Rýchloväzná vysprávková malta pre opravy betónových konštrukcií v nepriaznivých podmienkach

1. Úvod

Pri opravách a sanáciách betónových a železobetónových konštrukcií býva veľmi často rozhodujúcim kritériom pre voľbu materiálu a technologický postup rýchlosť opravy. Inými slovami povedané rozhoduje to, za aký čas po dokončení reprofilácie či prevrstvenia je možné opravené plochy vystaviť pôsobeniu vody či iných prevádzkových médií, resp. za ako dlho je možné mechanické zaťaženie opravených povrchov. Typickými príkladmi sú podlahové konštrukcie v skladoch, výrobniach, jímky, odkvapové kanáliky v priemyselných prevádzkach a v neposlednej rade medzi konštrukcie, ktoré nie je obvykle možné vyradiť z prevádzky na dlhšiu dobu, patria aj kanalizačné a vodovodné objekty.

Najrozšírenejšie sanačné materiály na báze klasických rýchloväzných portlandských cementov majú napriek všetkému pokroku vo formulácii hmôt obvykle neprijateľne dlhú dobu tuhnutia a tvrdnutia, zaťažiteľnosť vodou býva často v množstve hodín, mechanickému zaťaženiu môžu byť obvykle vystavené v množstve dní.

Snaha riešiť tento problém rôznymi urýchľovačmi, zvyšovaním jemnosti mletia a pod. neviedla bohužiaľ k žiaducim výsledkom z mnohých dôvodov. Sem patria predovšetkým nežiaduce dopady na pevnosti hmôt v neskorších štádiách, nežiaduce dopady na objemové správanie, korózne ohrozenie výstuže a v neposlednej rade je závažnou komplikáciou vysoká citlivosť väčšiny použiteľných urýchlovačov na odchýlky v chemickom či mineralogickom zložení portlandských cementov. Snaha riešiť tento problém používaním inej spojivovej báze viedla k pokusom používať bezsádrovcové cementy, horečnato-fosfátové cementy, hlinitanové cementy či iné typy materiálov. Najväčšieho uplatnenia, práve vďaka rýchlosti vytvrdnutia a možnosti zaťažiť opravené plochy ihneď po dokončení, mali hmoty na báze organických živíc, hlavne na báze živíc epoxidových. Ich širšiemu uplatneniu však bráni popri cenových dôvodoch predovšetkým obmedzená kompatibilita fyzikálno-mechanických vlastností s betónom (odlišná teplotná rozťažnosť, teplotná závislosť množstva parametrov a iné).

Posledným vývojovým trendom pri formulácii „rýchlych” sanačných materiálov je využívanie spojív na báze zmesí čistých (tj. chemicky a mineralogicky jednoznačných) slinkových minerálov portlandského typu. Je všeobecne známe, že klasický portlandských cement obsahuje veľmi pestrú zmes slinkových minerálov, rôzne sklené fázy a tzv. tuhé medzifázové roztoky, ktoré reagujú s vodou rôznou rýchlosťou. Celá reagujúca zostava pri portlandskom cemente je neobyčajne zložitá a pri priemyselne vyrábaných slinkov resp. cementov sú naše možnosti regulovať rýchlosť tuhnutia a tvrdnutia veľmi obmedzené, ako už bolo napísané vyššie. Oproti tomu zmes syntetických slinkových materiálov, ktoré sú jednoznačne definované ako chemickým zložením, tak zložením fázovým, umožňuje za využitia chemických aditív nastaviť požadovanú dobu tuhnutia (dobu spracovateľnosti) relatívne veľmi presne. V tomto ohľade sa tieto materiály na báze syntetických cementov správajú podobne ako epoxidové živice. To isté platí aj pre rýchlosť spevňovania, ktorú je možné presne regulovať a ktorej závislosť na väčšine vonkajších faktorov s výnimkou teploty je prakticky nevýznamná. Pritom si tieto materiály zachovávajú väčšinu výhod sanačných hmôt na báze portlandského cementu, predovšetkým úplnú kompatibilitu s betónom a to ako v zmysle chemickom, tak fyzikálno-mechanickom.

Širšia dostupnosť týchto spojív viedla k postupnému komerčnému rozšíreniu rýchloväzných sanačných materiálov aj na českom trhu. Bývajú obvykle dodávané ako jednozložkové hmoty, ktoré sa k vlastnému spracovaniu zmiešajú iba s predpísaným množstvom vody.

