Požadavky na betony z hlediska trvanlivosti Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební
Beton - specifikace, dokumenty • Beton C12/15 a vyšší je stanovený výrobek ve smyslu NV 163/2002 – Beton musí být ve shodě s tzv. určenou normou – Určená norma pro beton: ČSN EN 206-1, ČSN EN 206 (od 07/2014) – Specifikuje mj. požadavky na betony dle třídy a stupně vlivu prostředí
• Investor může specifikovat i další požadavky (např. správci státní infrastruktury vydávají své technickokvalitativní podmínky) – – – –
Ředitelství silnic a dálnic (ŘSD ČR) Správa železniční dopravní cesty (SŽDC) Ředitelství vodních cest ČR (ŘVC ČR) ČEZ
ČSN EN 206 • Norma zavádí stupeň vlivu prostředí Příklad značení betonu: C 30/37 XC2, XF4, XA2 – X0 Bez nebezpečí koroze nebo narušení – XC Koroze způsobená karbonatací – XD Koroze způsobená chloridy – XF Střídavé působení mrazu a rozmrazování – XA Chemicky agresivní prostředí Další stupně vlivu prostředí – XS Koroze způsobená chloridy z mořské vody – XM Namáhání pohyblivým mechanickým zat.
Stupeň vlivu prostředí - příklady • Budovy (ČSN EN 206)
Stupeň vlivu prostředí - příklady • Průmyslové objekty (ČSN EN 206)
Stupeň vlivu prostředí - příklady • Inženýrské stavby (ČSN EN 206)
Stupeň vlivu prostředí XC - koroze způsobená karbonatací • Karbonatace betonu je reakce ztvrdlého betonu se vzdušným CO2. Tím dochází mj. ke snížení alkality betonu (přibližně pH 13 → pH 9). Důsledkem je koroze ocelové výztuže.
XC - koroze způsobená karbonatací • SVP dle ČSN EN 206 SVP Charakteristika prostředí
Max. V/C
Min. třída
Min. dávka cementu [kg/m3]
0.65
C 20/25
260
XC2 Mokré, občas suché
0.60
C 25/30
280
XC3 Středně mokré, vlhké
0.55
C 30/37
280
0.50
C 20/25
300
XC1
XC4
Suché nebo stále mokré
Střídavě mokré a suché
Specifické zkoušky
Proč je vlhkost prostředí (betonu) důležitá a) Póry zaplněné vodou snižují rychlost pronikání CO2 do betonu b) V suchém betonu proces karbonatace neprobíhá
Další požadavky
Variabilita karbonatace betonu • Hloubka karbonatace betonu se může v různých částech konstrukce lišit. • Příčina: rozdílné podmínky při ukládání, ošetřování a expozici betonu (příklad dle Schiessla – balkonová konzola) Typ expozice
Hloubka karbonatace
I
24%
II
18%
III
32%
IV
48%
V
63%
Interiér
100%
Karbonatace betonu – měření na konstrukcích • Třída betonu C 16/20 (B 250) • Měřeno na vnějším povrchu chl. věží
Stupeň vlivu prostředí XD – koroze způsobená chloridy • Chloridy mohou narušit pasivační vrstvu na ocelové výztuži v betonu, důsledkem je koroze výztuže
XD - koroze způsobená chloridy • SVP dle ČSN EN 206 SVP Charakteristika prostředí
Max. V/C
Min. třída
Min. dávka cementu [kg/m3]
XD1 Středně mokré, vlhké
0.55
C 30/37
300
XD2 Mokré, občas suché
0.55
C 30/37
320
0.45
C 35/45
340
XD3
Střídavě mokré a suché
Specifické zkoušky
Další požadavky
Proč je vlhkost prostředí (betonu) důležitá a) Transport chloridů je podmíněn rozpuštěním ve vodě b) Střídavé vlhčení a vysychání povrchu betonu urychluje transport chloridů do hlubších vrstev betonu
XD - koroze způsobená chloridy • V praxi je nejčastějším případem kontaminace betonu chloridy z rozmrazovacích prostředků (posypových solí) na komunikacích • V ČR aplikováno cca 150 – 200 tis. tun ročně • Rozmrazovací prostředky - nejčastěji na bázi NaCl, méně CaCl2, MgCl2 • Prostředky na bázi CaCl2 a MgCl2 mohou narušovat pojivo v betonu
XD - koroze způsobená chloridy • Chloridy působí na železobeton i dalšími degradačními mechanismy. Kromě koroze výztuže to jsou: Prohloubení vlivu mrazu (XF) Zvýšení obsahu alkálií v betonu (riziko alkalicko křemičité reakce)
Stupeň vlivu prostředí XF – působení vody, mrazu a rozmraz. prostředků • Voda obsažená v pórovém systému betonu při cyklickém zmrazování mění objem a skupenství, důsledkem je rozpad betonu • Nejvíce exponované jsou zejména dopravní stavby – mosty, PHS, svodidla.
