2 Životnosť a trvanlivosť

Transcript

1 Komplexné riešenie konštrukčných, technologických, hygienických a energetických problémov JPD /4-056, kód projektu: Životnosť a trvanlivosť Prof.Ing. Juraj Bilčík, PhD Bratislava, jún

2 ... OBSAH 2.1 Úvod Analýza vplyvov pôsobiacich na panelové budovy Agresivita prostredia...6 Fyzikálne vplyvy...12 Chemické vplyvy...12 Biologické vplyvy Odolnosť betónu a výstuže Odolnosť panelových budov Poruchy obvodového plášťa Predpovedanie životnosti Predpovedanie dĺžky pasívneho a aktívneho štádia bet. výstuže Stanovenie ph betónu Prognózovanie priebehu karbonatácie Hladina spoľahlivosti stavieb Vytypovanie potrieb ďalšej diagnostikácie Kontroly a prehliadky panelových budov Vyšetrovanie stavu konštrukcie Opatrenia na predĺženie životnosti Prvky dlhodobej životnosti Prvky krátkodobej životnosti Metódy a materiály na sanáciu prvkov dlhodobej životnosti Príprava betónového podkladu Úprava povrchu výstuže a jej ochrana pred koróziou Reprofilácia betónového povrchu Sekundárna ochrana betónu Utesnenie plôch panelov Utesnenie škár Utesnenie trhlín Nátery prekrývajúce trhliny Plnenie trhlín Vytvorenie škár v mieste trhlín Zosilňovanie prvkov dlhodobej životnosti Zosilňovanie stropných dielcov Zosilňovanie stien Literatúra Príloha Vydal... 2

3 2.1 Úvod Na Slovensku je približne 650 tisíc bytov v bytových domoch postavených hromadnými formami výstavby, väčšinou s využitím panelových technológií. Prvé panelové budovy boli postavené v roku 1955, posledné v roku Za takmer 40 rokov výstavby prešli rôznymi obdobiami konštrukčných systémov, technických noriem, použitých materiálov a kvality práce. Prvé z nich sa dožívajú v tomto roku 52 rokov. Vzhľadom na množstvo a vek panelových budov ako aj skutočnosť, že ich údržbe nebola venovaná potrebná pozornosť, je zrejmé, že posúdenie a predĺženie životnosti panelových budov je mimoriadne aktuálna téma. Po dlhodobých skúsenostiach s betónovými konštrukciami (v časovom horizonte viac ako 100 rokov) a poznatkoch o ich trvanlivosti v rôznych podmienkach, sa v súčasnosti stále viac zdôrazňuje požiadavka na trvanlivosť betónu a životnosť z neho zhotovených konštrukcií. Pre trvanlivosť, jednu zo základných zložiek spoľahlivosti stavebných konštrukcií, nie je zatiaľ definovaný medzný stav ani výpočtové postupy na jej overenie (obr ). SPOĽAHLIVOSŤ BEZPEČNOSŤ POUŽÍVATEĽNOSŤ TRVANLIVOSŤ Prevádzka a údržba Skúšanie a kontrola Realizácia a výroba Medzné stavy Medzné stavy Konštrukčné a technologické únosnosti používateľnosti opatrenia NAVRHOVANIE Obr Schéma prepojenia zložiek spoľahlivosti [2.1] Trvanlivosť sa v súčasnosti zabezpečuje konštrukčnými opatreniami (návrh hrúbky betónovej krycej vrstvy podľa EN [2.2]) a technologickými požiadavkami na betón (základné a doplňujúce požiadavky podľa EN [2.3]). Betónová 3

