PŘEDMLUVA. Vážené dámy a pánové,

PŘEDMLUVA Vážené dámy a pánové, opět se mi dostalo cti, obrátit se na Vás v úvodníku sborníku symposia SANACE 2003. Letošní symposium je již v pořadí třinácté. Čas letí velmi rychle, ani bychom si to asi jinak ani neuvědomili. Opět jsme o něco dále, než před rokem. Sdružení pro sanace betonových konstrukcí vstoupilo loni na podzim již do jedenáctého roku svého vývoje. SSBK oslavilo v minulém roce, v listopadu deset let své existence. Hlavní motto SSBK, které bylo vysloveno při zakládání, bylo vytvoření bezkonfliktní platformy, která má šířit osvětu v oblasti sanací betonových konstrukcí. Jedná se jednak o výměnu zkušeností mezi prováděcími firmami ale i investory. Dále pak jde o zajištění legislativního rozvoje oboru. Mimo jiné sem je možno zařadit i účast na tvorbě norem a směrnic, které by měly sanace betonových konstrukcí provázet. V tomto směru právě na letošním symposiu máme možnost „pokřtít“ nové a dlouho očekávané Technické podmínky pro provádění sanací betonových konstrukcí SSBK, jejichž hlavními autory jsou pánové prof. Ing. Rostislav Drochytka,CSc. a doc. Ing. Jiří Dohnálek,CSc. Všichni vnímáme, že bouřlivý rozvoj betonového stavebnictví pronásleduje ruku v ruce i nutnost o betonové stavby se starat. Stav mnoha betonových konstrukcí, se kterými se setkáváme všude kolem nás, a který mj. vyplývá z obecného technického povědomí, jakoby naznačoval, že uvažujeme o betonu jako o věčném materiálu. Ostatně domněnka, že betonové prvky jsou věčné, je obecně rozšířena. Majitelé a provozovatelé betonových konstrukcí se k nim často tak chovají. Obecně vzato nejedná se pouze o ty, kteří nejsou schopni odhadnout všechny negativní vlivy, které působí na beton jako materiál. Často se jedná i o velmi fundované instituce (včetně státních), které oplývají velkým počtem nejen betonových konstrukcí ale i odborníků, kteří rozumí teorii i praxi betonu. Mnozí uživatelé betonových konstrukcí se často hájí argumenty – sanace betonu jsou velmi nákladné, chybí na ně finanční prostředky v rozpočtu, pročež nejsou nutné. To je ovšem velmi bláhové. Všichni to víme. Je to typické strkání hlavy do písku. Navíc ten nejlevnější způsob sanace, totiž permanentně prováděná a důsledná prevence poruch a impregnace povrchů konstrukcí se často provádí laxně, nebo se neprovádí vůbec. Argumentem jsou patrně také chybějící finanční prostředky. Ovšem je nutno si uvědomit fakt, že i u betonových objektů funguje příměr, který často a rád používám, totiž o poškozené střešní tašce, která když se včas nevymění, dochází postupně ke zkáze celého objektu. Platnost tohoto příměru si můžeme přiblížit, když si prohlédneme některé totálně zdevastované železobetonové objekty, často historické ceny, kde by minimální údržba nebo včas provedená sanace, tedy ona „výměna střešní tašky“ postačila k jejich záchraně. Právě „Účinná prevence poruch jako nejefektivnější sanace betonové konstrukce“, je ústředním tématem pro nadcházející, v pořadí již třinácté symposium SANACE 2003. 1

Existence SSBK je jasným důkazem toho, že problematika sanací betonových konstrukcí je chápána mnoha firmami a organizacemi velmi vážně. Vzhledem k „sanačnímu“ potenciálu, který náš stát nabízí je tento zájem logický. Uvědomme si, kolik je nutno u nás konkrétně sanovat betonových mostů, kolik průmyslových objektů. Kolik konstrukcí je nutno zesílit, aby mohly plnit požadavky, které na ně jistě budou kladeny. Kolik vodních děl potřebuje radikální sanační zásah, kolik konstrukcí v energetice. V poslední době navíc začínáme odkrývat nový fenomén stavebnictví, což je revitalizace panelových domů. V poslední době často slýcháme od mnoha našich vedoucích představitelů teze o „nepolitické politice“. Samotný tento termín považuji za protimluv. Na druhou stranu ale se domnívám, že my odborníci, bychom se měli výrazněji plést do jakési odborné odrůdy politiky, která by měla vyústit až do prosazování těch zájmů a procesů, které jsou nám vlastní. Totiž jde především o bezemoční a technickými naukami vyargumentované uvažování a jednání o budování konkrétních objektů technické vybavenosti státu – ať už se jedná o privátní, nebo veřejný sektor. Samozřejmě jde především o prosazování racionálních myšlenek, přičemž hlavními pojmy přitom by měly být pojmy jako jsou: efektivita, rendita, užitnost, racionálnost. To jsou pojmy, kterým my technici velmi dobře rozumíme. Takže když se vrátím k úvaze o „nepolitické politice“, proč tedy neuvažovat o „racionální investiční politice“ a když se budu orientovat především na náplň činnosti SSBK, proč nehovořit i o „sanační politice“. To je téma, kterému docela dobře rozumíme, často na rozdíl od těch, kteří jsou za stav našich hmotných betonových statků odpovědni. Trošku jsem se asi zapovídal, nechci svými úvahami zneužít pozornosti Vás, účastníků symposia SANACE 2003. Na druhou stranu se domnívám, že vzhledem k našemu odbornému potenciálu, bychom skutečně měli více usilovat o prosazení našich názorů do běžné každodenní praxe. Závěrem mi jako prezidentovi SSBK dovolte vyslovit názor. Totiž, že sanace betonových konstrukcí jsou jedním z oborů budoucností našeho stavebnictví. A v tomto kontextu jsou všichni velmi upřímně a srdečně zváni ke spolupráci na společném úkolu. Tento úkol zní: Posilme svou invencí oblast nejen betonového stavitelství, ale také sanací betonových konstrukcí, zapojme se tak do úsilí, které tomuto oboru věnuje právě SSBK. Postarejme se společně o to, aby stále sílila, naše odborná a profesní prestiž. Ing. Zdeněk Jeřábek,CSc. prezident Sdružení pro sanace betonových konstrukcí, prokurista Infram, a. s.

2

STAVEBNÍ PRŮZKUM, DIAGNOSTIKA A PROJEKTOVÁNÍ SITE INVESTIGATION, DIAGNOSTICS, DESIGNING

Doc. Ing. Leonard Hobst, CSc.

POSOUZENÍ STÍNÍCÍCH VLASTNOSTÍ STÁVAJÍCÍCH BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ PROTI ÚČINKŮM IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ ASSESSMENT OF SHIELDING PROPERTIES OF EXISTING STRUCTURES AGAINST EFFECTS OF IONISING RADIATION

CONCRETE

Doc. Ing. Leonard Hobst,CSc. (1) Ing. Ondřej Anton (2) Ing. Lubomír Vítek (3) ÚSTAV STAVEBNÍHO ZKUŠEBNICTVÍ, Středisko radiační defektoskopie, FAST VUT v Brně, Veveří 95, 602 00 Brno (1) Tel.: (++420) 541147836, Fax: (++420) 541147826, e-mail: [email protected] (2) Tel.: (++420) 541147823, Fax: (++420) 541147826, e-mail: [email protected] (3) Tel.: (++420) 541147825, Fax: (++420) 541147826, e-mail: [email protected] Anotace: Nová aplikace radiometrického měření na stanovení stínících vlastností konstrukcí zdrojů záření o velkých energiích a aktivitách. Metoda byla odzkoušena při stanovení stínících vlastností „horké komory” na úložišti radioaktivního odpadu RICHARD. Abstract: New application of radiometric measurement to the assessment of shielding properties of structures of radiation sources of high energy and activity. The method was tested in assessing the shielding properties of a „hot cell“ of the RICHARD radioactive waste depository. 1. ÚVOD Využívání ionizujícího záření v průmyslu a energetice nabývá od 2. pol. 20. století v průmyslově vyspělých státech stále širší uplatnění. Zejména jaderné elektrárny mají a budou mít i v budoucnu rozhodující podíl na výrobě elektrické energie státu. A v neposlední řadě na využívání záření o vysoké energii je založena také terapie onkologických onemocnění, jejichž výskyt dosahuje, bohužel, v populaci průmyslově vyspělých států stále hrozivějších čísel. Využívání zdrojů ionizujícího záření je podmíněno dodržováním přísných bezpečnostních opatření na zamezení úniku ionizujícího záření, které by nejen ohrožovalo zdraví obsluhujícího personálu, ale které by také znehodnocovalo životní prostředí . Zastrašující povědomí o zdravotně škodlivých účincích ionizujícího záření lidstvo získalo v konečné fázi 2. světové války po svržení jaderných bomb na japonská města Hirošimu a Nagasaki a postupně bylo prohlubováno také několika haváriemi, 6

zejména havárii jaderné elektrárny v Černobylu. Na tlumení obav některých skupin lidské populace ze vzrůstajícího stupně využívání různých zdrojů ionizujícího záření jsou zaváděny stále přísnější předpisy a zvýšená pozornost je věnována výzkumu a zavádění bezpečných konstrukcí na odstínění zdrojů záření od vnějšího prostředí. Největšími zdroji ionizujícího záření jsou reaktory jaderných elektráren, ale patří k nim také lineární urychlovače. Tyto zdroje vyžadují pro bezpečné odstínění vysokoenergetického záření speciální stínící konstrukce, nejčastěji z obyčejného nebo těžkého betonu ovšem o tloušťce přesahující řádově metry. Speciální stínící konstrukce však vyžadují také zdroje záření s nižší energii, jako jsou gamazářiče, užívané jak v defektoskopii, tak v lékařské terapii, dále ozařovače používané pro sterilizaci potravin a zdravotnických výrobků a speciální laboratoře pro manipulaci s radioaktivními látkami, zvané “horké komory”. Technický vývoj směřuje k tomu, že jsou uplatňovány zdroje se stále vyššími energiemi a vyššími dávkovými příkony záření, které postupně nahrazují stávající morálně zastaralé lineární urychlovače. Tyto nové zdroje záření je nutno umisťovat do stávajících stínících konstrukcí, které však musí být rekonstruovány, aby vyhověly novým, zpravidla vyšším parametrům ozařovače a nově platným bezpečnostním předpisům. Hlavním parametrem, který je třeba ověřit před rekonstrukcí stávajících stínících konstrukcí, je posouzení jejich stínících vlastností, aby vyhovovaly pro zachycení záření emitovaného novým ozařovačem. Stínící vlastnosti se dají v optimálním případě stanovit přímým měřením dávkového příkonu na povrchu stínící konstrukce při zapnutém ozařovači nebo vysunutém gamazářiči (obr. 1). Pro orientační měření lze uskutečnit odběr vzorků materiálu stínění (jádrovými vývrty) a jeho rozborem t.zn. stanovením objemové hmotnosti a složení materiálu stínění. Z takto získaných údajů lze sice stanovit stínící vlastnosti konstrukce, ovšem pouze v místě odebraného vzorku – nejsou zaručeny stínící vlastnosti po celé tloušťce stínění. V případě, že k přímému proměření stínící konstrukce nelze využít stávajícího zdroje záření (byl demontován anebo jinak vyřazen z provozu), byla na Středisku radiační defektoskopie ÚSZ FAST VUT v Brně vyvinuta a odzkoušena náhradní radiometrická metoda kontroly, která pro ověření stínících vlastností konstrukce aplikuje výsledky měření zeslabení dávkového příkonu zářiče Co60, používaného v defektoskopii, který se umisťuje do otvorů vyvrtaných ve stěnách ověřované stínící konstrukce. 2.

ZESLABENÍ ZÁŘENÍ PŘI PRŮCHODU STÍNÍCÍ KONSTRUKCÍ

Při průchodu záření gama stínícím materiálem dochází ke třem základním jevům, které způsobují jeho zeslabení a rozptyl. Je to fotoefekt, Comptonův rozptyl a tvoření dvojic. Obecně platí, že se vzrůstající objemovou hmotností materiálu ρ a klesající energií záření E, rostou stínící vlastnosti materiálu. Záření gama kobaltu Co60, které je pro radiometrické měření nejčastěji používáno, má střední energii záření E = 1,25 MeV. Při posuzování stínících vlastností konstrukcí je hodnocen jako hlavní i parametr násobnost zeslabení K, který vyjadřuje poměr kolikrát stíněná konstrukce zeslabuje dávkový příkon záření oproti nestíněné.