XF - působení mrazu a rozmrazovacích prostředků • SVP dle ČSN EN 206 SVP Charakteristika prostředí
Max. V/C
Min. třída
Min. dávka cementu [kg/m3]
Obsah vzduchu [%]
Další požadavky
XF1
Mírně nasycen vodou, bez RP
0.55
C 30/37
300
-
Mrazuvzd. kamenivo
XF2
Mírně nasycen vodou, s RP
0.55
C 25/30
300
4.0
Dtto
XF3
Značně nasycen vodou, bez RP
0.50
C 30/37
320
4.0
Dtto
XF4
Značně nasycen vodou, s RP
0.45
C 30/37
340
4.0
Dtto
Pro SVP XF2 až XF4 je požadováno provzdušnění betonu – min. 4% (viz dále)
XF - působení mrazu a rozmrazovacích prostředků • Proč je nasycení betonu vodou a přítomnost CHRL důležitá a) Voda v pórech při zmrznutí zvětšuje objem → narušení betonu b) CHRL jsou hygroskopické → zvyšují mrazové narušení betonu c) Další vlivy CHRL: Dodatečné alkálie v betonu → AKR, koroze výztuže
Pozn.: CHRL = chemické rozmrazovací látky
XF - působení mrazu a rozmrazovacích prostředků • Odolnost betonu proti působení vody, mrazu a CHRL se prověřuje zkouškami • V ČR je preferována zkouška dle ČSN 73 1326 • Zkušební tělesa vystavena cyklickému zatížení mrazem (obvykle 50 až 150 cyklů) • Teplota při zkoušce -20 až +20°C Poznámka: Pozor na termonologii – odolnost betonu je jiný parametr než mrazuvzdornost
Zkouška odolnosti betonu • Odolnost betonu (XF) lze měřit metodikou dle ČSN EN 73 1326 • Zkušební těleso je vystaveno cyklickému zmrazování (1cyklus = 6h) • Stanovuje se odpad rozrušeného betonu s povrchu zkušebního tělesa [g/m2] metoda A (zkušební těleso krychle) metoda C (zkušební těleso válec)
XF - působení mrazu a rozmrazovacích prostředků • U betonů se stupněm vlivu prostředí XF2 až XF4 je obvykle požadováno provzdušnění betonu – 4% obsahu vzduchu v betonu • Přítomnost vzduchových pórů v betonu zvyšuje odolnost proti působení vody, mrazu a CHRL • Účinné je provzdušnění malými vzduchovými póry (do 0.3 mm) – důležitá je minimalizace vzdálenosti mezi jednotlivými póry
XF - působení mrazu a rozmrazovacích prostředků • Kvalitu provzdušnění betonu charakterizují 2 parametry: • Obsah mikroskopického vzduchu A300 • Součinitel prostorového rozložení vzduchových pórů L (tzv. spacing factor) A300 je obsah mikroskopického vzduchu (póry do 0.3 mm) L charakterizuje vzájemnou vzdálenost pórů v cementové matrici Specifikován max. hodnotou (např. L ≤ 0.2) L je možno měřit na čerstvém i ztvrdlém betonu
Měření obsahu vzduchu v betonu • Tlaková metoda (obsah celkového vzduchu včerstvém betonu - %) • Analýza čerstvého betonu (A300, L) • Analýza ztvrdlého betonu (A300, L)
Stupeň vlivu prostředí XA – chemicky agresivní prostředí • Narušení pojiva v betonu působením vnějšího prostředí, snížení pevnosti a rozpad betonu
XA - chemicky agresivní prostředí • SVP dle ČSN EN 206 SVP Charakteristika prostředí
Max. V/C
Min. třída
Min. dávka cementu [kg/m3]
Specifické zkoušky
Další požadavky
XA1
Slabě agresivní chemické prostředí
0.55
C 30/37
300
XA2
Středně agresivní chemické prostředí
0.50
C 30/37
320
SVC
XA3
Silně agresivní chemické prostředí
0.45
C 35/45
360
SVC
XA – chemicky agresivní prostředí rozdělení dle ČSN EN 206 • Podzemní voda – – – – –
SO42- síranová agresivita pH kyselost, zásaditost CO2 uhličitá agresivita NH4+ n Mg2+ hořečnatá agresivita
• Zemina – SO42- síranová agresivita – Kyselost