4 ... konštrukcia musí byť navrhnutá tak, aby požadovaná spoľahlivosť bola zaručená nielen po zhotovení, ale počas celej návrhovej životnosti (obr ). R, E R(t) R(t) časovo závislá odolnosť konštrukcie E(t) časovo závislé účinky zaťaženia P f max. prípustná pravdepodobnosť porušenia E(t) P f Návrhová životnosť Stredná hodnota životnosti Čas (t) Obr Zmenšovanie spoľahlivosti konštrukcie v čase Trvanlivosť je schopnosť materiálu a konštrukcie dlhodobo odolávať účinkom zaťaženia a vonkajších vplyvov prostredia. Konštrukcia vyhovuje z hľadiska trvanlivosti, ak počas návrhovej životnosti plní svoju funkciu, čo do bezpečnosti a používateľnosti, bez podstatnej straty úžitkových vlastností a potreby nadmernej údržby alebo nepredvídaných opráv. Životnosť je doba, počas ktorej by konštrukcie mala vyhovovať požiadavkám prevádzky v predpokladaných podmienkach. Udáva sa spravidla v rokoch. Požadovaná životnosť sa dosiahne použitím prostriedkov primárnej a sekundárnej protikoróznej ochrany. Poznámka 1 Primárna protikorózna ochrana sa dosahuje úpravou zloženia stavebného materiálu a konštrukčnými opatreniami pred alebo počas zhotovovania stavby. Odporúčané opatrenia pre primárnu ochranu betónu proti korózii betónu vplyvom chemicky agresívneho prostredia (XA) uvádza EN 206-1/Z1 [2.4] v tab. F2. Sekundárna protikorózna ochrana protikorózna ochrana obmedzením alebo vylúčením pôsobenia agresívneho prostredia na konštrukciu po jej zhotovení (napr. nátery, fólie a pod.). Stavby sú diela s najdlhšou požadovanou životnosťou. Táto sa u jednotlivých stavieb veľmi líši (provizórne verzus monumentálne stavby). Pojem životnosť je značne relatívny a vyžaduje si aspoň hrubý odhad návrhovej životnosti. Informatívne hodnoty sú uvedené v tab

5 Tab Návrhová životnosť podľa EN 1990 [2.5] Kategória návrh. životnosti Predpokladaná návrhová životnosť (roky) Príklady 1 10 Dočasné konštrukcie 1) Vymeniteľné časti konštrukcií, napr., ložiská Poľnohospodárske konštrukcie 4 50 Pozemné stavby a iné bežné konštrukcie Monumentálne pozemné stavby, mosty a iné inžinierske stavby 1) Konštrukcie, ktoré sú demontovateľné za účelom opätovného použitia, sa nepovažujú za dočasné. Životnosť bytových domov postavených tradičnou technológiou sa uvažuje 100 rokov, panelových 80 rokov. Dosiahnutie takejto životnosti je podmienené výmenou opotrebovaných konštrukcií a technického zariadenia budov (TZB) a je závislé od pravidelnej údržby a opráv. V prípade, že sa pravidelná obnova a údržba budov nerobí, životnosť bytových domov sa znižuje. Pri budovách postavených tradičnou technológiou výstavby na 80 rokov, pri panelových na 65 rokov a menej. Počas životnosti budovy je potrebné uskutočniť 2 až 3-krát obnovu stavebných konštrukcií a technických zariadení. Realizáciou týchto cyklov obnovy budovy je možné predĺžiť životnosť tradičných budov na 120 rokov, panelových na 100 rokov. Starostlivosť o panelový bytový dom je povinnosťou vlastníka a z hľadiska bezpečnosti patrí pod dohľad štátu, miest a obcí. Vlastník objektu musí vykonávať pravidelné periodické prehliadky stavu stavebných konštrukcií a konštrukčných prvkov. 2.2 Analýza vplyvov pôsobiacich na panelové budovy Životnosť a trvanlivosť panelových budov ovplyvňujú najmä agresivita prostredia, odolnosť betónu a výstuže a odolnosť konštrukcie. Z hľadiska obklopujúceho prostredia sa prvky panelových budov rozdeľujú predovšetkým podľa toho, či sú 5