7

. D0 K= . D

(1)

kde . K - násobnost zeslabení [1] D. 0 - dávkový příkon nezeslabeného svazku záření [mGy/h] D - dávkový příkon zeslabeného širokého svazku záření [mGy/h] Protože hodnota násobnosti zeslabení přesahuje mnohdy několik řádů, je výhodné při výpočtech a posuzování stínících konstrukcí zavést pojem logaritmická úroveň násobnosti zeslabení N, která je dekadickým logaritmem násobnosti zeslabení K. N = log K Např. K = 1 000 000 je možno vyjádřit jako N = 6. Logaritmická úroveň násobnosti zeslabení N současně udává, kolik desetinných tlouštěk stínícího materiálu d1/10 konstrukce obsahuje. Desetinná tloušťka materiálu d1/10 je přitom taková tloušťka materiálu, která zeslabí dávkový příkon záření na 1/10 původní hodnoty. . Dávkový příkon nezeslabeného svazku záření D0, který vychází ze zářiče lze vypočítat z aktivity A a druhu zářiče o energii E ve stanovené vzdálenosti l od jeho středu dle rovnice:

. kde D0 A ΓCo l

A . ΓCo . D0 = l2

(2)

- dávkový příkon nezeslabeného širokého svazku záření [mGy/h] - aktivita zářiče [GBq] - konstanta gama pro kobalt [ΓCo = 0,347 mGy.m2.h-1.GBq-1] - vzdálenost zářič - detektor [m] . Dávkový příkon zeslabeného širokého svazku záření D, který prošel stínící konstrukcí, lze početně zjistit z exponenciální rovnice zeslabení záření: . . . D = B . D0 . e - μm .ρ . kde D0 B. D0 e μm ρ d

. d

(3)

- dávkový příkon zeslabeného širokého svazku záření [mGy/h] - vzrůstový faktor [1] (hodnota B je tabelována) - dávkový příkon nezeslabeného svazku záření [mGy/h] - základ přirozených logaritmů - hmotnostní součinitel zeslabení [m2/kg] (je závislý na energii E) - objemová hmotnost stínícího materiálu [kg/m3] - tloušťka stínícího materiálu [m]

8

Záření je v materiálu obecně zeslabováno exponenciálně. Pro široký svazek záření (a ten je v naprosté většině případů) se však musí počítat s rozptylem a absorpcí záření, které jsou jiné v bezprostřední blízkosti zdroje záření a ve větší vzdálenosti od zdroje záření. Tuto rozdílnost pole záření zohledňuje vzrůstový faktor B, který závisí na energii záření E, objemové hmotnosti ρ a celkové tloušťce stínění d. Úpravou rovnice zeslabení (3) je možné vypočítat některé údaje (např. d, nebo ρ) . o stínící konstrukci, pokud. jsou zbývající parametry změřeny ( D ), odečteny z tabulek (μm, B), nebo vypočteny ( D0 ). Při radiometrickém měření je dávkový příkon zeslabeného svazku záření určován přímým měřením monitorem dávkového příkonu záření gama (Obr. 2) a tato hodnota je přijímána pro další výpočet. 3. METODA RADIOMETRICKÉHO MĚŘENÍ STÍNĚNÍ Z VÝVRTU Při této metodě měření vlastností stínění je zářič umístěn do vývrtu, zasahujícím přibližně do poloviny tloušťky stínící stěny (Obr. 3).. Monitorem dávkového příkonu se . pak zjišťuje dávkový příkon zeslabeného záření DA a DB na obou lících kontrolované stěny. Velkou výhodou této metody je to, že aktivita zářiče může být cca 1000 x nižší než při přímém radiometrickém měření napříč celé tloušťky stěny, což umožňuje, že jako zdroje záření se může využít zářičů běžně užívaných v defektoskopii (nejčastěji Co60). Při vyhodnocování radiometrického měření z vývrtu však nelze vycházet z předpokladu, že jednotlivé, za sebou následující desetinné tloušťky stínění d1/10, mají stejnou hodnotu (tloušťku). Většina mezinárodních předpisů (např. ICRU) sice vychází z předpokladu, že jednotlivé desetinné tloušťky d1/10 pro dané energie záření mají vždy stejnou hodnotu, ale to je zjednodušující předpoklad. Experimentální měření a výpočtové modely, vycházející z měnící se hodnoty vzrůstového faktoru B, prokazují, že účinnost stínění roste s jeho zvyšující se tloušťkou d. Hodnota prvé desetinné tloušťky směrem od zářiče je proto o cca 50% vyšší nežli následující desetinné tloušťky stínění (obr. 4). Až průměrná hodnota ze šesti po sobě následujících desetinných tloušťkách se rovná tabulkové hodnotě uváděné v mezinárodních předpisech. Při výpočtech stínění velkých tlouštěk (nad 1,5 m) je tabulková hodnota desetinné tloušťky d1/10 dostatečně přesná, ale u malých tlouštěk stínění (kolem 0,5 m), se kterými počítáme při radiometrickém měření z vývrtu, by při stanovení vlastnosti stínění docházelo k poměrně velkým nepřesnostem (stínící vlastnosti stěny by byly podhodnoceny). Na výpočtových modelech a také experimentálně byl proto hledán a odvozen vztah, který bere v úvahu skutečnost, že při radiometrickém měření z vývrtu záření prochází 2 x přes první desetinnou tloušťku, která má jak již bylo zmíněno o cca 50% vyšší hodnotu, než při skutečném průchodu záření celou stěnou, kdy tato první desetinná tloušťka se vyskytuje pouze jednou. Měření prokázala, že tento vztah je závislý především na tloušťce stínění d zatím co objemová hmotnost stínícího materiálu má jen podřadný vliv. To umožnilo odvodit vztah pro výpočet korekčního součinitele q na: q = 5,5 * d

(4) 9

kde

q – korekční součinitel [-] 5,5 – experimentálně stanovená hodnota [m-1] d – celková tloušťka stínění [m]

Dávkový příkon nezeslabeného svazku záření , ze zářiče umístěného ve vývrtu, se stanovuje výpočtem (rovnice 2) pro oba líce kontrolované konstrukce (pokud je zářič přesně uprostřed stěny, stačí jen jeden výpočet). Po změření dávkového příkonu zeslabeného záření a na lících stěn se vypočtou násobnosti zeslabení KA a KB dle rovnice (1). Celková násobnost zeslabení stínící stěny KT se pak získá vynásobením obou vypočtených hodnot a korekčního součinitele q: KT = KA * KB * q

(5)

Po dosazení vztahu (4) dostáváme: KT = KA * KB * 5,5 * d

(6)

Celková násobnost zeslabení KT tedy udává kolikrát je dávkový příkon záření Co60 zeslaben za předpokladu jeho průchodu ze zdroje celou stínící stěnou. Pokud mají být stínící konstrukce posuzovány pro jiné energie záření, lze na základě celkové tloušťky kontrolovaného stínění d, zjištěné násobnosti zeslabení KT a z tabulek (pro E=1,25 MeV) odečteného hmotnostního součinitele zeslabení μm a vzrůstového faktoru B, stanovit teoretickou hodnotu objemové hmotnosti ρt stínění a to úpravou rovnice (1) a (3) na tvar: (7) Z teoretické hodnoty objemové hmotnosti ρt lze pak vycházet při stanovení násobnosti zeslabení KX stínících konstrukcí pro jiné energie záření dle rovnice: (8) Do rovnice (8) jsou hodnoty hmotnostního součinitele zeslabení μm a vzrůstového faktoru B dosazeny z tabulek, odečtem hodnot pro uvažovanou energií záření E, tloušťku stínění d a objemovou hmotnost ρt. 4. PRAKTICKÉ OVĚŘENÍ RADIOMETRICKÉHO MĚŘENÍ Z VÝVRTU NA STÍNÍCÍ KONSTRUKCI “HORKÉ KOMORY” V ÚLOŽIŠTI RICHARD V souvislosti s připravovanou rekonstrukcí horké komory na úložišti RICHARD, která se uskutečňuje v rámci projektu Phare, bylo nezbytné stanovit stávající stínící vlastnosti stěn horké komory pro záření gama kobaltu Co 60. Doklady o stínících vlastnostech konstrukce horké komory předloženy nebyly, a proto bylo nutno tyto údaje stanovit radiometrickým měřením z vývrtu. Pro kontrolu byly z konstrukce odebrány a prozkoumány jádrové vývrty. 10

a) Popis horké komory Horká komora při úložišti radioaktivního odpadu RICHARD je umístěna v provozní budově (obr. 5). Vnitřní půdorysné rozměry komory jsou 1,45 x 3,0 m, výška komory je 5 m (obr. 6). Tloušťka stínící stěny mezi komorou a manipulovnou je 1,27 m (včetně omítek). Manipulátory, které jsou v komoře používány jsou typu M22 (výrobek bývalého Sovětského svazu). Horká komora je vybavena jeřábem pro manipulaci s přepravními kontejnery o nosnosti 500 kg. Uzavírání horké komory (obr. 7) je řešeno odstupňovaným blokem betonu (zátkou), umístěným na dálkově ovládaném podvozku, který pojíždí po kolejích fixovaných v podlaze. Blok betonu je spojen spřáhlem s vozem pro dopravu kontejnerů. Celková hmotnost bloku je 12 704 kg. Průzor do horké komory má rozměry 800 mm (š) x 600 mm (v) a jeho celková tloušťka činí 950 mm. Průzor je zhotoven ze speciálních olovnatých skel (ρPb = 4760 kg/m3), která mají zajistit ochranu obsluhy v manipulovně před účinky ionizujícího záření. b) Postup radiometrické kontroly Do stínící stěny směrem z manipulovny byly vyvrtány celkem na 4 místech otvory o ∅ 24 mm (místa 1 až 4) (obr. 6), které sahaly do středu tloušťky stěny, tj. do hloubky 635 mm. Do těchto otvorů byl postupně umísťován testovací zářič Co 60 o aktivitě 0,29 TBq (k 18.11. 2002), přepravovaný v defektoskopickém krytu TECH/OPS. Na líci stěny jak v manipulovně (směr A), tak v prostoru horké komory (směr B) byly zjišťovány dávkové příkony záření gama (Obr. 10). Na každém měřeném místě bylo zjištěno 5 údajů, ze kterých se vypočítal aritmetický průměr. Výsledné hodnoty jsou uvedeny v tabulce výsledků měření (Tab. 1). . Tab. 1: Výsledky radiometrického měření dávkového příkonu D z vývrtu Místo měření

Směr A(do manipulovny) [μGy/h]

Směr B (do horké komory) [μGy/h]

1

199,66

169,74

2

197,14

305,64

3

317,38

287,21

4

243,58

239,85

Poznámka: Před zahájením radiometrického měření byla v prostorách horké komory stanovena hodnota přírodního radiačního pozadí. Vzhledem k tomu, že pozadí . dosahovalo velmi nízké hodnoty D p = 96 nGy/h, nebyla jím opravována hodnota výsledků radiometrických měření. c) Vyhodnocení radiometrického měření Pro vyhodnocení vlastností stínění je nutno vypočítat také dávkový příkon . nestíněného zdroje záření D0 pro testovací zářič Co60 o aktivitě A = 0,29 TBq, pro vzdálenost zářič – detektor l = 0,635 m. 11

Po dosazení do rovnice (2) vychází: A . ΓCo . D0 = = 249,563 mGy/h = 249 563 μGy/h l2

. . Tato .vypočtená hodnota D0 byla porovnána s naměřenými dávkovými příkony DA a DB na obou lících stěny, což dává dílčí násobnost zeslabení KA a KB. Výsledná násobnost zeslabení KT , zjištěná pro jednotlivá měřená místa na stěně mezi horkou komorou a manipulovnou dle rovnice (6) byla přehledně sestavena do Tab. 2. Tabulka zahrnuje i celkovou logaritmickou úroveň násobnosti zeslabení NT a odvozený výpočet objemové hmotnosti ρt dle rov. (7).

Obr. 1: Uspořádání přímého radiometrického měření

Obr. 2: Monitor dávkového příkonu a dávky NB 3201

Obr. 4: Hodnoty desetinných tlouštěk d1/10 při průchodu záření gama kobaltu Co60 (E=1,25 MeV) vrstvou betonu ρ = 2350 kg/m3

Obr. 3: Uspořádání radiometrického měření z vývrtu

12

13

1250,0

KA, KB (1)

2 707,51

ρT

ø KT = 8 069 196

51,42

B

2A

816,53

7 220 122

2 625,30

49,35

868,92

4 772 495 6,68

3B 287,21

683 249 5,5 * 1,27 = 6,985

786,32

317,38

3A

ø ρT = 2632,13 kg/m3

2 566,01

47,86

0,005906 * 1,27 = 0,00750062

Výpočet objemové hmotnosti ρT dle (7)

6,86

2B 305,64

1 033 661

1265,92

197,14

ø NT = 6,88

7,11

NT=log KT

μm * d

12 837 207

KT (dle 6)

q = 5,5*d

1470,26

169,74

1B

1 837 825

199,6

. D (Tab.1)

KA, * KB

1A

Měř. místo

Tab. 2: Vyhodnocení radiometrického měření z vývrtu

2 629,72

49,46

6,87

7 446 960

1 066 136

1024,56

243,58

4A

1040,58

239,85

4B

Radiometrické měření prokázalo, že stínící stěny horké komory zeslabují záření od kobaltu Co60 více než osmmilionkrát. Teoretická hodnota objemové hmotnosti dle rovnice (7) vychází ø ρ = 2632,13 kg/m3 . Tato hodnota odpovídá objemové hmotnosti barytového betonu. d) Ověření radiometrického měření z vývrtu Pro ověření radiometrického měření byly na třech místech stínící konstrukce mezi horkou komorou a manipulovnou odebrány jádrové vývrty (Obr. 9). Rozměry, hmotnost a objemová hmotnost vzorků jsou uvedeny v Tab. 3 . Tab. 3: Objemová hmotnost jádrových vývrtů, odebraných ze stínící stěny

Označení

Průměr d [mm]

Délka l [m] Objem V [m3]

Hmotnost m [kg]

ρ [kg/m3]

B-1

0,10030

0,28001

0,00221241

5,7622

2604,2

B-2

0,10041

0,22910

0,00181413

5,2077

2871,6

B-3

0,10023

0,34078

0,00268880

6,8903

2561,1

ø ρ = 2679 kg/m3 Objemová hmotnost jádrových vývrtů odpovídá se značnou přesností objemové hmotnosti zjištěné radiometrickým měřením a odpovídá objemové hmotnosti barytového betonu. 4. ZÁVĚR Radiometrická metoda kontroly vlastností stínění z vývrtu je výhodná nejenom proto, že umožňuje objektivně a s velkou přesností stanovit celkovou násobnost zeslabení stínící stěny KT v případech, kdy nelze (z různých důvodů) prozářit stěnu jedním zářičem přes celou její tloušťku, ale zejména proto, že při jejím použití je potřebná aktivita zářiče cca 1000 krát menší nežli aktivita zářiče pro přímé prozáření konstrukce. Při ověřování radiometrické metody bylo nutno výpočtem a experimentálně odvodit korekční součinitel q, který zohledňuje skutečnost, že absorpce a rozptyl záření v bezprostředním okolí zdroje záření je jiný nežli ve větší vzdálenosti od zdroje záření. Vypracování podkladů pro upřesnění metodiky výpočtu korekčního součinitele q je předmětem probíhajících výzkumných prací. Radiometrická metoda kontroly stínění z vývrtu byla ověřena při posouzení stínících vlastností “horké komory” na úložišti “RICHARD”. Bylo prokázáno, že stínící stěna mezi horkou komorou a manipulovnou je schopna zeslabit záření gama od kobaltu Co 60 více než osmmilionkrát. S touto hodnotou je možné počítat při posouzení funkce stínících stěn z hlediska stanovení podmínek, za jaké maximální aktivity zářiče lze v “horké komoře” pracovat, resp. jak dlouho mohou být pracovníci v manipulovně, aby nepřekročili pro danou aktivitu zářiče povolenou směrnou roční dávku záření. Objemové hmotnosti odebraných vzorků betonu ze stínící stěny prokázaly, že navržené výpočtové postupy a odvozený korekční součinitel q poskytují dobře použitelný systém určování funkční účinnosti stínících stěn. Příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru MSM 261100007 Fakulty stavební VUT v Brně. 14