Hmoty obvykle vynikajú veľmi krátkou dobou tuhnutia a následným rýchlym spevňovaním. Spracovateľnosť zmesi pri teplote 20 °C je 10 až 15 minút od zmiešania s vodou, potom zmes začína tuhnúť a nasleduje rýchle spevňovanie. Po 6 hodinách sú opravené plochy zaťažiteľné ľahkou či stredne ťažkou prevádzkou. Materiály sa preto uplatňujú predovšetkým v oblasti opráv nášlapných vrstiev, schodov, manipulačných či skladových plôch a pod. Vhodné sú k podlievaniu či fixácii kanalizačných poklopov a všade tam, kde sa uplatní rýchlosť spevňovania, konečnej vysokej pevnosti aj ďalšie význačné parametre oboch materiálov. Významnou oblasťou, kde nachádzajú tieto rýchloväzné typy materiálov uplatnenie, je oblasť spevňovania konštrukcií pomocou kompozitných materiálov systému [2]. Tu sa týchto materiálov využíva pre tmelenie podkladu a vyrovnanie geometrických nepresností zosilňovacích prvkov. Jednou z významných oblastí, kde nachádzajú rýchloväzné hmoty uplatnenie, je oblasť opráv kanalizačných a vodovodných sietí. Tu, okrem zodpovedajúcich technologických vlastností a mechanických pevností, hrá významnú rolu aj otázka chemickej resp. koróznej odolnosti a to hlavne odolnosti voči síranom.

Overenie koróznej odolnosti voči síranovej korózii a tým aj praktické využiteľnosti komerčne ponúkaného materiálu bolo predmetom ďalej prezentovaných laboratórnych skúšok.

2. Experimentálna časť

Laboratórne overenie síranovej odolnosti bolo vykonávané na výrobku obchodného označenia MONCRETE^® rapid (výrobca BETOSAN s.r.o.). Jedná sa o vysokostekutený materiál určený pre opravy vodorovných plôch, zálievky, podlievanie rámov a iné.

Korózne testy prebiehali štandardným postupom, ktorý zahŕňal meranie zmien objemovej hmotnosti telies, dĺžkových zmien a mechanických pevností pri skúšobných trámčekoch 40 × 40 × 160 mm. Skúšobné telesá boli vystavené stacionárnemu pôsobeniu dvoch úrovní koncentrácie síranových iónov a to roztoku obsahujúcemu 2 000 mg SO₄^2- a 36 000 mg SO₄^2-.

Expozícia skúšobných telies prebiehala za normálnej laboratórnej teploty počas šiestich mesiacov, paralelne boli uložené porovnávané telesá v pitnej vode.

Dilatometrické merania boli vykonávané v dotykovom stojane za pomoci „hodiniek” s presnosťou odpočítania ±0,001 mm, objemová hmotnosť a mechanické pevnosti boli stanovené postupom podľa ČSN 72 2449, resp. 72 2450.

Tab. 1

Tab. 2

3. Výsledky meraní

Vybrané výsledky meraní sú spracované v tab.1 a tab.2.

Z výsledkov meraní vyplýva, že zistené dĺžkové zmeny sú pri vzorkách exponovaných síranovému prostrediu po 6 mesiacoch expozície porovnateľné, poprípade nižšie než pri vzorkách porovnávacích.

Obdobné výsledky poskytujú merania mechanických pevností. Tlakové pevnosti skúšobných telies sú prakticky identické pri porovnávacích aj exponovaných telesách, pri pevnostiach ťahových dochádza po 6 mesiacoch k určitému nárastu pevnosti v ťahu za ohybu telies uložených v extrémne vysokej koncentrácii síranových iónov.

4. Záver

Meranie koróznej odolnosti komerčne dostupného produktu MONOCRETE® rapid preukázalo celkom jednoznačne, že rýchloväzné sanačné materiály na báze spojív zo syntetických slinkových minerálov vykazujú veľmi vysokú odolnosť voči pôsobeniu síranových ióntov. Dôvodom tejto odolnosti môže byť predovšetkým nízky obsah kalciumaluminátových fáz v použitom spojive, teda tej zložky, ktorá pri klasických portlandských cementov je zodpovedná za tvorbu ettringitu, následné rozpínanie sprevádzané poklesom pevnosti a následne úplným rozpadom skúšobných telies.

Z tohto pohľadu je možné povedať, že sa jedná o materiály vhodné pre použitie v náročnom prostredí kanalizačných stavieb, chemickom priemysle a všeobecne všade tam, kde sa môže zvýšená síranová odolnosť uplatniť. Súčasná stavebná výroba sa nezaobíde bez progresívnych materiálov, o oblasti opráv a sanácií to platí dvojnásobne. Rozvoj tejto oblasti je bez využívania produktov tzv. stavebnej chémie nemysliteľný. Použitie syntetických slinkových minerálov ako spojiva vhodného pre oblasť sanácií v náročných koróznych podmienkach je toho dobrým príkladom.

5. Literatúra

[1] Firemné materiály firmy BETOSAN s.r.o.
[2] Dohnálek P., Kompozitné tkaniny od firmy BETOSAN® pre zosilňovanie konštrukcií, Stavebníctvo a interiér 4/2006, str. 12–14.