6 ... alebo nie sú vystavené atmosférickým podmienkam. Odolnosť betónu je ovplyvnená kvalitou návrhu a zhotovenia jednotlivých panelov. Odolnosť konštrukcie je podmienená najmä kvalitou a účinnosťou stykov i skutočnosťou, že v návrhovej fáze nebol dostatočne zohľadnený vplyv objemových zmien betónu. Vzhľadom na vyššie uvedené bolo na panelových budovách zaznamenané množstvo chýb a porúch, ktoré významne znižujú mieru ich spoľahlivosti z hľadiska bezpečnosti, používateľnosti i trvanlivosti. Najvýraznejšie sa tieto poruchy prejavujú na vystupujúcich a ustupujúcich konštrukciách. Postup karbonatácie betónu vyvoláva podmienky pre koróziu výstuže v paneloch a stykoch, vystavených vonkajšej atmosfére. Intenzívna korózia výstuže vedie k strate prierezovej plochy, vzniku trhlín a odpadávaniu krycej vrstvy, čo je spojené so stratou súdržnosti. Výskyt trhlín v nosných i nenosných prvkoch urýchľuje proces degradácie betónu a výstuže a zároveň výrazne znižuje izolačné vlastnosti panelov Agresivita prostredia Z parametrov agresivity prostredia panelových budov sú najdôležitejšie chemické zloženie, koncentrácia a rýchlosť výmeny agresívneho média. Tab uvádza stupne prostredia na základe druhu prostredia, zohľadňujúceho chemické a fyzikálne vplyvy na betónovú konštrukciu. Pri navrhovaní je potrebné stanoviť stupeň prostredia, ktorému bude konštrukcia vystavená. Ak je vystavená pôsobeniu viacerých stupňov prostredia, potom sa ich vplyv vyjadrí ako kombinácia týchto stupňov. V tab sa rozlišuje medzi podmienkami prostredia, ktoré : účinkom karbonatácie alebo chloridov vyvoláva koróziu oceľovej výstuže (druhy 1 až 4) spôsobuje koróziu betónu - porušenie štruktúry betónu (druhy 5 až 7). Použité značky: X stupeň prostredia (Exposure class) C karbonatácia (Carbonation) 6

7 D chloridy z rozmrazovacích prostriedkov (Deicing agents) S chloridy z morskej vody (Sea water) F zmrazovanie (Freezing) A chemické účinky (Acid) M obrusovanie (Mechanical abrasion). S výnimkou stupňa X0 sa jednotlivé druhy prostredia delia na 3 alebo 4 stupne, ktoré vyjadrujú rozdielnu intenzitu agresivity. S narastajúcou hodnotou stupňa stúpa intenzita vplyvu prostredia na betón alebo výstuž. Pre uľahčenie zatriedenia prostredia slúži druhý stĺpec Opis prostredia. Pri návrhu betónovej konštrukcie, po zistení stupňa prostredia, ktorému bude objekt vystavený, nasleduje špecifikovanie betónu, ktorý zabezpečí potrebnú trvanlivosť. Odporúčané medzné hodnoty na zloženie a vlastnosti betónu obsahuje EN 206-1/Z1 [2.4] v Prílohe F. Vzhľadom na to, že v čase návrhu nosnej konštrukcie často nepoznáme všetky potrebné údaje (napr. druh použitého cementu), sú pre jednotlivé stupne prostredia v štvrtom stĺpci tab uvedené informatívne triedy pevnosti betónu, prevzaté z EN , Prílohy E (tab. E.1N). Trieda pevnosti betónu umožňuje odhad odolnosti betónu, nakoľko pevnosť a odolnosť betónu dobre korelujú. Pre prostredie XC a XD musí byť dodržaná. Trieda pevnosti betónu požadovaná z hľadiska trvanlivosti môže byť vyššia ako trieda betónu vyplývajúca z návrhu prvku na statické zaťaženie. Príklad určenia stupňov prostredia pre budovu je na obr Okrem vplyvov uvedených v tab treba pri návrhu konštrukcie zohľadniť aj všetky ďalšie účinky, ktoré môžu znížiť trvanlivosť konštrukcie, ako napríklad: - statické a dynamické preťaženie - objemové zmeny od zmrašťovania, dotvarovania a teplotných rozdielov - agresívne prostredie priemyselných oblastí - poruchy pracovných a dilatačných škár. Prítomnosť chloridov (Cl ) môže vyvolať bodovú koróziu výstuže aj v zásaditom prostredí betónu. Dôsledkom bodovej korózie dochádza k výraznejšiemu zmenšeniu prierezovej plochy, čo má nepriaznivé následky predovšetkým 7