Obr. 5: Pohled na provozní budovu s horkou komorou

Obr. 6: Schéma rozmístění kontrolovaných míst v horké komoře a manipulovně

Obr. 7: Uzávěr horké komory (zátka)

Obr. 8: Radiometrické měření z vývrtu – měření dávkového příkonu záření Co 60 na stěně manipulovny

Obr. 9: Jádrové vývrty ø100 mm B-1, B-2, B-3

15

VYUŽITÍ METODY AKUSTICKÉ EMISE K HODNOCENÍ STAVU MOSTNÍCH NOSNÍKŮ BRIDGE GIRDERS METHOD USE

CONDITION

EVALUATION

Ing. Karel Pospíšil, Ph.D. Ing. Marta Kořenská, CSc. doc. Ing. Luboš Pazdera, CSc. Ing. Josef Stryk

BY ACOUSTIC

EMISSION

(1) (2) (3) (4)

(1) Centrum dopravního výzkumu, sekce dopravní infrastruktury, Líšeňská 33a, 636 00 Brno Tel.: 549 429 342, fax: 549 429 343, e-mail: [email protected] (2) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav Fyziky, Žižkova 17, 602 00 Brno, Tel.: 541 147 657, fax: 541 147 663, e-mail: [email protected] (3) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav Fyziky, Žižkova 17, 602 00 Brno, Tel.: 541 147 657, fax: 541 147 663, e-mail: [email protected] (4) Centrum dopravního výzkumu, sekce dopravní infrastruktury, Líšeňská 33a, 636 00 Brno Tel.: 549 429 330, fax: 549 429 343, e-mail: [email protected] Anotace: Stav železobetonových objektů ovlivňuje řada různých faktorů. Mezi nejzávažnější negativní faktory patří koroze výztuže. Pracovníci Centra dopravního výzkumu a Ústavu fyziky Fakulty stavební VUT Brno se v současné době zaměřili na vývoj diagnostické metody, založené na principu akustické emise, která by měla sloužit pro monitorování strukturních poruch železobetonových a předpjatých konstrukcí, zejména mostů, vyvolaných korozí výztuže. V příspěvku je popsáno měření, provedené při příležitosti rekonstrukce mostu 7-012 Brandýsek na rychlostní komunikaci R7 vedoucí z Prahy směrem na Slaný. Abstract: A condition of ferroconcrete structures is affected by a lot of different factors. One of the most negative factors is reinforcement corrosion. Transport Research Centre and Physical Department of Faculty of Civil Engineering at Brno University of Technology are dealing with development of a diagnostic method based on acoustic emission principle at present time. This method should be used for structural defects monitoring of ferroconcrete and prestressed structures especially bridges, where defects were evoked by reinforcement corrosion. In this paper there is described measurement realized on the occasion of the 7-012 Brandysek bridge reconstruction. The bridge is located at R7 expressway between Prague and Slany.

16

1. ÚVOD Při příležitosti rekonstrukce mostu 7-012 Brandýsek, bylo celkem 18 mostních nosníků I73 podrobeno měření metodou akustické emise (AE). Na podhledu jednotlivých nosníků, konkrétně uprostřed jejich rozpětí, byly snímány signály AE, jež byly vyvolány pojezdem plně naloženého nákladního vozu Tatra přes dřevěný práh. Práh byl umístěn na vozovce nad místem měření. Následně, při postupné demolici nosníků, byl hodnocen stav jednotlivých lan předpínací výztuže a konstrukční výztuže. Cílem bylo ověřit, zda lze metodu AE využít pro zjištění stavu ocelové výztuže nosníků tohoto typu. 2. PŘÍSTROJOVÉ VYBAVENÍ

Obr. 1: Měřicí sestava

Měření bylo provedeno pomocí speciálně sestavené dvoukanálové měřící aparatury. Ta se sestává z výkonného počítače, který je osazen měřící kartou NI 5112, která umožňuje vzorkovat sejmutý signál frekvencí až 100 MHz. Pomocí koaxiálních kabelů jsou propojeny další části aparatury (zesilovače, předzesilovače a širokopásmové piezoelektrické snímače s frekvenčním rozsahem do 1 MHz). Měřicí aparatura je zobrazena z obr. 1.

3. PRŮBĚH MĚŘENÍ V době měření byla přístupná dvě krajní pole mostu, z celkového počtu tří. Příčný řez mostem zobrazuje obr. 2.

Obr. 2: Příčný řez mostem

Měření metodou akustické emise bylo podrobeno celkem 18 mostních nosníků I 73. Na podhledu jednotlivých nosníků byly v polovině jejich rozpětí připojeny snímače pro záznam signálů AE. Ty byly vyvolány pojezdem plně naloženého nákladního vozu Tatra přes 15 cm vysoký dřevěný práh. Práh byl umístěn na vozovce přímo nad místem měření. Připojování snímačů bylo realizováno z vysokozdvižné plošiny a napájení měřicí aparatury bylo zajištěno elektrocentrálou. Využití plošiny dokumentuje obr. 3, vyvolání akustické emise pojezdem nákladního automobilu přes dřevěný práh ukazuje obr. 4. 17

Před každým měřením byl nejdříve vhodně umístěn dřevěný práh, a to tak, aby kolo nákladního automobilu dopadalo co nejblíže místu, kde byly na spodní straně nosníku umístěny snímače. Po celou dobu přejezdu nákladního automobilu přes práh byl kontinuálně snímán signál AE, přibližně v délce 10 sekund. Zvolena byla vzorkovací frekvence 1 MHz. Každý nosník byl měřen opakovaně třikrát. Tímto způsobem proběhlo měření celkem 18 nosníků I73 ve dvou polích mostu.

Obr. 3: Lepení snímačů

Obr. 4: Přejezd přes práh

4. DEMOLICE NOSNÍKŮ Již před měřením bylo rozhodnuto, že stávající spřažené betonové nosníky typu I 73 budou odstraněny a nahrazeny nosníky ocelovými. Demolice nosníků byla prováděna přímo na místě stavby, pomocí pneumatického kladiva a hydraulických nůžek. Použitím tohoto zařízení byl beton rozbit na malé kousky, konstrukční i předpínací výztuž byla separována a odvezena do sběrny. Během tohoto procesu se naskytla jedinečná příležitost zjištění stavu výztuže. Byla provedena vizuální kontrola jednak v místě měření, dále po celé délce nosníku, včetně stavu kotev a ocelových trubek

Obr. 5: Stupně koroze k1 a k4

18

Sandrik. Zkoumání bylo zaměřeno především na předpínací výztuž, jejíž lana byla tvořena 20 dráty průměru 4,5 mm. V žádném místě nedošlo k výraznému oslabení průřezu výztuže vlivem koroze. Stav korozního napadení byl pro účely hodnocení rozdělen do 4 stupňů. Do prvního stupně k1 byla zařazena výztuž téměř korozí nedotčená, do posledního čtvrtého stupně k4 byla zařazena výztuž nacházející se v blízkosti kotev, která vykazovala rovnoměrný povlak rzi do tloušťky 0,5 mm, s počátečním výskytem důlkové koroze, viz obr. 5. 5. HODNOCENÍ NOSNÍKŮ

Pro vyhodnocení byl použit software pro zpracování signálů AE, který byl vytvořen na základě našich požadavků. K transformaci časového průběhu signálu na frekvenční spektrum byla použita FFT (Fast Fourier Transformation). Vyhodnocována byla data zaznamenaná pomocí jednoho kanálu, druhý kanál měl funkci kontrolní. Typický časový průběh sejmutého signálu je zobrazený na obr. 6, kde jsou šipkami označené události, vyvolané dopadem jednotlivých kol nákladního automobilu. Šipka 1 odpovídá přední nápravě, šipky 2 a 3 charakterizují 2 kola zadní nápravy.

Obr. 6: Časový průběh signálu - nosník 3

Obr. 7: Časový úsek charakterizující dopad třetího kola

Obr. 8: Frekvenční spektrum charakterizující dopad třetího kola

Pro analýzu signálů dalších nosníků byly vybrány časové úseky charakterizující dopad druhého a třetího kola, kdy bylo dosaženo nejvyšší hodnoty amplitudy signálu. Na obrázku č. 7 je zobrazen časový úsek během něhož dopadlo třetí kolo zadní nápravy nákladního automobilu na vozovku, na obr. 8 je uvedeno odpovídající frekvenční spektrum. Porovnáním jednotlivých frekvenčních spekter, jež byly sledovány v rozsahu 100 Hz až 500 kHz nebyly zjištěny žádné významné rozdíly. V rámci provedených mě19

ření nebyla nalezena žádná frekvence, která by charakterizovala významné porušení konstrukce způsobené korozí výztuže. Tomu také odpovídá výsledek vizuální kontroly výztuže v měřených místech během demolice jednotlivých nosníků, při níž bylo zjištěno, že výztuž, jak předpínací tak i konstrukční byla ve vyhovujícím stavu z hlediska koroze. 6. ZÁVĚR Výše popsané měření proběhlo v září a říjnu 2002 jako první ze sady měření in situ. V roce 2003 budou podrobeny měření další mosty a to i z jiných typů nosníků, především typu KA. Měření bylo provedeno v rámci řešení projektu Ministerstva dopravy a spojů ČR 803/120/108 Stanovení metodiky monitorování výztuží železobetonových a předpjatých konstrukcí, projektu GAČR 103/03/0295 Monitorování a analýza koroze výztužní oceli v železobetonových konstrukcích metodou akustické emise a záměru CEZ J22/98:2610007 Teorie, spolehlivost a mechanismus porušování stavebních konstrukcí.. Stav řešení projektu 803/120/108 je možno nalézt na serveru CDV na adrese www.cdv.cz v sekci Řešené projekty. LITERATURA [1] Pospíšil K. - Koroze výztuže předpjatých a železobetonových mostů a její detekce, In: Inžinierske stavby, č.1, 2001, pp. 34-38, ISSN:1335-0846 [2] Pospíšil, K. - Kořenská, M. - Pazdera, L. - Stryk, J. - Akustická emise jako nástroj pro nedestruktivní monitorování výztuže železobetonových a předpjatých mostů, In: Sborník ze 7. mezinárodního sympózia Mosty 2002, pp. 198 - 202, IBF Brno, 25.- 26.4. 2002 ISBN 80-7204-235-1 [3] Pospíšil, K. - Kořenská, M. - Pazdera, L. - Stryk, J. - Možnosti diagnostiky koroze výztuže mostních konstrukcí metodou akustické emise, In: Sborník z XII. mezinárodního sympózia Sanace 2002, pp. 66 - 71, Sdružení pro sanace betonových konstrukcí, Brno, 16.- 17.5. 2002, ISSN 1211-3700 [4] Kořenská, Ma. - Pazdera, L. - Pálková, M. - Kořenská, Mo. - Řitičková, L. - Pospíšil, K. - Diagnostic of Reinforcement Corrosion within Reinforced Concrete Speciments by Resonant Inspection, In: Sborník z 8th European conference on non-destructive testing 2002, Barcelona, abstrakt pp. 152, plný text příspěvku na CD, 17.- 21.6. 2002, ISBN 84-699-8573-6 [5] Pospíšil K., Chobola Z. et al.: Stanovení metodiky monitorování výztuží železobetonových a předpjatých konstrukcí - zpráva o řešení projektu za rok 2002, CDV, Brno, leden 2003

20

METODIKA STANOVENÍ PEVNOSTI BETONU KONSTRUKCE S VYUŽITÍM NEDESTRUKTIVNÍCH METOD METHODOLOGY OF USING NON-DESTRUCTIVE METHODS OF ASSESSING CONCRETE STRENGTH IN A STRUCTURE Ing. Anna Nohelová Ing. Jiří Habarta, CSc.

(1) (2)

(1) Technický a zkušební ústav stavební Praha, pracoviště Brno, Hněvkovského 77, 617 00 Brno, tel. 543 420 844, fax 541 232 429 (2) S-PROFESS, a.s., Pellicova 5d, 602 00 Brno tel., fax: 541 236 943, tel. 602 136 986 Anotace: Popis správné metodiky stanovení pevnosti betonu v konstrukci s vazbou na platné technické normy, a to jak starší a dosud platné, tak i nové, harmonizované. Vztah postupů využívajících nedestruktivní zkušební metody a běžné destruktivní zkušební metody. Upozornění na postupy, které mohou vést k rizikovým anebo chybným závěrům. Abstract: Description of a correct method of assessing concrete strength in compliance with valid standards, both older ones still valid, and new ones - harmonised. Relations of procedures using non-destructive and current destructive methods of testing. Attention is drawn to procedures that may result in risky or faulty conclusions. Požadavek na stanovení pevnosti betonu konstrukce (pevnosti betonu v tlaku) může být vysloven v několika případech: a) b)

