo ádání umož uje ohmmetrem kontrolovat: - celistvost žil kabelu - neporušenost každého pólu,p iva eného k p íložce - vodivé spojení pól p es p íložku Všechny 4 žíly jsou ukon eny na svorkovnici (v ne ku) elektroinstala ní krabice v provedení pro zalití do betonu. Kabely,kterými jsou potenciály bludných proud odvád ny do samostatné rozvodnice pro ú ely monitoringu,jsou op t 4žilové,s odpovídajícím barevným zna ením. Rozmíst ní SE v armatu e se volí dle projektové dokumentace,kterou zpracovává obvykle korozní technik s p ihlédnutím ke korozn významným oblastem stavby.V p ípad neur itosti doporu uji rozmístit SE v rozích budovy,nebo zde nej ast ji bludné proudy vystupují ze spodní stavby a jsou korozn nebezpe né (anodická oblast). P i v tších hloubkách založení spodní stavby se snímací elektrody umis ují ve dvou i více hladinách armatury. Instala ní krabice se p ipev ují na bedn ní tak,aby po jeho odstran ní byl do krabic p ístup z vnit ních komunika ních prostor suterénu (1.PP).Kabely od krabic SE jsou pak vedeny pomocí nosného materiálu (lišty,trubky,žlaby,rošty)do rozvodnice RMBP.V ní jsou žíly jednotlivých kabel ukon eny na barevn rozlišených adových svorkách.Mimo snímacích elektrod (SE) se z izují referen ní elektrody (RE),cožjsou pr myslov vyráb né m icí polo lánky Cu/CuSO4 dle SN 03 8360 až SN 03 8369.Jejich životnost se p edpokládá do 10ti let ,jsou v zemi uloženy vyjímateln v plastové trubce vhodných rozm a ve vhodné hloubce,která se m že p ípad od p ípadu lišit. Vždy však koresponduje s hloubkou uložení SE i s hloubkou monitorované železobetonové konstrukce.RE bývají umis ovány alespo u dvou st n objektu ve vzdálenosti v tší než5 m od jeho obrysu,pokud to stavební dispozice dovolí.Výhodn jší je však použít 3 nebo 4 ks RE ,umíst ných ve sm rech,definovaných v i sv tovým stranám.Rozmíst ní RE bude zakótováno v dokumentaci skute ného provedení stavby,jeho kopie bude vložena ve dvou exemplá ích do RMBP,z toho jeden exemplá bude nalepen zevnit na dve ích rozvodnice RMBP.Usnadní se tak provád ní kontrolních ení po dobu životnosti stavby. Spojení kabelových žil od SE a RE k žilám kabel ,vedených do RMBP doporu uji realizovat m kkým pájením a následným zalitím krabice asfaltovým kompaundem (zálivková kabelová hmota K1) nebo tvrdým parafinem (Parafinum durum Spofa i jiný dodavatel).Takto provedené spoje prakticky netrpí korozí,kontrolu kvality spoj lze provád t kdykoliv ohmmetrem z rozvodnice RBMP.O nam ených hodnotách odporu jednotlivých žil a spoj se vede a archivuje záznam. P i kontrolních m eních monitoringu bludných proud se m í sm r a velikost proud ,interagujících se železo betonovou hmotou stavby.Výpo tem p íslušných veli in lze vysledovat v ase se m nící vlivy bludných proud na vlastní stavbu.Pro zamezení vniku bludných proud do objektu p es ekvipotenciální p ípojnici (EP) je vhodné potenciálov odsadit asi o 2,5 V základový zemni ,samostatný zemni hromosvodu,sd lovacího za ízení,ochranné uzemn ní (je-li z izováno) od ostatních vzdálených zemí (nn i vn napájení objektu) pomocí diodového ochranného lenu,dimenzovaného na 25% bleskového proudu a na 50 % zkratového proudu napájecí sít .Obvykle vyhoví základní provedení diodového ochranného lenu (DO ). A nyní k vlastním poznatk m z n kolikaleté praxe ochrany p ed ú inky bludných proud v
53
podmínkách stavebnictví.Jednozna se potvrdily jižpozapomenuté poznatky teoretické elektrotechniky o deformaci proudového pole vlivem vodivé hmoty v tomto poli se nacházející, nap .p i ení podzemních kolektor v centru m sta Brna.Stínících ú ink t chto vodivých hmot je dosaženo tím,že železobeton prakticky p ebírá m rnou rezistivitu okolního p dního prost edí a prostor uvnit kolektoru je docela dob e odstín n od t chto vn jších vliv (Faradayova klec). Dále se potvrzuje nutnost,ba nevyhnutelnost provád t základní korozní pr zkum za všech okolností a prakticky všude,nebo s rozvojem elektrizace domácností,kancelá í a provozoven se i distribu ní transformovny 22/0,4 kV stávají zdrojem ss bludných proud ,unikajících z jejich uzemn ní. Totéž se týká osv tlovacích rozvod s vysokotlakými výbojkami rtu ovými,sodíkovými a metalhalogenidovými,které mimo sv tla téžprodukují ss proudovou složku,jejíž ást uniká z uzemn ní uzlu napájecího zdroje jako ss bludné proudy. Na území R snad s vyjímkou horstev nebo odlehlých míst prakticky neexistuje místo,kde by ss bludné proudy nebyly detekovány.Bude téžnutno v novat pozornost m ení st ídavých bludných proud pr myslových kmito . V pr myslových závodech,které využívají za ízení nf a sf pro oh ev, ízení otá ek motor i jiné ú ely,se vyskytují st ídavé bludné proudy o velikosti srovnatelné nebo i vyšší než bludné proudy stejnosm rné a jsou tudíž již korozn nebezpe né. ím nižší kmito et,tím vyšší korozní ohrožení.Zejména stavebn projektové firmy byly postaveny p ed novou normu SN EN 50162 jako p ed nezvratný fakt,se kterým se vyrovnávají velmi individuáln .Stavby, zohled ující ú inky této normy jsou dokon ovány a zatím nelze zobecnit první poznatky z realizace.To bude možné až v horizontu nejbližších 3 až 5 let.Odborná ve ejnost bude zcela jist informována tak, aby byla sjednocena praxe v intencích výše uvedené normy i norem v tomto období ipravovaných.
Olomouc,srpen 2006
54