8 ... u predpätej výstuže. Zdrojom chloridov môže byť prísada do betónu alebo zámesová vody obsahujúce chloridy, či chloridmi kontaminované kamenivo. V našich vnútrozemských podmienkach sú hlavným zdrojom chloridov posypové soli používané na zimnú údržbu ciest, resp. dezinfekčné prostriedky. Z tohto hľadiska sú najviac ohrozené mosty, garáže a kryté plavárne. Obsah chloridov v betóne, vyjadrený percentuálnym podielom chloridových iónov k hmotnosti cementu, nesmie prekročiť hodnoty požadovanej kategórie, uvedené v tab V panelových budovách je výskyt chloridov ojedinelý a lokálne obmedzený, takže nepredstavujú reálne riziko životnosti. 8

9 Tab Stupne prostredia vo vzťahu k podmienkam obklopujúceho prostredia (EN 206-1) Stupeň Opis prostredia Informatívne príklady prostredia Min. tr. betónu 1) 1 Bez rizika korózie X0 Betón bez výstuže alebo s výstužou vo veľmi suchom prostredí Betón vo vnútri budov s veľmi nízkou vlhkosťou vzduchu (RH 30%) C12/15 2 Korózia výstuže vyvolaná karbonatáciou XC1 Suché alebo stále mokré Betón vo vnútri budov s nízkou vlhkosťou vzduchu C16/20 (RH 30 až 60 %), betón trvale ponorený vo vode XC2 Mokré, občas suché Povrchy betónu vystavené dlhodobému pôsobeniu C20/25 vody alebo vysokej vlhkosti vzduchu (RH 85 %) XC3 Stredne mokré Betón vo vnútri budov so strednou alebo veľkou C25/30 vlhkosťou vzduchu (RH 60 až 85 %); vonkajší betón chránený proti dažďu XC4 Striedavo mokré a suché Betóny v styku s vodou, ktoré nie sú v XC2 a XC3 C30/37 3 Korózia výstuže vyvolaná chloridmi XD1 Stredne mokré Povrchy betónu vystavené chloridom rozptýleným vo C30/37 vzduchu, samostatné garáže XD2 Mokré, občas suché Plavecké bazény; betónové časti vystavené C30/37 pôsobeniu priemyslových vôd obsahujúcich chloridy XD3 Striedavo mokré a suché Časti mostov vystavené postreku obsahujúceho chloridy; vozovky; dosky parkovacie plochy C35/45 4 Korózia výstuže vyvolaná chloridmi z morskej vody XS1 Vystavené slanému vzduchu, ale Stavby na morskom pobreží alebo v jeho blízkosti C30/37 nie v styku s morskou vodou XS2 Trvale ponorené vo vode Časti stavieb na mori C35/45 XS3 Zmáčané a ostrekované prílivom Časti stavieb na mori C35/45 5 Striedavé pôsobenie mrazu a rozmrazovania na betón XF1 Mierne nasýtené vodou, bez Vonkajšie zvislé betónové povrchy vystavené dažďu C25/30 rozmrazovacích prostriedkov a mrazu XF2 Mierne nasýtené vodou, s Vonkajšie zvislé časti stavieb vystavené mrazu a C25/30 3) rozmrazovacími prostriedkami rozmrazovacím prostriedkom rozptýleným vo vzduchu XF3 Značne nasýtené vodou, bez Vonkajšie vodorovné bet. povrchy vystavené dažďu C25/30 3) XF4 rozmrazovacích prostriedkov Značne nasýtené vodou, s rozmrazovacími prostriedkami a mrazu Vozovky a mostovky vystavené rozmrazovacím prostriedkom; betónové povrchy vystavené priamemu ostreku rozmrazovacími prostriedkami a mrazu 6 Chemické účinky na betón XA1 Slabo agresívne chemické prostredie 2) nádrže čistiarni odpadových vôd, žumpy, septiky, základy stavieb XA2 Stredne agresívne chemické časti stavieb v pôdach agresívnych voči betónu, prostredie 2) základy stavieb XA3 Silno agresívne chemické priemyselné čistiarne odpadových vôd s chemicky prostredie 2) agresívnymi vodami, silážne jamy, chladiace veže s odvodom dymových spalín 7 Obrusovanie povrchu betónu XM1 Mierne obrusovanie Povrchy podláh priemyselných objektov s pojazdom vozidiel s vzduchom plnenými pneumatikami XM2 Silné obrusovanie Povrchy podláh priem. objektov s pojazdom vozíkov s plnými alebo vzduchom plnenými pneumatikami XM3 Veľmi silné obrusovanie Povrchy podláh priem. objektov s pojazdom vozíkov s elastomérnymi pneumatikami alebo oceľovými kolami, alebo pásových vozidiel C30/37 3) C30/37 C30/37 C35/45 C30/37 C30/37 C35/45 9