Prokázání, že nová stavba byla provedena v projektem požadované kvalitě Ověření kvality betonu starší konstrukce, kdy je v dokumentaci stavby kvalita betonu uvedena c) Stanovení kvality betonu starší konstrukce v situaci, kdy není k dispozici dokumentace uvádějící kvalitu betonu d) Prokázání skutečné kvality betonu nové stavby, u níž vznikla pochybnost o kvalitě betonu V případě uvedeném pod písmenem a) je ve většině případů možné hodnotit stavbu podle výsledků kontrolních výrobních zkoušek zkušebních těles vyrobených stavbou, které konstrukci reprezentují. Spoléhat se na „Atest z betonárny“ je do jisté míry riskantní, protože se nezachytí ani omyly v dodávce betonu, ani nesprávné ošetřování anebo vlivy nepříznivých podmínek. Ve většině případů je ale nutné zkoušet přímo beton konstrukce. K tomu jsou použitelné dvě skupiny metod, označované jako destruktivní a nedestruktivní. Obě skupiny 21

metod – jsou používány nejen odděleně, ale i v kombinaci. Způsoby stanovení pevnosti betonu v tlaku jsou podloženy platnými normovými předpisy umožňujícími na základě provedených zkoušek vyhodnocení pevnosti betonu konstrukce s různou přesností a spolehlivostí. Projeví se také četnost zkoušek a získané informace o sledované konstrukci. Vliv má často i nákladnost prováděných zkoušek. Dr. A. Pavlík, kterého můžeme označit za předního českého propagátora nedestruktivních metod, hodnotil „účelnost zkoušení“ jako vztah dvou parametrů, a to četnosti informací získaných zkouškami a nákladů na tyto provedené zkoušky. Citujeme-li z jeho publikace, pak je tato účelnost podle způsobů vyšetřování konstrukce následující: Zkušební tělesa 0,20 Odebrané vzorky z konstrukce 0,05 Zatěžovací zkoušky 0,22 Nedestruktivní zkoušky 1,00 Autor publikace na stejném místě přiznává, že nedestruktivní zkoušky neumí stanovit všechny potřebné parametry konstrukce a že je tedy nutné přidat k nedestruktivním zkouškám „doplňující zkoušky“. Dnešní praxe ukazuje do jisté míry správnost tohoto názoru, protože podle dlouhodobých zkušeností je pro stanovení pevnosti betonu nejvýhodnější použití nedestruktivních metod s menším množstvím jiných souvisejících zkoušek. Se záměrem podání komplexní informace o této problematice uvádíme přehled platných českých technických norem problematiky se týkajících: ČSN 73 1370 ČSN 73 1371 ČSN 73 1373 ČSN 73 2011 ČSN 73 0038

Nedestruktivní zkoušení. Společná ustanovení Ultrazvuková impulzová metoda zkoušení betonu Tvrdoměrné zkoušení betonu Nedestruktivní zkoušení betonových konstrukcí Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách

K uvedené základní skupině norem je dále nutno přidat v rámci harmonizace převzaté evropské normy, zejména: ČSN EN 12504 Zkoušení betonu v konstrukcích: Část 1. Vývrty. Odběr, vyšetření a zkoušení v tlaku Část 2. Nedestruktivní zkoušení – stanovení tvrdosti odrazovým tvrdoměrem Část 3. Stanovení síly na vytržení Část 4. Stanovení rychlosti šíření ultrazvukového impulzu Ať již označíme zkoušky zkušebních těles zařazených do programu jako doplňkové anebo ať je případně označíme jinak, je nutné dodržovat normové předpisy platné v současnosti, to je: ČSN EN 12390 Zkoušení ztvrdlého betonu: Část 1. Tvar, rozměry a jiné požadavky na zkušební tělesa Část 2. Výroba a ošetřování zkušebních těles pro zkoušky pevnosti Část 3. Pevnost v tlaku zkušebních těles Část 4. Pevnost v tlaku – Požadavky na zkušební lisy ČSN 73 1317 Stan. pevnosti betonu v tlaku je pro většinu vyhodnocení nepostradatelná. 22

Poznámka: Převzaté zahraniční normy jsou výrazně skoupější na informace. Obvykle uvádí zejména princip zkušební metody (často bez přesných postupů), označení výsledné veličiny a v jakých jednotkách a s jakou přesností se výsledky uvádí. V řadě případů je potom nutné použít informace z našich původních ČSN, ve kterých je ponechána řada článků platných. ČSN 73 2011 NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠENÍ KONSTRUKCÍ je norma, která nejvýstižněji uvádí stanovení počtu zkušebních míst, výběr vhodné nedestruktivní metody s ohledem na objem anebo plochu zkoušené konstrukce ve vztahu k požadovaným výsledkům – zda se jedná o měření informativní anebo podrobné. Správné použití této normy vyžaduje znalost všech dostupných normových metod nedestruktivního zkoušení a doporučuje použití určité nedestruktivní metody ke stanovení pevnosti betonu konstrukce (při doplnění dalších upřesňujících zkoušek) s ohledem na tvarové a objemové parametry konstrukce. Uvádí způsob vyhodnocení pevnosti betonu konstrukce. Vzhledem k dostupnosti tvrdoměrných metod, zejména metody Schmidtových tvrdoměrů je možné podle uvedených postupů stanovit zaručenou pevnost, podle které se beton zařazuje do pevnostních tříd podle ČSN 73 2400 anebo ČSN EN 206-1. Podle změny b ČSN 73 2400 je možné i posuzování a porovnávání s pevnostními třídami anebo značkami podle dřívějších označení. Pro vyhodnocení zaručené pevnosti je nutné vzít v úvahu závaznost zkoušek, vyhodnocení by mělo být prováděno vždy z upřesněných pevností ve smyslu ČSN 73 1373. Měly by tedy v programu zkoušení a vyhodnocení být zařazeny zkušební vzorky z konstrukce, ke kterým by měly být známy pevnosti stanovené nedestruktivně a pevnosti stanovené na těchto zkušebních vzorcích. Jen tak je možné odpovědné vyhodnocení zaručené pevnosti podle upřesněných pevností. Uvedená norma sice uvádí i možnost vyhodnocení pevnosti betonu konstrukce jen na základě nedestruktivně stanovených pevností s nezaručenou pevností (bez upřesnění na vzorcích), ale tento postup je značně riskantní. Zejména u starších konstrukcí je beton často korodovaný a mimo to je známo mnoho případů, kdy bylo použito například nevhodné kamenivo. Znamená to, že vztah tvrdost – pevnost neodpovídá kalibračnímu vztahu a koeficient upřesnění může být pro takové konstrukce 0,5 až někdy i 0,3. Vyhodnocením pevnosti betonu bez upřesnění je určena pevnost betonu konstrukce dvakrát až třikrát vyšší, než je ve skutečnosti. Podstupovat toto riziko za cenu ušetření nákladů za několik vývrtů a jejich úpravy a zkoušení je zřejmě nevhodné. METODIKA STANOVENÍ PEVNOSTI BETONU KONSTRUKCE by tedy měla být následující: -

Určení metody vhodné pro zkoušení konkrétní konstrukce s ohledem na její řešení, velikost, rozměry, tvar ( ultrazvuk, Schmidtův tvrdoměr a který typ, kombinace…)

-

Stanovení počtu zkušebních míst podle zadání, závaznosti měření, charakteristik konstrukce. (Minimální počet je v ČSN 73 2011, reálný je nutno stanovit) 23

-

-

Stanovení pevnosti betonu v tlaku na každém zkušebním místě příslušnou metodou Odebrat vývrty pro zkušební vzorky z míst stanovených minimálních, průměrných a maximálních pevností a vyhodnotit koeficient upřesnění. Přepočítat informativní pevnosti na upřesněné, vypočítat statistické charakteristiky, z nich určit zaručenou pevnost a podle ní přiřadit pevnostní třídu betonu. Nikdy nehodnotit pevnost betonu starších konstrukcí bez upřesnění na zkušebních vzorcích z vývrtů odebraných z konstrukce Zjistit hloubku karbonatace betonu před provedením tvrdoměrných zkoušek a zohlednit ji Provádět přípravu zkušebních míst podle požadavků metod (dostatečné vybroušení). Některé konstrukce mají i desítky milimetrů silnou tvrdou cementovou omítku. Takový případ je nutno řešit individuálně,ale nikdy nezkoušet přes omítku. Je-li v konstrukci použito více druhů betonu, je nutno hodnotit takové části konstrukce odděleně a samostatně.

NORMY PRO PROVÁDĚNÍ TVRDOMĚRNÝCH ZKOUŠEK BETONU V současnosti platí jednak ČSN 73 1373 Tvrdoměrné zkoušení betonu a ČSN EN 12504-2 Nedestruktivní zkoušení – Stanovení tvrdosti odrazovým tvrdoměrem. Původní ČSN je zpracována tak, aby podle ní bylo možné vyhodnotit pevnost betonu, ČSN EN s tímto výstupem nepočítá, i když ho okrajově a za určitých podmínek připouští. Tato skutečnost vedla k tomu, že ČSN dále platí, i když byl v rámci harmonizace a přebírání evropských norem dán návrh na její zrušení. Podařilo se ponechání platnosti normy. Je-li záměrem stanovení pevnosti betonu, měla by být i nadále používána ČSN 73 1373. Zaměření ČSN EN 12504-2 a tedy její možné užití uvádí její článek 1 Předmět normy. Uvedené normy (dále bez číselného označení) se liší zejména v těchto skutečnostech: • • • •

ČSN je metodická norma pro stanovení pevnosti betonu čtyřmi různými tvrdoměrnými metodami, podle ČSN EN je možné stanovit tvrdost Schmidtovým tvrdoměrem pro relativní hodnocení oblastí konstrukce Liší se počet požadovaných odrazů na jednom zkušebním místě (ČSN – 5, ČSN EN – 9) Velikost zkušebních míst je podle ČSN rozdílná podle použitého tvrdoměru, ČSN EN požaduje plochu 300 x 300 mm. To je podle praktických zkušeností nadbytečné a někdy nerealizovatelné ČSN EN výslovně určuje, že není alternativní k metodě stanovení pevnosti betonu v tlaku na zkušebních tělesech, ČSN to při splnění určitých podmínek umožňuje.

Zkoušky pevnosti betonu na zkušebních tělesech je možné z hlediska nedestruktivních zkoušek brát jako doplňkové. Při jejich provádění je ale také nutno zohlednit všechny související normy. Válcové vývrty z konstrukce je nutné upravit tak, aby 24

rozměrově odpovídaly požadavkům na zkušební vzorky. Pozornost je nutno věnovat zejména úpravě tlačných ploch, které by měly být zabroušeny, koncovány anebo jinak upraveny, aby vyhověly požadavku normy. Ke zkušebnímu tělesu je nutno znát nedestruktivně stanovenou pevnost z místa jeho odběru. Dodatečné provedení zkoušky na již odebraném vývrtu není spolehlivé. Pevnost betonu destruktivně stanovená musí být stanovena jako pevnost v tlaku zkušebního tělesa základních rozměrů. Odebrané vzorky musí splňovat i požadavek na poměr velikosti zrna kameniva a rozměru zkušebního tělesa. Výsledky destruktivně stanovené pevnosti na zkušebních tělesech jiných než základních rozměrů musí být přepočteny na pevnost betonu těles základních rozměrů. Jen tak je možné stanovit zaručenou pevnost betonu pro stanovení pevnostní třídy podle ČSN 73 2400 anebo ČSN EN 206-1.

25

PALÁC LUCERNA - STATICKÉ PRŮZKUMNÉ PRÁCE LUCERNA PALACE - STATIC AND SURVEYING WORKS Ing. Tomáš Míčka PONTEX s.r.o., Bezová 1658, 147 14 Praha 4, 244 062 244, 606 644 442, [email protected] Anotace: Komplexní posouzení stávajícího stavu nosné konstrukce Paláce Lucerna jako podklad pro rozhodnutí o způsobu opravy. Abstract: Comprehensive assessment of the existing state of the bearing structure of the Lucerna Palace, as basis for the decision on the mode of repair. Na základě výzvy paní D. Havlové, CSc. jsme v roce 2002 provedli diagnostický průzkum v paláci Lucerna. Tento průzkum navazoval na četné předcházející průzkumy a měl být jednoznačným podkladem pro rozhodnutí o způsobu opravy, resp. zesílení staticky nevyhovujících částí Paláce Lucerna. Zároveň byl podkladem pro statické posouzení konstrukce, které zajišťovala firma Rekonstrukce památkových objektů – atelier statiky, s.r.o.

Obr. 2: Pohled do Velkého sálu

Obr. 1: Pohled na střešní část paláce

PALÁC LUCERNA SESTÁVÁ ZE TŘÍ KOMPLEXŮ ROZDĚLENÝCH DLE JEDNOTLIVÝCH ETAP VÝSTAVBY. Dům ve Vodičkově ulici: Dům má tři podzemní podlaží, 6 nadzemních a dvě podkroví. Byl postaven v letech 1907-1909. Svislým nosným prvkem jsou zděné cihelné pilíře, které zároveň slouží jako komínové průduchy. Pro vodorovné nosné konstrukce byl užit systém Feifer – duté cihelné tvárnice kladené do řad širokých asi 30 cm, mezi nimiž do mezer 10-20 cm širokých byla položena nosná i konstrukční výztuž a které byly následně zabetonovány. Tím vznikl železobetonový trámový rošt s rovným podhledem. 26

Objekt Kina: Objekt kina byl postaven v letech 1908-1909, do dnešní podoby pak byl upraven v roce 1913 při stavbě domu v ulici Štěpánské. Svislým nosným prvkem jsou opět zděné cihelné pilíře. Divadelní sál ve 2. a 1. suterénu, prostory na úrovni přízemí a vestibul kina mají železobetonové stropy nesené průvlaky. Dům ve Štěpánské ulici: Dům včetně Velkého sálu byl postaven jako poslední v letech 1913-1916. Konstrukce je betonová, monolitická. Tvoří ji patrové rámy sestavené ze sloupů z betonu prostého i železového a ze železobetonových stropů. Jednou z velkých technických zajímavostí je odlehčení stropu Velkého sálu zavěšením vyšších pater pomocí železobetonových táhel do masivních průvlaků rámů. Rozsah průzkumu byl jednoznačně omezen zadáním. I když to u soukromých investorů nemajících s prováděním stavebních průzkumů nebývá zvykem, byl rozsah průzkumu poměrně striktně definován zadávacími podmínkami. Jeho cílem mělo být ověření materiálových a tvarových charakteristik staticky rozhodujících nosných konstrukcí. Oproti původnímu záměru bylo poměrně jednoznačně vysvětleno, že cílem průzkumu není zjišťování statických či jiných poruch a analýza jejich příčin. Dále nebylo požadováno zjišťování fyzikálně chemických vlastností betonu, či provádění jiných zkoušek analyzujících skutečný stav betonu, zdiva či výztuže. Důvodem byl jako obvykle nedostatek finančních zdrojů. V rámci průzkumu byly tedy zajišťovány následující práce: -

zjištění kvality betonu v rozhodujících průřezech objektu Kina a Štěpánská zjištění kvality zdiva v rozhodujících průřezech objektu Vodičkova ověření způsobu provedení, resp. vyztužení jednotlivých konstrukčních prvků (opět v rozhodujících průřezech) ověření tvaru nosných konstrukcí v nepřístupných místech (např. stropní desky 7.N.P. objektu Štěpánská, sloupů objektu Kina, apod.) včetně vypracování výkresů tvaru a výztuže fotodokumentace průběhu průzkumných prací