XA - chemicky agresivní prostředí • ČSN EN 206 zavádí chemicky agresivní prostředí pro podzemní vodu a zeminu • V praxi se často vyskytuje chemická agresivita prostředí v technologických provozech Závody pro výrobu chemikálií, elektrárny, kanalizace a čističky odpadních vod V těchto případech je nutno postupovat dle specifických předpisů Pro určité typy agresivity prostředí není beton vhodným materiálem (HCL, HF)
Příklad nedostatečné specifikace vlivu agresivního prostředí na beton • Jímka v elektrárně narušena odpadní vodou z chemického čištění kotle (2% kyselina fluorovodíková) • Reklamováno jako nekvalitní beton • Řešení: sanace a sekundární ochrana odolná proti HF
Zkouška vodonepropustnosti betonu • Odolnost betonu proti chemicky agresivnímu prostředí (XA) výrazně souvisí s jeho nepropustností • Nepropustnost lze měřit metodikou dle ČSN EN 12390-8 Zkouška se provádí na standardní krychli 150 mm Povrch krychle vystaven vodě o tlaku 0,5 MPa po dobu 72 hodin Měří se hloubka průsaku vody v betonu
Stupeň vlivu prostředí XM – namáhání pohyblivým mechanickým zatížením (obrus) • Doprava • Voda s abrazivem • Kavitace
XM – namáhání pohyblivým mechanickým zatížením SVP
XM1
Charakteristika prostředí
Mírné vnitřní podlahy
Střední Vnitřní podlahy, vnější dlažba
Max. V/C
Min. třída
Min. dávka cementu [kg/m3]
0.55
C 30/37
300
0.55
C 30/37
300
0.45
C 35/45
320
0.45
C 35/45
320
XM2 Vysoké Vozíky s pryžovými pneumatikami
Velmi vysoké XM3
Vozíky s elastomerovými pneumatikami, kovovými obručemi, vodní stavby
Specifické zkoušky
Další požadavky
Speciální zpracování povrchu
Úpravy povrchu
Shrnutí požadavků dle ČSN EN 206 • Požadavky na složení betonu (kromě X0) Parametr
Požadavek
Maximální vodní součinitel
Nejmírnější
0.65
XC1
Nejpřísnější
0.45
XD3, XF4, XA3
Minimální pevnostní třída
Nejmírnější
C20/25
XC1
Nejpřísnější
C35/45
XD3, XA3
Minimální obsah cementu
Nejmírnější
260 kg
XC1
Nejpřísnější
360 kg
XA3
4,0 %
XF2, XF3, XF4
Obsah vzduchu
Hodnota
Platí pro SVP
Shrnutí požadavků na vodonepropustnost a odolnost betonu • V nové ČSN EN 206 (od 07/2014) nespecifikováno – nutno zajistit smluvně mezi dodavatelem betonu a zákazníkem • Lze použít parametry dle dřívější ČSN EN 206-1 (viz tabulka) Parametr
Požadavek
Maximální Nejmírnější hloubka průsaku ČSN EN 12390-8 Nejpřísnější Maximální odpad ČSN 73 1326
Nejmírnější
Hodnota
SVP
50 mm
XC4, XD2, XF1, XA1
20 mm
XD3, XA3
A/75/1250 C/50/1500
XF2
[metoda/počet cyklů/odpad g/m2]
Nejpřísnější
A/100/1000 C/75/1000 [metoda/počet cyklů/odpad g/m2]
XF4
Požadavky na betony – rozšíření o požadavky zákazníka • Zákazník může smluvně vyžádat splnění přísnějších (rozšířených) kritérií na beton Příklad: Ředitelství silnic a dálnic ČR vyžaduje pro své zakázky splnění požadavků dle specifického dokumentu: Technické kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací – Kapitola 18 – Beton pro konstrukce
Rozšířené požadavky na betony – TKP Kapitola 18 Parametr Složení betonu
Dokument ČSN EN 206 TKP 18
XC4
XD3
XF4
XA3
Mezní parametry složení betonu a pevnostní třídy jsou obdobné
ČSN EN 206
-
-
4,0
-
TKP 18
-
-
4,5
4,5 (SO4)
Min. obsah mikropórů A300
TKP 18
-
-
1,8
-
Součinitel L
TKP 18
-
-
0,2
-
Max. hloubka průsaku
TKP 18
50
20
20
20
Odolnost odpad
TKP 18
-
-
A/100/1000 C/75/1000
-
Obsah vzduchu
Poznámka: Pro průkazní zkoušky betonu jsou kritéria zpřísněna
Děkuji za pozornost