10 ... 1) odporúčaná pevnostná trieda betónu podľa informatívnej Prílohy E STN EN [2.2] 2) medzné hodnoty pre stupne chemického pôsobenia zeminy a podzemnej vody sú v tab.2 STN EN [2.3] 3) betón musí byť prevzdušnený (min. 4 %), možno použiť aj neprevzdušnený betón o 1 triedu vyšší Poznámka 2 Informatívne delenie prostredia podľa priemernej dlhodobej relatívnej vlhkosti vzduchu: relatívna vlhkosť vzduchu: * veľmi nízka 30 % ** nízka 30 % až 60 % *** stredná 60 % až 85 % **** vysoká 85 % Poznámka 3: Tá istá stavebná konštrukcia môže byť vystavená pôsobeniu viacerých druhov prostredí, v tom prípade musí betón spĺňať požiadavky pre všetky stupne vplyvu prostredí a tieto bude obsahovať aj označenie betónu. Príklad určenia stupňov prostredia pre jednotlivé nosné prvky budovy je znázornený na obr Stužujúci veniec XC4, XF1 Vonkajšia stena XC4, XF1 Strop XC4, XF3 Poter Strop vo vnútri XC1 Vonkajšia stena, XC4, XF1 Prístrešok pre auto XC4, XF1 Podpera (XC3), XC4, XF1 Vnútorná stena, vystužená XC1 Pivničná stena XC4, XF1 (XA1) Vodotesný betón (EN Skúšanie zatvrdnutého betónu. Časť 8: Hĺbka presiaknutia tlakovou vodou) Železobetónový základ XC2, (XA1) Nevystužený základ, založenie v nezamŕzajúcej hĺbke X0, (XA1) Betónová podlaha, založenie v nezamŕzajúcej hĺbke(xc1) XC2, Obr Príklad určenia stupňov prostredia pre budovu 10

11 Počas životnosti panelových budov pôsobia na konštrukčné prvky rôzne vplyvy, ktoré je možné, vzhľadom na ich pôvod, rozdeliť na fyzikálne, chemické a biologické vplyvy (tab ). Tab Degradačné činitele ovplyvňujúce trvanlivosť materiálov [2.6] Charakter Vonkajšie Vplyvy Vnútorné Fyzikálne činitele Deformácie: Deformácie: mechanické priame zaťaženie: tlak zeminy, vetra, vody, snehu dynamické účinky zať.: vetrom, seizmicitou, dopravou elektromagnetické žiarenie, bludné prúdy, blesk termodynamické Chemické činitele voda kyseliny zmeny teploty, vlhkosti, skupenstva, (denné a ročné cykly, mráz) vzdušná vlhkosť, podzemná voda (vrátane vody tlakovej), zrážková voda uhličitá, sírová, siričitá, dusičná (kyslé dažde) zaťaženie: statické zaťaženie konštrukciami, úžitkové zaťaženie, činnosť užívateľov dynamické účinky zať.: činnosť užívateľov, opravy statická elektrina zmeny vlhkosti, teploty, požiar, (zariadenia TZB) kondenzácia, odpadová voda uhličitá zásady oxid vápenatý hydroxid sodný, vápenatý; sulfáty soli nitráty, chloridy, sulfáty (zimné posypové soli a hnojivá) prvky, ióny CO 2, Cl -, SO 3 2-, SO 4 2- Biologické činitele flóra baktérie, plesne, huby, riasy, machy, lišajníky, vyššie rastliny chlorid sodný, vápenatý; sulfáty Cl -, SO 3 2-, SO 4 2- baktérie, plesne, huby, riasy. fauna hlodavce, členovce, vtáky hlodavce, drevokazný hmyz 11