Kromě finančního limitu byla dalším neméně výrazným omezujícím prvkem průzkumu skutečnost, že se jedná o památkově chráněný objekt, kde jsou i ve staticky rozhodujících průřezech použity ozdobné štuky, obklady, apod.. Doplňujícím problémem pak bylo zpřístupnění jednotlivých konstrukcí, přítomnost neuvěřitelného množství inženýrských sítí i tam, kde si nelze jejich přítomnost ani představit (komínové průduchy v nosných sloupech, rozvody vody a kanalizace v průvlacích, množství sítí v podlahách, …), ztracené podhledy pod nosnými horizontálními konstrukcemi, provádění průzkumu za plného provozu Paláce, atd.. Vlastní průzkum byl prováděn podle klasických metodik, ve smyslu stávajících ČSN, resp. příslušných technologických podmínek. Ověření kvality zdiva bylo zajištěno tvrdoměrnými zkouškami Schmidtovým tvrdoměrem s upřesněním laboratorními zkouškami na odebraných vývrtech. 27

Zjištění kvality cihelného zdiva bylo řešeno ve smyslu ČSN 73 0038 a ČSN 73 1101. U odebraných jádrových vývrtů byla provedena destruktivní laboratorní zkouška, zkouška tvrdosti malty byla zajištěna vrtnou metodou s použitím příklepové vrtačky dle metodického dokumentu TZÚS Praha. Ověření polohy výztuže bylo provedeno nejprve nedestruktivně pomocí magnetického indikátoru výztuže Hilti Ferroscan FS10. V místech určené polohy výztuže bylo provedeno lokálním destruktivním zásahem ověření profilu uložené výztuže a kalibrace přístroje pro další měření. V druhé fázi byla ověřena skutečná kvalita použité výztuže laboratorní trhací zkouškou na odebraných vzorcích. Ověřování tvaru konstrukcí bylo zajišťováno obkročnými měřidly, laserovým dálkoměrem, geodetickými metodami, resp. běžnými měřidly. Výsledkem byly pak výkresy tvaru a výztuže v problematických oblastech.

Obr. 4: Zavěšení ztraceného podhledu

Obr. 3: Detail degradace trámového roštu

Na základě provedeného diagnostického průzkumu a analýzy výsledků lze provést následující shrnutí: I v oblastech, ke kterým byla doložena původní projektová dokumentace, jsme zjistili množství tvarových odlišností (místo obdélníkového průřezu průvlaku byl použit průřez tvaru „π“ se ztraceným bedněním zajišťujícím rovný podhled, atd.). Byly zjištěny zásadní záměny použitého materiálu (u svislých konstrukcí místo železobetonových sloupů byly použity sloupy z cihelného zdiva, místo železobetonu prostý beton, atd.). U železobetonových prvků jsme zjistili značně chaotické uložení nosné výztuže, které vylučuje předpoklad stejného vyztužení i u prvků konstrukčně a tvarově shodných. Kvalita výztuže ukazuje na normové hodnoty ve smyslu návrhového „Předpisu o zřizování nosných konstrukcí ze ztuženého nebo prostého betonu při stavbách pozemních“ z roku 1911. Značnou jistotu jsme získali při zjišťování kvality použitého cihelného zdiva, kdy rozdíl ve výsledcích nepřesahuje 10%. Kvalita betonu u konstrukcí zhotovených z prostého betonu se pohybuje mezi třídami B5-B10 dle ČSN 73 2400, u konstrukcí z betonu železového pak okolo třídy B20. Závěrem je nutno podotknout, že za účasti všech dotčených stran se podařilo v daném termínu průzkum dokončit a předat zadavateli potřebné údaje pro rozhodnutí o dalším způsobu oprav či správy předmětného objektu. 28

Obr. 5: Přehledné výkresy objektu

29

DIAGNOSTIKA ROZESTAVĚNÉHO ŽELEZOBETONOVÉHO SKELETU V OSTRAVĚ DIAGNOSTICS OF A REINFORCED CONCRETE FRAME UNDER CONSTRUCTION IN OSTRAVA Doc. Ing. Radim Čajka, CSc. Ing. Jiří Lukš, PhD. Ing. Kamil Burkovič Ing. Vladimír Gřunděl

(1) (2) (3) (4)

(1) Katedra konstrukcí FAST VŠB - TU Ostrava, Ludvíka Podéště 1875, 708 33 Ostrava-Poruba, tel. 59 6991344, fax 59 6991358, e-mail: [email protected], http://www.vsb.cz (2) Katedra stavebních hmot FAST VŠB - TU Ostrava, Ludvíka Podéště1875, 708 33 Ostrava – Poruba, tel. 59 6991958, fax 59 6991938, e-mail: [email protected], http://www.vsb.cz (3) ARMING spol. s r.o., Ocelářská 6, 703 00 Ostrava - Vítkovice, tel. 59 6617121-4, fax 59 6617120, e-mail: [email protected], http://www.arming.cz (4) ARMING spol. s r.o., Ocelářská 6, 703 00 Ostrava - Vítkovice, tel. 59 6617121-4, fax 59 6617120, e-mail: [email protected], http://www.arming.cz Anotace: Stavebně–technický průzkum a diagnostika rozestavěného železobetonového skeletu se zvedanými stropy v Ostravě. Vliv účinků vnějších atmosférických vlivů. Stanovení pevnosti betonu kombinací destruktivních a nedestruktivních zkoušek, zaměření objektu a průzkum hloubky zkarbonatované vrstvy desek. Účinky teplotních změn, dotvarování a smršťování betonu na tenkostěnné kazetové stropy. Stav ocelobetonových sloupů a hlavic. Abstract: Building survey and diagnostics of a reinforced concrete frame with lift slabs under construction in Ostrava. Impact of external atmospheric conditions. Assessment of concrete strength by combining destructive and nondestructive tests, survey of the building and investigation of the depth of the carbonised layer of slabs. Impact of temperature changes, creep and shrink of concrete on the thin-walled waffle floors. State of reinforced concrete columns and heads.

30

KONSTRUKČNÍ SYSTÉM

Obr. 1: Pohled na rozestavěný železobetonový skelet

Obr. 2: Schéma rozmístění objektů

Obr. 3: Schéma rozmístění objektů

Obr. 4: Detail odebraného vzorku betonu pro destruktivní zkoušku v místě plnícího otvoru ocelobetonového sloupu

31

Rozestavěný železobetonový skelet se nachází na ulici 28 října v Ostravě. Původně byl navržen jako „Budova stranických orgánů“, počátkem 90. let byla ještě provedena jeho hrubá stavba, která však již nebyla dokončena. Celý komplex je členěn na dilatační celky A až D, viz obr. 1. V celcích B a C se v nedávných letech podařilo umístit Finanční ředitelství a Správu sociálních zabezpečení. V současné době se zvažuje využití zbývajících celků jako Střediska správních činností Města Ostravy. Z konstrukčního hlediska se jedná o sedmipodlažní monolitický železobetonový skelet, tvořený ocelobetonovými sloupy a železobetonovými kazetovými stropy, provedenými systémem spouštěného bednění „LIFTFORM“. Sloupy jsou provedeny z ocelových vinutých trub spirálovitě svařovaných z oceli řady 37, o průměru φ530/8 mm (krajní) a ø720/8 mm (vnitřní), trouby jsou ve spodní části opatřeny ocelovým patním plechem 1100 x 1100 x 50 mm a patními výztuhami (žebrováním) z plechu tl. 16 mm. Po výšce jsou sloupy opatřeny ocelovými kruhovými manžetami ø730/12 a ø920/12 s žebry tl. 16 mm pro ukotvení hlavic železobetonových stropních desek. Sloupy jsou vyplněny betonovou směsí, která byla tlačena přes plnící otvor ø133 ve spodní části sloupu, viz obr. 4. Celková tloušťka kazetové stropní desky je 480 mm, z toho 80 mm je deska a 400 mm připadá na žebra. Rozměr kazety je 900 x 900 mm. Deskami prochází mnoho instalačních prostupů různých tvarů a velikostí včetně prostupů pro výtahové šachty. V oblasti kolem sloupů a v oblasti výztužného jádra jsou kazety vynechány a deska je zde v plná v tloušťce 480 mm.

Stabilita konstrukce je zajištěna monolitickým železobetonovým jádrem, ve kterém je umístěno železobetonové schodiště. Ztužující jádro je jediným ztužujícím prvkem zajišťujícím stabilitu objektu na účinky vodorovných sil. Stěny jádra mají tl. 450 mm, podesty, mezipodesty a schodišťová ramena jsou železobetonová tl. 200 mm. ZJIŠTĚNÉ PORUCHY Součástí stavebně – technického posouzení byla rovněž vizuální prohlídka objektu s ohledem na současný stav, stáří objektů a zjištění případných defektů či poruch, které na nosné konstrukci vznikly při provádění a vlivem povětrnostních vlivů. Podle údajů o betonáži vyznačených na betonu desek se objekt přibližně betonoval v roce 1990, tj před více než 12ti lety. Po tuto dobu byla nechráněná železobetonová konstrukce vystavena atmosférickým a povětrnostním vlivům. V době zpracování původní projektové dokumentace a provádění betonáže platily pro navrhování nižší hodnoty minimální krycí vrstvy betonu než v současné době (změna 2 ČSN 73 1201 [4]). Navržená krycí vrstva betonu nalezená v dochovaných částech původního projektu činila 20 mm u trámů (žeber) desky, třmínková výztuž žeber, spodní výztuž a horní síť v desce měla mít 10 mm s ohledem na předpokládanou budoucí ochranu podlahovými vrstvami, obvodovým pláštěm a podhledem. Ve stropních deskách jednotlivých podlaží 1. – 7. NP jsou po obvodu sloupů a kazet patrné jemné trhliny, které nabývají největšího rozsahu ve střešní desce nad 7. NP, zřejmě vlivem přímého působení atmosférických srážek a teplotních vlivů při slunečním záření za současného průběhu smršťování betonu. V některých podlažích jsou viditelné bílé výluhy volného vápna přes probíhající trhlinky v kazetových deskách. Horní povrch desek a jejich provedení je dosti rozdílné s ohledem na jednotlivé sekce. V objektech A1 jsou patrné radiální trhliny zejména v místech sloupů a napojení skrytých ocelobetonových hlavic. U objektů A2 a A3 jsou mimo uvedené trhlinky okolo sloupů i dobře viditelné trhlinky ve směru žeber, které pravděpodobně vznikly při betonáži nedostatečným zpracováním betonové směsi (prosednutí okolo výztuže), ošetřováním betonu v počátečním stadiu a působením objemových změn. Rovněž povrchová úprava a rovinatost je velmi rozdílná. Ve stropních monolitických deskách schodišťového prostoru nad 7. NP jsou patrné hnědé výluhy korozních zplodin svědčící o počínající korozi výztuže. Nedostatečné krytí výztuže a místy viditelná výztuž je rovněž patrná na některých částech schodišťových desek. U napojení ztužujícího jádra do základových konstrukcí objektu A2 je po délce stěny obnažená výztuž, zřejmě z nepřesného napojení stěny na základ a nutného vyhnutí betonářské výztuže při betonáži. Obnažená výztuž je napadená povrchovou korozí. Koroze výztuže je rovněž patrná v místech s vyčnívající výztuží pro pozdější napojení jiných konstrukčních prvků (sloupy, obvodové stěny, schodiště ve vstupní části apod.). Nebezpečí korozního napadení výztuže vzniká i u tenkostěnných částí kazetového stropu, které jsou prostoupeny trhlinami a dochází zde k vyluhování volného vápna. Ocelobetonové sloupy jsou opatřeny ochranným nátěrem, na některých místech je však již patrná počínající povrchová koroze oceli. Patní výztuhy ocelobetonových sloupů jsou vzhledem k působení srážkové vody lokálně napadeny korozí, na některých místech se již rez odděluje v plátcích. Budoucí ochranu a sanaci je nutno zvolit s ohledem na požární zatížení, volbu protipožární ochrany a úroveň podlahových vrstev. 32

KARBONATACE BETONU Zkouška byla provedena pro železobetonové desky objektu A1, A2, A3 a D vždy po třech měřeních na desku. Zkouška byla provedena roztokem fenolftaleinu, přičemž nezkarbonatizovaná vrstva betonu se při styku s roztokem zabarví fialově a zkarbonatizovaná zůstane beze změny. Krycí vrstva betonu byla odstraněna pomocí špičáku a kladiva, měření bylo provedeno na horní straně desek v místě nosné horní výztuže (poblíž sloupů). Na rychlost a hloubku karbonatace betonu má velký vliv vlhkost prostředí a zejména její kolísání během roku, stejně jako třída pevnosti, pórovitost a hutnost betonu. Tomu rovněž odpovídají i naměřené hodnoty, které jsou velmi nestejnorodé. Zatímco na některých místech byly naměřeny průměrné hloubky zkarbonatizované vrstvy betonu okolo 20 až 30 mm, na některých místech byly naměřeny hodnoty do 10 mm. Rovněž byla zastižena místa, kde se hloubka nepodařila v dostupném rozmezí změřit. Tento jev lze vysvětlit větší porézností betonu, zvýšeným vodním součinitelem při betonáži, nevhodným ošetřováním v počátečním stadiu tuhnutí a tvrdnutí betonu, lokální pevností betonu, popřípadě probíhající povrchovou trhlinkou. Podle údajů v odborné literatuře [13] až [18] by se s ohledem na stáří betonu měla průměrná hloubka karbonatace betonu pohybovat okolo 20 až 30 mm. Pro zamezení dalšího postupu karbonatace betonu a zajištění výztuže proti korozi bude nutno navrhnout příslušná sanační opatření v podobě obnovy alkalického prostředí. DESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKA BETONU Pro ověření přesnosti nedestruktivního měření byla provedena destruktivní zkouška pevnosti betonu v tlaku. Zkouška byla provedena na dvou vzorcích, jenž byly odbroušeny z bočních plnících trubek sloupů bloku A1 a A2, viz obr. 4. Jednalo se o válcové vzorky o rozměrech (po povrchové úpravě): V1: h = 109,06 mm, ø = 123,2 mm V2: h = 107,10 mm, ø = 123,2 mm Zkoušky pevnosti v tlaku byly provedeny ve fakultní laboratoři FAST VŠB – TU Ostrava a po přepočtu dle ČSN 73 1317 [7] byly určeny pevnosti betonu hodnotami V1: 40,34 MPa V2: 44,70 MPa Na základě takto zjištěných hodnot lze s větší přesností stanovit součinitel kalibračního vztahu α pro upřesnění zaručené pevnosti betonu sloupů nedestruktivní zkouškou n

