Možnosti zvýšení trvanlivosti a sanace železobetonových konstrukcí Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební
Zlepšování trvanlivosti železobetonu • Chemické přísady do betonu • Příměsi do betonu • Korozivzdorná výztuž
Chemické přísady do betonu • • • •
Plastifikační (snížení V/C) Provzdušňovací (zlepšení mrazuvzdornosti) Zpomalovače a urychlovače tuhnutí SRA (omezení smrštění a trhlin)
Poznámka: Termínem přísady do betonu obvykle označujeme kapalné složky
Plastifikační přísady • Přínosy: Snižují V/C → menší pórovitost betonu, vyšší pevnosti a odolnosti • Odolný beton: V/C ≈ 0.4 a nižší • Typy plastifikátorů: Lignosulfonany (cca od 1950) – redukce dávky vody 10% Naftaleny, melaminy (cca od 1960) – redukce dávky vody 10 – 25% Polykarboxyláty (cca od 1990) – redukce dávky vody 40%, nové možnosti v technologii – SCC, HPC, UHPC
Provzdušňovací přísady • Přínosy: Provzdušnění betonu zvyšuje odolnost betonu proti působení vody, mrazu a CHRL • ČSN EN 206 požaduje provzdušněný beton pro SVP XF2 až XF4 (obsah vzduchu ≥ 4%) • Žádoucí jsou vzduchové póry velikosti do 0.3 mm • Vedlejší účinky: snížení mechanických vlastností, možné zvýšení propustnosti
Zpomalovače a urychlovače tuhnutí • Přínosy: Zlepšení zhutnění betonu, snížení pórovitosti • Zpomalovače - prodloužení doby zpracovatelnosti (transportbeton) • Urychlovače – použití při nízké teplotě, stříkané betony, prefavýroba
Přísady omezující smršťování • SRA – Shrinkage Reducing Admixture • Přínosy: Omezení výskytu smršťovacích trhlin , zejména v počátečním stádiu hydratace cementu • Princip: snížení povrchového napětí vody
Příměsi do betonu • • • • • •
Popílek Vysokopecní struska Mikrosilika Metakaolín Utěsňující příměsi PP Vlákna
Poznámka: Termínem příměsi do betonu obvykle označujeme sypké složky
Popílek
• Popílek – odpadní produkt ze spalování uhlí v elektrárnách (použití v betonu dle ČSN EN 450-1 nebo dle ČSN EN 12610) • Přínosy: Zvýšení odolnosti v určitých typech agresivního prostředí (síranová agresivita), snížení vývinu hydratačního tepla při tvrdnutí betonu Pozn: Možná rizika popílku pro odolnost proti mrazu (XF4)
V ČR popílek použit mj. při výstavbě VD Orlík (1961) Pevnost betonu po 50 letech narostla cca 3.5x oproti 28 denní pevnosti
Vysokopecní struska • Struska je vedlejší produkt metalurgických procesů (zpracování železné rudy) • V mleté formě se přidává jako přísada do cementu (struskoportlandský, vysokopecní cement) • Přínosy: Zvýšení odolnosti betonu v určitých typech agresivního prostředí (síranová agresivita), snížení vývinu hydratačního tepla při tvrdnutí betonu
Mikrosilika • Amorfní SiO2, kulové částice o průměru 150 nm (cca 100x menší než zrna cementu) • Přínosy: Zvýšení hutnosS betonu → pevnost, odolnost • Snižuje rizika vzniku alkalické reakce kameniva • Mikrosilika vzniká kondenzací pecního plynu v elektrických pecích při výrobě slitin (ferosilik)
Metakaolíny • Vznikají tepelnou úpravou kaolinitu (600 - 900° C) • Pucolánový materiál - reakce s Ca(OH)2 • Všeobecné zlepšení parametrů čerstvého i ztvrdlého betonu (zpracovatelnost, odolnost, vodonepropustnost, snížení rizika alkalické reakce kameniva aj.)
Utěsňující příměsi • Krystalizace složek příměsi v pórovém systému betonu • Použití – novostavby - dávkování do betonu – sanace - aplikace roztoku na povrch betonu
Vyplnění pórového systému v betonu krystalickými strukturami (Xypex)
Polypropylenová vlákna • Zvýšení požární odolnosti betonu • PP vlákna: Ø 18µm, dávka 1 kg/m3 betonu • Vlákna též používána pro omezení vzniku trhlin od plastického smršťování betonu
Princip: PP vlákna se při požáru taví, vzniklá síť dutin snižuje pórový tlak v betonu
Výztuž – eliminace koroze • • • • •
Výztuž s povlakem Galvanizovaná výztuž Nerezová výztuž Polymer-vláknová výztuž (sklo, čedič) Katodová ochrana výztuže
Výztuž s epoxidovým povlakem • Povlak vytváří bariéru neprostupnou pro korozní činitele • Relativně malé navýšení ceny výztuže • Nutná opatření při manipulaci, případná poškození povlaku musí být před betonáží opravena
Žárově zinkovaná výztuž • Standardní ocelová výztuž, povlak Zn, tloušťka povlaku cca 100 µm • Žárové zinkování ponorem – teplota cca 450°C
Poznámka: Termín „galvanized steel“ se užívá i pro žárové zinkování
Žárově zinkovaná výztuž • Princip ochrany: Bariérová + galvanická • Galvanická ochrana oceli přetrvá i při lokálním porušení zinkové vrstvy • Ochrana výztuže i při kontaminaci betonu chloridy
Schéma galvanické ochrany (ocelová katoda nekoroduje)
Výztuž z nerezové oceli • Nerezová ocel – běžná uhlíková ocel s legovacími přísadami (Cr - až 30%, Ni, Mo, Mn) • Způsob použití srovnatelný s běžnou výztuží (ohyby, svařování apod.) • Přípustný obsah chloridů v betonu cca 10x vyšší, korozní odolnost nerezové oceli závisí na jejím složení • Nevýhoda – velmi vysoká cena • Použití při sanacích
Polymer-vláknová výztuž • Příklady materiálu vláken: sklo, čedič (bazalt) • Matrice na bázi polymerů • Bazaltová výztuž - pevnost přibližně 2x vyšší než u oceli, modul pružnosti nižší (cca 50 GPa) • Nevýhody: nelze ohýbat, nevýrazná mez kluzu
Katodová ochrana výztuže • Ochrana založena na elektrochemickém principu, nutný trvalý zdroj stejnosměrného napětí • Nutno dodatečně instalovat anodu ve vrstvě betonu (titanová síť)
Sanace železobetonových konstrukcí • Diagnostika Korozní stav výztuže (karbonatace betonu, kontaminace chloridy, el. potenciál výztuže) Narušení betonu (pevnost, ASR, hlinitanový cement – do 1986)
• Projekt sanace • Realizace sanace
Technologie sanace – základní kroky • • • •
Odstranění narušeného betonu Antikorozní ošetření výztuže Reprofilace Sekundární ochrana
Děkuji za pozornost
• Železobetonový most z r. 1912