12 ... Fyzikálne vplyvy Medzi fyzikálne patria statické a dynamické vplyvy zaťaženia, vplyv zmien teploty a vlhkosti. Statické vplyvy od účinkov stáleho a premenného zaťaženia boli uplatnené podľa noriem platných v čase projektovania. V tejto oblasti nedošlo k výraznejším zmenám. Overiť odolnosť panelových budov treba najmä v prípade zásahov do nosnej konštrukcie (nadstavby, vytváranie otvorov a pod.), pri zmene dynamických účinkov, napr. vplyvom zvýšeného dopravného zaťaženia v okolí panelových budov alebo zmien seizmických oblastí v SR a výbuchu vo vnútri budovy (najčastejšie plynu). Rozsiahly výskyt porúch prefabrikovaných stenových konštrukcií bytových domov bol spôsobený predovšetkým nedostatkom skúseností pri ich návrhu a zhotovovaní ako aj podcenením závažnosti vplyvu najmä fyzikálnych zaťažení a vplyvov vo vzťahu k statickým vlastnostiam prefabrikovaných stenových konštrukcií, charakterizovaných relatívne vysokou citlivosťou k pretvárnym účinkom týchto zaťažení. Pre prefabrikované stenové konštrukcie je charakteristický mechanizmus pretvárania a porušovania, pri ktorom sa stenové dielce posunujú v stykoch porušených trhlinami, t.j. v tzv. kontaktných plochách. Boli to najmä zmeny teploty a vlhkosti, ktoré boli pri navrhovaní často zanedbané alebo podcenené. Z toho vyplývajúce objemové zmeny viedli k výskytu veľkého množstva porúch, čo môže spôsobiť skrátenie životnosti panelových bytových domov. Chemické vplyvy Chemické vplyvy pri určitých koncentráciách a vlhkosti spôsobujú koróziu stavebných materiálov. Z hľadiska skupenstva sa agresívne prostredie rozdeľuje na plynné, kvapalné a pevné. V atmosfére, predovšetkým v priemyselných oblastiach, sa vyskytuje množstvo plynných exhalátov, ktoré vyvolávajú koróziu cementových kompozitov, kovov, ale aj ostatných stavebných materiálov. Patria sem predovšetkým SO 2, CO 2, SO 3, NH 3, H 2 S. Najrozšírenejší je oxid uhličitý, ktorého koncentrácia kolíše v závislosti od regionálnych podmienok. Normálna hodnota je približne 600 mg/m 3, vo veľkomestách boli namerané aj hodnoty okolo 2000 mg/m 3. Pri difúzii CO 2 do vnútra betónu dochádza ku karbonatácii betónu. 12

13 Karbonatácia je spojená s poklesom ph na hodnotu < 10, pri ktorej sa stráca stabilita pasivujúceho povlaku na výstuži (depasivácia). Za prítomnosti vlhkosti sú vytvorené podmienky pre koróziu výstuže. Vo všeobecnosti kvapalné korózne prostredie pôsobí agresívnejšie ako plynné prostredie. Podľa pôvodu sa vody delia na prírodné (zrážkové, povrchové a podzemné) a odpadové (komunálne a priemyslové). Chemické zloženie zrážkovej vody je ovplyvnené stupňom znečistenia ovzdušia. Hladná (mäkká) voda vyvoláva koróziu I. druhu, ktorej podstatou je rozpúšťanie a vylúhovanie hydratačných produktov, predovšetkým hydroxidu vápenatého - Ca(OH) 2 a chemické reakcie spojené s hydrolytickým rozkladom jednotlivých produktov hydratácie cementu. Korózia II. a III. druhu, spôsobená najčastejšie kyselinami, resp. síranmi sa v obytných súboroch vyskytuje iba výnimočne. Biologické vplyvy Biologický vplyv plesní, húb a mikroorganizmov na životnosť panelových budov nie je výrazný. Nepriaznivo sa prejavuje na ich estetickom vzhľade a ohrozením zdravia obyvateľov. Preto sa biologické vplyvy analyzujú v časti Odstránenie konštrukčných a hygienických porúch a chýb Odolnosť betónu a výstuže Odolnosť betónu je predovšetkým funkciou fyzikálnych vlastností betónu. Ešte v nedávnej minulosti sa na charakterizovanie kvality betónu používali takmer výlučne pevnostné a deformačné parametre. Dnes je jasné, že aj ďalšie fyzikálne vlastnosti majú veľký význam. Priepustnosť je najvýznamnejší parameter charakterizujúci odolnosť betónu voči obklopujúcemu prostrediu. Priepustnosť betónu voči kvapalinám a plynom v rozhodujúcej miere závisí od veľkosti a objemového podielu tzv. otvorených pórov v cementovom kompozite. Všetky agresívne látky vyvolávajúce koróziu betónu prenikajú do betónu cez póry, ktoré sú dostatočne veľké, aby umožnili voľný pohyb molekúl alebo iónov. Otvorené póry sú v zásade identické s kapilárnymi pórami, ktoré v zatvrdnutom betóne 13