α=

∑Rbi

i=1 n

∑Rbei

=

(40,34 + 44,70) = 0,72 (59,0 + 59,0)

i=1

Při odběru vzorků byly použity boční plnící otvory v patě ocelobetonových sloupů, které jsou nenosné, takže nebyla snížena únosnost sloupů. NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKA BETONU Zkouška byla provedena tvrdoměrem na beton DIGI-SCHMIDT 2. Zkouška byla provedena vždy osmi údery tvrdoměru pro jedno zkušební místo. Počet zkušebních 33

míst byl stanoven pro jednotlivé celky z velikostí jejich ploch dle ČSN 73 1374 [10]. Vyhodnocení tvrdoměrné zkoušky bylo provedeno podle ČSN [2] až [12] pro jednotlivé celky a patra konstrukce, viz tab. 1. Tab.1: Naměřené a vypočtené pevnostní a přetvárné parametry betonu:

Rbg Rbn Rbtn Rbd Rbtd (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa)

Ebo (MPa)

Objekt A1, deska 1,NP

25,5

19,0

1,6

14,6

1,1

29861,2


25,8

19,2

1,6

14,8

1,1

30068,3

Objekt A1, deska 3,NP Objekt A1, deska 4,NP Objekt A1, deska 5,NP

22,9 22,1 25,1

17,1 16,5 18,7

1,5 1,5 1,6

13,2 12,7 14,4

1,0 1,0 1,1

28259,7 27732,2 29616,4


24,3

18,1

1,6

13,9

1,0

29133,3


32,2

23,8

1,9

18,3

1,2

33527

Objekt A1, jadro 1,NP-7,NP

39,3

28,7

2,1

22,1

1,4

36437

Objekt A1, schodiste 1,NP-7,NP

31,6

23,3

1,8

18,0

1,2

33229,3


27,3

20,2

1,7

15,6

1,1

30920,8


35,1

25,8

2,0

19,8

1,3

34829,2


33,8

24,9

1,9

19,1

1,3

34245,4


36,4

26,7

2,0

20,5

1,3

35360,5


40,3

29,4

2,1

22,6

1,4

36769,7


35,2

25,9

2,0

19,9

1,3

34888,8


25,7

19,1

1,6

14,7

1,1

30020,3


38,6

28,2

2,1

21,7

1,4

36194,4

Objekt A3, deska jadra 1,NP 7,NP

32,6

24,1

1,9

18,5

1,3

33730,3


33,2

24,5

1,9

18,8

1,3

33989,4


29,9

22,2

1,8

17,0

1,2

32386,8


30,1

22,3

1,8

17,1

1,2

32476


33,9

25,0

1,9

19,2

1,3

34325,8


32,8

24,2

1,9

18,6

1,3

33795,8


32,7

24,1

1,9

18,5

1,3

33744,8


35,4

26,0

2,0

20,0

1,3

34947,8


31,0

22,9

1,8

17,6

1,2

32950,2

Objekt A3, schodiste 1,NP-7,NP

35,7

26,2

2,0

20,2

1,3

35069,8

Objekt D, deska 1,NP

26,1

19,4

1,6

14,9

1,1

30264,5

Objekt D, Stěny

30,4

22,5

1,8

17,3

1,2

32618,1

Objekt A3, A2, A3, Sloupy

43,6

31,7

2,2

24,4

1,5

37759,1

34

TLOUŠŤKA KRYCÍ VRSTVY Tloušťka krytí výztuže byla detekována indikátorem výztuže PROFOMETER 4 při provádění tvrdoměrné zkoušky, a to vždy poblíž místa měření. Krytí bylo měřeno z horní strany desek a na stěnách jádra objektu A1. Průměrné hodnoty krycí vrstvy betonu činí pro jednotlivé desky [1]. Průměrné krytí desky A1 je 42 mm, desky D 44 mm a jádra A1 je 32 mm. Nutno poznamenat, že odchylky v hodnotách jednotlivých měření jsou velké z důvodu detekování různých typů výztuže (hlavní nosná výztuž, pomocné výztužné sítě, vázací dráty apod.) Rovněž umístění výztužných sítí je různé podle místa měření, na mnoha místech byly zjištěny sítě vyčnívající z desky s nulovým krytím, stejně tak i lokálně špatně ošetřená místa při betonáži schodišť, desek a stěn. ZÁVĚR Celkově lze nosnou konstrukci vystavenou po více než 12 let působení atmosférických vlivů vizuálně hodnotit jako vyhovující, avšak se známkami počáteční degradace nosných prvků. Oproti stavu sousedních dilatačních celků (objekt B3), které první z autorů posuzoval v rámci znaleckého posudku pro Finační ředitelství v roce 1996, lze po cca 6-ti letech pozorovat další změny, zejména korozi obnažené výztuže a rozrušování povrchových vrstev betonu nad 7.NP. Oznámení Příspěvek vznikl za podpory grantového projektu CEZ J17/98271200005, GAČR 103/ 02/0990 a GAČR 103/03/Z010 LITERATURA [1] AR-0225-BK Stavebně – technický průzkum, středisko správních činností, ARMING spol. s r.o., Ostrava 06/2002 [2] ČSN 73 0038 Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách; 1986 [3] ČSN 73 0039 Navrhování objektů na poddolovaném území. Základní ustanovení, 1989. [4] ČSN 73 1201 Navrhování betonových konstrukcí [5] ČSN 73 1214 Betonové konstrukce. Základní ustanovení pro navrhování ochrany proti korozi; 1983, a-89 [6] ČSN 73 1215 Betónové konštrukcie. Klasifikácia agresivných prostredí; 1983 [7] ČSN 73 1317 Stanovení pevnosti betonu v tlaku, 1987 [8] ČSN 73 1370 Nedestruktivní zkoušení betonu. Společná ustanovení; 1981 [9] ČSN 73 1373 Tvrdoměrné metody zkoušení betonu; 1981 [10] ČSN 73 1374 Kombinovaná nedeštruktívna metóda skúšania betónu; 1989 [11] ČSN 73 2011 Nedeštruktívne skúšanie betonových konštrukcií; 1986 [12] ČSN 73 2400 Provádění a kontrola betonových konstrukcí; 1986 a-88, b-89, c-91 [13] Breitenbucher, R. - Solacolu, C.: Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit der Realkalisierung von caronatisiertem Beton, Beton- und Stahlbetonbau 90/1995, Heft 5. 35

[14] Hiller, E. – Springenshmid, R.: Verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Carbonatisierungstiefe in Bohrlochern, Beton- und Stahlbetonbau 90/1995, heft 4. [15] Kupilík, V.: Rozbor faktorů ovlivňující životnost betonu a oceli v atmosférických podmínkách a ochrana betonu proti působící korozi, Pozemní stavby 12/1989. [16] Matoušek, M. - Drochytka, R.: Atmosférická koroze betonů, IKAS – Informační kancelář pro stavebnictví ve spolupráci s Českou komorou autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě, Praha 1998. [17] Šmerda,Z.- Křístek,V.: Creep ans Shrinkage of Concrete Elements and Structures. Praha - Amsterdam, SNTL/Elsevier Science Publishers, 1988, 296 s [18] Valenta, O.: Trvanlivost betonu a betonových konstrukcí, , SNTL 1977. [19] Voves, B.:Trvanlivost konstrukcí z předpjatého betonu, SNTL knižnice technických aktualit, 1977. [20] Werse, H.P.: Instandsetzung von Stahlbeton bei unzureichendem Korrosionsschutz der Bewehrung, Beton- und Stahlbetonbau 2/1983

36

STAVEBNĚ–TECHNICKÝ PRŮZKUM MOSTU EV. Č. 3711-3 V MORAVSKÉ TŘEBOVÉ SITE INVESTIGATION OF THE BRIDGE NO 3711-3 IN MORAVSKÁ TŘEBOVÁ Ing. Jiří Bydžovský, CSc. Ing. Amos Dufka

(1) (2)

(1) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav technologie stavebních hmot a dílců, Veveří 95, 662 37 Brno, tel.: 541 147 505, fax: 541 147 502, e-mail: [email protected] (2) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav technologie stavebních hmot a dílců, Veveří 95, 662 37 Brno, tel.: 541 147 514, fax: 541 147 502, e-mail: [email protected] Anotace: Nezbytným podkladem pro přípravu projektu sanace a následné provádění vlastních sanačních prací na konstrukcích a objektech je provedení stavebně – technického průzkumu. Průzkum podrobně specifikuje aktuální stav konstrukce jak z hlediska fyzikálně – mechanických parametrů, tak i z hlediska typu a míry korozního napadení betonu i výztuže. Obsahem příspěvku je popis a vyhodnocení stavebně - technického průzkumu mostu ev.č. 3711-3 v Moravské Třebové. Abstract: Carrying out of site investigation is necessary for obtaining crucial information for proper preparation of rehabilitation design and subsequently implementation of repair work. Site investigation report specifies actual condition of the structure from the stand-point of physical-mechanical parameters and also from the stand-point of concrete deterioration and reinforcement corrosion. The paper implies description and evaluation of site investigation of the Bridge No 3711-3 in Moravská Třebová. 1. ROZSAH PROVEDENÉHO STAVEBNĚ–TECHNICKÉHO PRŮZKUMU 1.1. Stanovení fyzikálně - mechanických vlastností betonu • Stanovení pevnosti v tlaku betonu destruktivně • Stanovení vodotěsnosti betonu • Stanovení pevnosti v tahu betonu • Stanovení rozsahu a hloubky porušení betonu a zmapování vad 1.2. Stanovení fyzikálně - chemických vlastností betonu • Chemická analýza • Rentgenová difrakční analýza • Diferenční termická analýza • Stanovení pH betonu ve výluhu • Stanovení hloubky karbonatace 37

1.3. Stanovení vlastností výztužné oceli • Stanovení tloušťky krycí vrstvy betonu nad výztuží • Stanovení míry koroze výztuže 1.4. Ostatní • Zjištění stavu doplňkových konstrukcí • Fotodokumentace zjištěných skutečností 2. SOUHRN ZJIŠTĚNÝCH ÚDAJŮ Výsledky vizuální prohlídky, stanovení rozsahu a hloubky porušení betonu a výztuže a zmapování vad je možno shrnout v následující: • Opěry mostu jsou na povrchu opatřeny vrstvou torkretu bez výztužné sítě, torkret obsahuje trhliny o rozevření až do 2 mm. • Torkret je lokálně je nesoudržný a dochází k jeho odpadávání. • Porušení torkteru trhlinami – síťové trhliny, část s výluhy produktů hydratace cementu. • Vlastní monolitický beton opěr, nacházející se pod vrstvou torkretu, vykazuje značnou mezerovitost. • Na příčnících i podélných trámech je plošně narušený resp. odpadený beton do hloubky 30 – 90 mm. Porušení torkteru trhlinami – síťové trhliny, část s výluhy produktů hydratace cementu. • Na příčnících i podélných trámech je obnažená výztužná ocel zasažena korozí – hlavní výztuž zčásti extrémní koroze, zbytek hloubková koroze třmínky zčásti extrémní koroze, zbytek hloubková koroze. Úbytek profilu výztuže až do 6 mm. • Porušení torkteru trhlinami – síťové trhliny, část s výluhy produktů hydratace cementu. • Železobetonové oblouky vykazují narušení betonu do hloubky 30 až 100 mm, především na spodním líci oblouku, ojediněle i na bočních plochách. • Obnažená hlavní výztuž je zasažena korozí hloubkovou, místy i extrémní. Úbytek profilu výztuže až do 3 mm. • V místě přechodu oblouku ve vodorovnou část u opěry je šikmá trhlina přes celou tloušťku rozevřená na šířku 10 až 25 mm (odtržení ). • Železobetonové stojky v obloucích vykazují narušení betonu do hloubky 30 až 100 mm, především ve spodní části stojek u vozovky. • Obnažená hlavní výztuž zasažena korozí hloubkovou, místy i extrémní. Úbytek profilu výztuže až do 5 mm. Výsledky provedených fyzikálně – mechanických betonů analýz je možno shrnout v následující: • Pevnost v tlaku trámů mostovky byla zjištěna cca 27 MPa, obdobné pevnost i dosahuje torkret aplikovaný na opěrách. Původní beton opěr, nacházející se pod torkretem, je však velmi mezerovitý a dosahuje pevnosti pouze 9,5 až 15 MPa. • Z hlediska vodotěsnosti je povrchová vrstva torkretu vodotěsná na značku V8, původní mezerovitý beton nemá vodotěsnost žádnou. 38

•

Pevnost v tahu betonu mostovky a torkretu opěr se pohybuje v intervalu 1,8 až 3,1 MPa.

Výsledky provedených fyzikálně - chemických analýz betonů je možno shrnout v následující: • Beton tvořící krycí vrstvu tahové výztuže trámů mostovky (tzn. beton ze vzdálenosti cca 0-20 mm od spodního líce trámů) se majoritně nachází ve druhé etapě karbonatace. • Beton tvořící opěru mostu se nachází ve druhé etapě karbonatace, tzn. míra jeho korozního narušení je analogická jako u betonu trámů mostovky. Je ovšem nutno zdůraznit, že v tomto případě byl hodnocen původní beton, který je v současnosti chráněn vůči vnějším vlivům přibližně 70 mm vrstvou kompaktního jemnozrnného betonu. • Ve druhé etapě karbonatace dochází v mikrostruktuře betonu především k interakcím mezi oxidem uhličitým a kalciumhydosilkikáty (vznikají hydratací cementu), přičemž produktem těchto reakcí jsou jemnozrnné fáze uhličitanu vápenatého. V důsledku reakcí probíhajících ve struktuře betonu v průběhu druhé etapy karbonatace pevnostní charakteristiky betonu neklesají. • Z hlediska životnosti konstrukce je spíše než změny ve fázovém složení cementového kamene podstatnější skutečnost, že následkem postupující karbonatace je snižována alkalita betonu. Hodnota pH limitně klesá k hranici, pod kterou již beton není schopen účinně pasivovat výztuž vůči korozi. • Vzhledem k uvedenému lze konstatovat, že v důsledku karbonatace dosud nedošlo k poklesu pevnostních parametrů betonu, jeho schopnost chránit výztuž vůči korozi je však již silně omezena. Riziko masivního rozvoje koroze výztuže je reálné zejména v místech, ve kterých je např. nedostatečná tloušťka krycí vrstvy nad výztuží, krycí vrstva je mrazově narušena apod. • Obsah chloridů v betonu byl zjištěn cca 0,01 až 0,02% a je tedy nízký. 3. ZÁVĚR Provedenými zkouškami byla prokázána značná degradace betonu, který je narušen zejména mrazově a dochází k jeho plošnému odpadávání. Pokles hodnoty pH betonu podporuje korozi výztuže, u níž v mnoha místech došlo k podstatnému úbytku profilu. Na základě uvedených skutečností lze konstatovat, že se jeví vhodné realizovat sanaci mostu v co nejkratším časovém horizontu. Bez provedení oprav lze očekávat další významné narušení výztužné oceli, které může vést ke snížené zatížitelnosti mostu a následně až k havarijnímu stavu toho objektu.

39

Obr. 1: Celkový pohled na diagnostikovaný most

Obr. 2: Opěra mostu, obsahující trhliny, průsaky a poškozenou omítku

Obr. 3: Podhled mostovky, odkrytá značně korodující výztuž příčníků i podélných trámů

Obr. 4: Podhled mostovky, detailní pohled na odkrytou značně korodující výztuž

Obr. 5: Oblouk mostu, narušený beton, odkrytá značně korodující výztuž, v levé části místo odběru jádrového vývrtu

Obr. 6: Podhled oblouku mostu, narušený beton, odkrytá značně korodující výztuž

Obr. 7: Narušený beton sloupu pod obloukem, odkrytá značně korodující výztuž

Obr. 8: Vývrt odebraný z opěry, značně mezerovitý beton je opatřen vrstvou torkretu o síle cca 10 cm

40

HODNOCENÍ PEVNOSTÍ V TLAKU CIHEL PLNÝCH NEDESTRUKTIVNÍMI METODAMI ZKOUŠENÍ EVALUATION OF COMPRESSION STRENGTH OF FULL BRICKS BY NON-DESTRUCTIVE TESTING METHODS Ing. Jiří Brožovský, CSc. (1) Ing. Jiří Brožovský, ml. (2) 1) Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav technologie stavebních hmot a dílců, Veveří 95, 662 37 Brno Tel. 54114 7513, fax: 54114 7502, e-mail: [email protected] 2) VŠB - Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, katedra stavební mechaniky, Ludvíka Podéště 1875, 708 00 Ostrava-Poruba Tel.: 59 732 1321, fax: 59 732 1358, e-mail: [email protected] Anotace: Při stavebně technických průzkumech zděných konstrukcích se setkáváme s potřebou určení pevnostních charakteristik zděných kusových materiálů. V ČSN 73 0038 v čl. 3.1.6 jsou definovány podmínky, kdy je nezbytné ověřit vlastnosti materiálů zkouškami. V příloze P3.2.2. bod 2) se připouští zjišťování pevností s využitím nedestruktivních metod zkoušení za předpokladu, že jsou k dispozici potřebné kalibrační vztahy. Na rozdíl od nedestruktivních metod zkoušení betonu nejsou zkušební metody pro cihlářské výrobky kodifikovány v příslušní ČSN a nejsou tudíž i k dispozici potřebné kalibrační vztahy. Abstract: In building surveys of masonry structures we need to assess the strength characteristics of pieces of brickwork material. The standard ČSN 73 0038, section 3.1.6 defines the circumstances under which the properties of materials have to be verified by tests. In annex P3.2.2. item 2), the use of non-destructive testing methods in strength assessment is permitted, provided that the needed calibration relations are available. In contrast to non-destructive methods of testing concrete, the methods of testing masonry units are not codified in the respective ČSN standards and, hence, the needed calibration relations are not available. Ve stavební praxi jsou nejčastěji využívány tyto nedestruktivní metody: •

tvrdoměrné

•

dynamické

- Schmidtovy tvrdoměry - Waitzmannův tvrdoměr - špičákové tvrdoměry - ultrazvuková impulsová metoda - rezonanční metoda.

41

Tyto metody pro zkoušení betonu jsou kodifikovány v příslušných českých technických normách, konkrétně: • • •

tvrdoměrné - ČSN 73 1373 ultrazvuková impulsová metoda - ČSN 73 1371 rezonanční metody - ČSN 73 1372.

Tvrdoměrné metody jsou využívány ke zjišťování pevností, především pevnosti v tlaku. Ultrazvuková impulsová metoda se používá především pro stanovení: • • • •

rychlosti šíření UZ impulsů dynamického modulu pružnosti pevností – za přesně definovaných podmínek zkoušení narušení vzorků materiálů.

Rezonanční metody se používá především pro stanovení: • • •

dynamického modulu pružnosti v tlaku a tahu dynamického modulu pružnosti ve smyku dynamického Poissonova koeficient.

Podmínkou pro využívání nedestruktivních metod pro hodnocení fyzikálně-mechanických vlastností materiálů je existence příslušných kalibračních vztahů mezi parametrem z nedestruktivního zkoušení a příslušnou vlastností, která je sledována. Pro zjišťování pevností v tlaku betonu jsou obecné kalibrační vztahy pro určování jeho pevností z parametrů nedestruktivního zkoušení tvrdoměrnými metodami uvedeny v ČSN 73 1373. V dalším jsou uvedeny výsledky experimentálních prací, které byly zaměřeny na využití nedestruktivních pro zjišťování pevností cihel plných výše uvedenými nedestruktivními metodami. 2. TVRDOMĚRNÉ NEDESTRUKTIVNÍ METODY Nedestruktivní zkoušky byly prováděny na cihlách plných z různého období výroby a z různých lokalit. Celkem bylo odzkoušeno 620 vzorků. Na vzorcích byly prováděny jednak nedestruktivní zkoušky, jednak destruktivní zkoušky pro stanovení pevnosti v tlaku. Z výsledků zkoušek byly pomocí metody nejmenších čtverců zpracovány obecné kalibrační vztahy mezi parametrem z nedestruktivního zkoušení a pevností v tlaku zjištěné destruktivně. Pro nedestruktivní zkoušení byly vybrány dvě tvrdoměrné metody: • •

Schmidtův tvrdoměr LB Waitzmannův tvrdoměr.

Parametrem z nedestruktivního měření Schmidtovým tvrdoměrem je velikost odrazu a z měření Waitzmannovým tvrdoměrem poměr průměru vtisku na srovnávací tyčce a průměru vtisku na folii, která je položena na vyšetřovaném vzorku (cihle). Na základě měření byl pro Schmidtův tvrdoměr typu LB zpracován obecný kalib42

rační vztah s těsností korelace r = 0,92, který umožňuje stanovit pevnost v tlaku cihel plných z parametrů nedestruktivního zkoušení s přesností maximálně ± 10%. Bezproblémová využitelnost tohoto obecného kalibračního vztahu pro zkoušení cihel plných pálených klasického formátu byla prokázána na řadě provedených akcí. Využití Waitzmannova tvrdoměru pro zjišťování je možné. Zpracovaný kalibrační vztah však vykazuje horší těsnost korelace než pro Schmidtův tvrdoměr, r = 0,83. Umožňuje stanovit pevnost v tlaku cihel plných z parametrů nedestruktivního zkoušení s přesností ± 17%. Nevýhodou této metody kromě menší přesnosti dosahovaných výsledků je i značná pracnost při vyhodnocování. Pro ilustraci je uveden v obrázku číslo 1 obecný kalibrační vztah pro určování pevnosti v tlaku z parametru měření Waitzmannovým tvrdoměrem.

Obr. 1: Obecný kalibrační vztah pro určení pevnosti v tlaku CP z parametrů nedestruktivního měření - Waitzmanův tvrdoměr

3. DYNAMICKÉ NEDESTRUKTIVNÍ METODY Na vzorcích určených pro tvrdoměrné zkoušky byly nejprve provedeny měření nedestruktivními dynamickými metodami, a to jak ultrazvukovou impulsovou metodou, tak i rezonanční metodou. Vyhodnocení a analýza výsledků zkoušek prokázaly, že pro dané metody není reálné zpracovat obecné kalibrační vztahy s dostatečnou vypovídací schopností. Je to dáno skutečností, že cihly plné obsahují řadu trhlinek a jiných poruch střepu, které sice významně ovlivňují parametry z nedestruktivních dynamických zkoušek (rychlost šíření UZ impulsů, vlastní frekvenci ), ale vliv na pevnosti v tlaku je rozdílný a ne vždy koreluje s parametry z nedestruktivního zkoušení. Soubor zkoušených vzorků UZ impulsovou metodou vykazoval těsnost korelace mezi pevností v tlaku zjištěnou destruktivně a rychlosti šíření UZ impulsů r = 0,24 a u vzorků zkoušených rezonanční metodou r = 0,25. Je však třeba konstatovat, že pro cihly plné z 30. Let tohoto století a starší z jedné lokality bylo možno zpracovat úzký kalibrační vztah pro UZ impulsovou metodu který dosahoval těsnosti korelace r = 0,87. Pro ilustraci jsou uvedeny kalibrační vztahy pro soubory cihel plných různého původu v obrázku číslo 2. Z uvedeného je zřejmé, že využití nedestruktivních dynamických zkoušení pro zjišťování pevnosti v tlaku cihel plných pálených je problematické. Lze je využít za předpokladu, že pro cihly z určité lokality bude zpracován vlastní kalibrační vztah. 43

4. ZÁVĚR Na základě výše uvedených poznatků lze konstatovat: • Pro zjišťování pevnosti v tlaku cihel plných pálených klasického formátu lze bez problémů využívat Schmidtova tvrdoměru typu LB. Provedené zkoušky při řadě praktických aplikací prokázaly vhodnost této metody a dostatečnou přesnost zpracovaného kalibračního vztahu pro určování pevnosti v tlaku z parametrů nedestruktivního zkoušení. • Využití Waitzmannova tvrdoměru pro určování pevnosti v tlaku cihel plných vyžaduje provádět upřesnění hodnot pevností v tlaku určených z kalibračního vztahu postupem uvedeným v ČSN 73 13373. Hodnocení pevnosti v tlaku pouze na základě výsledků nedestruktivního zkoušení je problematické. • Výsledky zkoušení dynamickými nedestruktivními metodami (UZ impulsová, rezonanční) jsou značně ovlivňovány vadami střepu. Nebylo možno zpracovat obecné kalibrační vztahy s dostatečnou těsností korelace. • Dynamické nedestruktivní metody lze využít za předpokladu zpracování úzkých kalibračních vztahů pro cihly z konkrétní lokality. Reálnější je využití těchto metod pro „staré“ cihly, které se vyznačují kvalitnějším střepem. Práce byla řešena s podporou VVZ CEZ MSM 261100008 „Výzkum a vývoj nových materiálů z odpadních surovin a zajištění jejich vyšší trvanlivosti ve stavebních konstrukcích“ a GA ČR 103/02/0990 „Výzkum nesilových účinků a agresivního prostředí na stárnutí historických staveb se zvláštním zaměřením na Karlův most v Praze“

Obr. 1: Obecný kalibrační vztah pro určení pevnosti v tlaku CP z parametrů nedestruktivního měření - Waitzmanův tvrdoměr

44

PROBLEMATIKA KONTROLY PŘI SANACI KONSTRUKCÍ Z BETONU NIŽŠÍCH PEVNOSTÍ PROBLEMS OF CHECKS IN REPAIRING LOWER STRENGTH CONCRETE STRUCTURES Ing. Jiří Habarta, CSc. S-PROFESS, a.s., Pellicova 5d, 602 00 Brno, tel., fax: 541 236 943, tel. 602 136 986 Anotace: Sanační práce jsou vyžadovány a prováděny na betonech nižších pevností. To přináší specifické problémy při provádění a zejména při kontrole sanačních prací. Abstract: Repair works are required and carried out on lower strength concrete. This presents specific problems of carrying out and especially of checking repair works. Sanace železobetonových konstrukce je specifická a náročná činnost, většinou i dosti nákladná. Její spolehlivé provedení by mělo být zájmem nejen investora, ale i dodavatele prací. Prokázat takovou skutečnost je možné jen kontrolou, a ta je proveditelná formou zkoušek. Sanační práce, to je materiály, pracovní postupy a metodiky zkoušek byly původně zaměřeny pouze na inženýrské konstrukce. Tedy například mosty, jeřábové dráhy, skelety. Tyto konstrukce jsou většinou navrhovány z betonů vyšších pevnostních tříd a proto i vlastnosti sanačních materiálů byly „laděny“ pro parametry těchto konstrukcí. Požadované základní parametry správkových hmot uvádí v Technických podmínkách Sdružení pro sanace betonových konstrukcí pevnost betonu v tlaku větší než 25 MPa. To je kontrolní pevnost pro beton B 20 a zaručená pevnost pro beton B 25. Předepsané hodnoty přídržnosti jak pro sanační materiál, tak pro předupravený povrch odpovídají pevnostem v tahu nižších pevnostních tříd, zřejmě je bráno v úvahu, že se sanují povrchově porušené betony konstrukcí. Pevnost v tlaku správkových hmot by měla být v intervalu 25 až 50 MPa. Z hlediska posuzování není specifikováno, zda jsou tyto hodnoty určeny jako hodnoty pevností kontrolních, anebo zda jsou to zaručené pevnosti. V praxi jsou nabízeny materiály, které mají deklarované pevnosti v tlaku po 28 dnech zrání 60, ale i nad 80 MPa. Předpokladem spolehlivosti a životnosti provedené opravy konstrukce sanační metodou by měly být podobné, když ne stejné vlastnosti správkové hmoty a podkladu – betonu původní konstrukce. Menší rozdíl by měly přenést kontaktní můstky. Problém nastává, pokud tento princip není dodržen. Pak je raálná naděje, že nově přidaný materiál bude mít natolik jiné vlastnosti, že se při působení teplotních a jiných vlivů oddělí i s tenkou vrstvou podkladu. 45

Se zvyšováním objemu sanačních prací nastávají situace, kdy investoři požadují provedení sanace konstrukce s výrazným narušením povrchu betonu, konstrukce provedené z betonu nízké pevnosti a dokonce konstrukce s poruchami jako jsou trhliny. Důvodem pro toto rozhodnutí bývá skutečnost, že provedení sanace je levnější než postavení nové konstrukce místo původní a často se argumentuje s předpokládanou krátkou životností objektu, 5 – 10 let, a na tuto dobu je životnost sanované konstrukce dodavatelem obvykle přislíbena. Pro zpracování projektu sanace konstrukce by měl být zpracován stavebně technický průzkum. Ten by měl zjistit skutečné vlastnosti betonu konstrukce, míru porušení, výskyt poruch a měl by také stanovit vlastnosti povrchu betonu při provedení určitého způsobu předúpravy povrchu. V praxi se dosti často dosahují úspory tím, že se stavebně technický průzkum neprovede a podklady pro projekt se vytvoří „odborným odhadem“. Obvykle to přinese zvýšené náklady na sanaci a úspora se změní ve ztrátu. Projekt sanace by měl stanovit i materiály a technologie, které jsou pro danou konstrukci optimální. Vzhledem ke komerčním vztahům jsou tato doporučení obvykle rámcová a uvádí se například, že sanace má být provedena s použitím materiálu jehož vlastnosti jsou srovnatelné s materiálem, uvedeným zde jen jako příklad. Určení materiálu pak obvykle vychází z toho, s čím je firma vybraná z výběrového řízení zvyklá pracovat, anebo co získá v poptávce nejlaciněji. První problémy spojené s kontrolní činností nastávají často již v průběhu předúpravy. Prováděcí firma volí zařízení obvykle podle nákladů na provoz, ne podle potřeby konstrukce. Otryskání se tak provede například jen vodou malým tlakem, takže zůstanou neodstraněné uvolněné povrchové vrstvy betonu. To se při zkouškách zjistí a mělo by to být opraveno. Další problém nastává, když se zjistí, že přídržnost předupraveného betonu je menší než je požadováno a vyskytují se hodnoty 0,3 – 0,5 MPa. A objednán anebo již dodán na stavbu je materiál s pevností v tlaku 60 MPa. Teoreticky by měl tuto skutečnost řešit projektant, snad změnou projektu ve smyslu provedení nástřiku správkové hmoty na přikotvenou síť. V řadě případů se ale tento případ řeší kompromisní improvizací s předpokladem, že snad nedojde k poruše. Kontrola sanace by měla být prováděna po nanesení jednotlivých vrstev a po realizaci celého systému. A zde se opět mohou vyskytovat výsledky zkoušek přídržnosti v hodnotách 0,3 – 0,5 MPa. Při porušení v podkladu je přijata domněnka, že pevnost nanesených vrstev je vyšší než pevnost podkladu a že je tedy sanace úspěšná. Tento výsledek má dva negativní dopady. Za prvé se takto i špatně provedená sanace předá jako vyhovující, i když je tahová pevnost například 0,8 místo 1,6 MPa. Dále se všechny zkoušky, kde došlo k odtržení v podkladu zařadí do vyhovujících a tím se výrazně zkreslí obraz o skutečném stavu opravené konstrukce. Ve skutečnosti špatně provedená sanace je pak předána jako vyhovující.

46

PRUŽNÉ LEPICÍ HMOTY A JEJICH ZKOUŠENÍ FLEXIBLE ADHESIVE MATERIALS AND THEIR TESTING Doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc. (1) Ing. Václav Pumpr, CSc. (2) (1) ČVUT, Kloknerův ústav, Šolínova 7, 166 08 Praha 6, tel./fax: 224 353 840, e-mail: [email protected], www.cvut.cz, www.dohnalek.org (2) ČVUT, Kloknerův ústav, Šolínova 7, 166 08 Praha 6, tel./fax: 224 353 567, e-mail: [email protected], www.cvut.cz Anotace: V příspěvku se popisují zkoušky jednokomponentních a dvoukomponentních lepicích hmot, a to stanovení modulu pružnosti v tlaku a v tahu, resp. pevnost v tlaku a v tahu. Je ukázáno, že všechny tyto parametry jsou významně vzájemně provázány a spolupodílejí se na schopnosti lepicí hmoty fixovat spolehlivě povrchovou úpravu k podkladu. Abstract: The report describes the tests of one- and two-component adhesive materials, namely determination of Young′s modulus E and the compression stress modulus or tensile and compression strength. It is shown that all these parameters are significantly interconnected and participate in the ability of the adhesive material to fix with high reliability the surface finish to the base. 1. ÚVOD Lepení povrchových úprav k podkladu je standardním úkolem, který se řeší již celá desetiletí. Typickým příkladem je provádění keramických obkladů ať již interiérových či exteriérových. Původně se keramické obklady prováděly na tzv. „buchty“, tvořené vápenocementovou maltou, která byla často doplňována i dřevěnými pilinami. Takovýto spoj byl celkově velmi poddajný, produktivita práce však byla relativně nízká. Od poloviny minulého století se přechází na technologii, u níž na cementové jádro je celoplošně lepen obklad pomocí cementové kaše. Nástup prefabrikovaných malt umožnil nabídnout lepicí hmoty s optimální granulometrií, vysokou thixotropičností a oddáleným tuhnutím. Současně se však mimořádně rozšířilo spektrum používaných obkladů, zejména pokud se týče jejich velikosti. Výrazně se rozšířilo i použití obkladových materiálů v exteriéru. Aby bylo možné plnit tyto úkoly, je snaha používat tzv. pružné lepicí hmoty. Pružnost je však pojem velmi relativní a pokud není kvantifikován, může být i velmi zavádějící. Typické je, že i u těchto tzv. pružných hmot není většinou uváděn žádný parametr, charakterizující pružnost a uživatel může mít tedy oprávněný pocit, že obklad provádí s velmi flexibilním materiálem. 47

I když se do většiny dražších lepicích hmot dávkují v jisté míře redispergovatelné práškové polymerní disperze, které snižují modul pružnosti, není jejich podíl obvykle takový, aby mohl tento modul významněji snížit. Proto u hmot, kde nároky na snížení modulu pružnosti jsou naléhavější, bývá polymerní disperze používána v tekutém stavu a výrobky jsou tedy dvoukomponentní. Zájem o pružnost lepicí hmoty vyplývá z okolnosti, že schopnost lepicí hmoty fixovat obklad k podkladu, závisí nejen na hodnotě přídržnosti lepicí hmoty k podkladu či obkladu, ale výrazně více na její pružnosti. Na obklady či jiné povrchové úpravy (vyjma dlažeb) prakticky nepůsobí žádné mechanické zatížení, přesto jsou významně zatíženy tzv. fyzikálními účinky, tj. napětím, které vzniká především v důsledku nerovnoměrného ohřátí povrchu resp. teplotního gradientu, případně v důsledku smršťování cementem pojených hmot. Výslednou schopnost lepicí hmoty kotvit povrchovou úpravu k podkladu tedy shodným způsobem ovlivňuje jak její přídržnost, tak i její elastičnost, tedy úroveň modulu pružnosti. Pokud hledáme pro interpretaci a porovnání jednotné kritérium, je optimální definovat parametr tolerovatelného přetvoření ω jako: ω = kde Rt je Et

Rt

(1)

Et

tahová pevnost materiálu v MPa, modul pružnosti v tahu materiálů v MPa.

Čím vyšší je tato hodnota, tj. čím vyšší je tahová pevnost resp. přídržnost lepicí hmoty a čím nižší je modul pružnosti, tím lépe lepicí hmota resp. celé povrchové souvrství odolává fyzikálnímu, tedy především teplotnímu zatížení. Používat k lepení povrchových úprav materiály s vysokou tahovou pevností či přídržností tedy samo o sobě není dostačující. Pokud neznáme hodnotu pružnosti, resp. parametr tolerovatelného přetvoření ω, může realita prokázat, že přes velmi dobrou přídržnost povrchové úpravy k podkladu dojde k jejímu postupnému uvolnění a odpadnutí. 2.

ZKOUŠKY A JEJICH VÝSLEDKY

Celkem bylo testováno šest komerčních lepicích hmot, které jsou dále označovány jen symboly. Účelem publikace není testovat či porovnávat vhodnost či nevhodnost lepicích hmot jednotlivých výrobců, ale pouze upozornit na výše naznačené souvislosti. Tři z lepicích hmot byly dvousložkové, tj. skládaly se ze suché složky a tekuté disperze (KM, SK a WB). Tři hmoty pak byly jednosložkové (DB, KFP, KSP). Přesně podle návodu výrobce, uvedeného na obalech suché resp. tekuté složky lepicí hmoty byla připravena zkušební tělesa ve tvaru hranolu 40x40x160 mm. Po výrobě a odformování byla tělesa nejprve 6 dní ošetřována v normálním laboratorním prostředí s relativní vlhkostí vzduchu 60 ± 5 % a následně pak na vzduchu s relativní vlhkostí cca 40 %. Na těchto tělesech ve stáří cca 28 dní byly stanoveny pevnosti v tahu a tlaku a naměřeny pracovní diagramy, opět jak v tahu tak v tlaku. Zkoušky byly prováděny v elektronicky řízeném zatěžovacím univerzálním stroji, a to při velmi pomalé zatěžovací rychlosti. 48

Ke zkoušce v tahu byla hranolová tělesa upravena řezáním tak, že byla odříznuta vždy cca 10 mm tlustá vrstva z koncových částí hranolu. Vynesené pracovní diagramy pro tah i tlak jsou v příloze. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v přiložené tabulce a znázorněny formou sloupcových grafů. Výsledku zkoušek hranolové pevnosti ukazují, že u pěti z šesti testovaných hmot se pevnosti v tlaku pohybují v intervalu cca od 10,90 do 21,40 MPa. Současně tahové pevnosti v intervalu od 1,45 do 3,93 MPa. Obecně hodnoty tlakových a tahových pevností poměrně dobře korelují, tj. čím vyšší tahová pevnost, tím v zásadě i pevnost tahová. Totožný trend je zřejmý i u hmoty, označené jako WB, kde však tahová pevnost má hodnotu 0,51 MPa a tlaková 1,05 MPa. Podělíme-li zjištěné tlakové pevnosti pevnostmi tahovými (parametr x) zjistíme, že u pěti z šesti testovaných hmot se tento poměr pohybuje v intervalu od 4,59 do 7,52, u šesté hmoty, označené WB je však pouze 2,06. Zatímco u běžných konstrukčních betonů se uvádí poměr tahové a tlakové pevnosti (obrácený poměr než parametr x), obvykle jako 1/10 až 1/20. V případě testovaných lepicích hmot vidíme, že tento poměr je přibližně na úrovni 1/5. Je to dáno jak absencí hrubých frakcí kameniva, tak i přítomností polymerních disperzí, které moduly pružnosti snižují. Pokud bychom tedy chtěli velmi orientačně hodnotit flexibilitu lepicí hmoty, můžeme provést stanovení pevnosti v tlaku a v tahu a z poměru obou hodnot si vytvořit představu o jejích přetvárných možnostech. Přímější informace o přetvárnosti lepicích hmot, a tedy i objektivnější informace však podají teprve zkoušky modulu pružnosti ať v tahu či tlaku. Z přiložené tabulky i sloupcových grafů vyplývá, že hodnoty modulu pružnosti v tahu i v tlaku lepicích hmot KM, SK, KFP, KSP se pohybují v poměrně úzkém rozmezí v intervalu 4.444 MPa až 7.969 MPa (4,44 GPa až 7,97 GPa). Výrazně se odlišuje pouze lepicí hmoty DB, u níž je modul pružnosti v tahu i v tlaku více než dvojnásobný a naopak modul pružnosti hmoty WB je pak takřka o dva řády nižší než všech ostatních lepicích hmot. Právě tuto jedinou hmotu by bylo možné na základě senzorického zhodnocení označit za částečně pružnou, všechny ostatní hmoty se jeví jako standardní cementové malty, jejich pružnost posoudit jakkoliv jinak než zkouškami, je nemožné. Použijeme-li tedy zjištěné hodnoty tahové pevnosti a hodnoty modulu pružnosti v tahu k vyčíslení parametru tolerovatelného přetvoření ω zjistíme, že jednosložkové hmoty mají tento parametr v intervalu 0,18 až 0,34, dvě z dvousložkových hmot KM a SK pak 0,50, resp. 0,48 a od tohoto souboru se výrazně odlišuje pak dvousložková lepicí hmota WB, u níž parametr ω je 24,29, tj. téměř 50 x vyšší než u předchozích dvou dvousložkových hmot. Výsledné hodnoty jsou jednoznačně ovlivněny dávkou a typem použité polymerní disperze ve formulaci lepicí hmoty. 3.

ZÁVĚRY A ZHODNOCENÍ

Při provádění náročnějších povrchových úprav, a to zejména obkladů v exteriéru či velkorozměrových obkladů v interiéru, je účelné mít k dispozici informace o přetvárných vlastnostech použitých lepicích hmot. Jisté vodítko v tomto směru může poskytnout poměr tlakových a tahových pevností, který by se měl pohybovat co nejníže pod hodnotou 5,0. Přesnější zhodnocení je pak možné na základě zjištění modulu pružnosti v tahu a tlaku. Obecně porovnávatelnou hodnotou je parametr ω, který je definován jako poměr pevnosti v tahu ku modulu pružnosti (x 1000). Jeho úroveň by 49

se měla pohybovat co nejvýše nad hodnotou 0,5. Za skutečné pružné lepicí hmoty lze pak považovat takové materiály, které mají parametr ω = 20 a vyšší. Příspěvek byl zpracován s podporou projektu GAČR č. 103-01-0814 a výzkumného záměru CEZ J04/98.210000030.

Obr. 1 až 6: ukázky pracovních diagramů vybraných lepicích hmot

50

Tabulka 1. Výsledky zkoušek šesti druhů komerčních lepicích hmot

Obr. 7

51

Obr. 8

Obr. 9

52

Obr. 10

Obr. 11

53

PŘEDMLUVA. Vážené dámy a pánové,

Recommend Documents