14 ... zaberajú objem prislúchajúci objemu vyparenej vody. Pre zabezpečenie trvanlivosti je preto dôležité uvážiť a kontrolovať: - druh a dávku cementu, prísad a prímesí - maximálnu hodnotu vodného súčiniteľa w/c - minimálny obsah vzduchu. Odporúčané medzné hodnoty pre zloženie a vlastnosti betónu, v závislosti na stupni prostredia, uvádza STN EN v tab. F1. Priepustnosť betónu pozostáva z troch odlišných, ale vzájomne súvisiacich transportných pochodov pre: kvapaliny, vodnú paru, plyny a rozpustené ióny (obr ). PRIEPUSTNOSŤ Absorpcia (nasiakavosť) Difúzia (rozptyl) Permeabilita (prúdenie) Obr Schéma zložiek priepustnosti betónu Absorpcia (nasiakavosť) zahrňuje procesy za ktorých betón prijíma kvapaliny, normálne vodu alebo vodné roztoky, pomocou kapilárnej vzlínavosti. Difúzia (rozptyl) je proces pri ktorom sú para, plyn alebo ióny transportované betónom na základe spádu ich koncentrácie. Difúznymi procesmi sú napríklad karbonatácia betónu alebo prenikanie chloridov, resp. iných iónov. Permeabilita (prúdenie) je definované ako charakteristika prúdenia betónom, ktorá vyjadruje množstvo plynu, resp. kvapaliny, ktorá prejde za jednotku času jednotkovou plochou pri rozdiele tlakov. 14

15 Korózia betónu Pod koróziou betónu sa rozumie od povrchu staviva postupujúce nevratné poškodenie, ku ktorému dochádza pri chemickej reakcii materiálu so zložkami okolitého prostredia. Intenzita vzájomného pôsobenia prostredia a materiálu závisí nielen od chemických, ale aj fyzikálnych podmienok, ako sú napr. teplota, tlak a rýchlosť prúdenia. Tieto ovplyvňujú predovšetkým rýchlosť korózie a sú pre posúdenie jej priebehu veľmi dôležité. Napriek tomu, že väčšina týchto činiteľov je známa po kvalitatívnej stránke, nie vždy je možné vyjadriť ich vplyv vo forme kvantitatívnych vzťahov. Tie sú dôležité najmä pre odhad životnosti konštrukcie. Činitele ovplyvňujúce rýchlosť korózneho procesu je možné zásadne rozdeliť na činitele klasifikujúce agresivitu obklopujúceho prostredia a na činitele ovplyvňujúce odolnosť betónu. Medzi činitele charakterizujúce agresivitu prostredia patria predovšetkým: a) druh agresívneho prostredia, určený povahou prevažujúcej agresívnej zložky b) množstvo agresívnej zložky, ktoré je privedené do jednotkového objemu hmoty za časovú jednotku. Toto množstvo závisí od koncentrácie zložky v prostredí a množstva roztoku (plynu), ktoré za jednotku času príde do styku s betónom. To je úmerné priepustnosti prostredia, rýchlosti prúdenia, hydrostatickému tlaku a dĺžke pôsobenia na stavivo. c) fyzikálne spolupôsobenie, ako napr. kolísanie hladiny, výskyt mrazu a pod. d) teplota agresívneho prostredia, ktorá ovplyvňuje kinetiku prebiehajúcich chemických reakcií. Určením stupňa agresívnosti prostredia pre betónové konštrukcie sa zaoberá STN [2.7] a ISO Bežné stavby sa môžu klasifikovať podľa tab prevzatej z STN EN [2.3]. Z hľadiska skupenstva sa agresívne prostredie rozdeľuje na plynné, kvapalné a pevné. Korózny účinok pevného a plynného agresívneho prostredia sa môže prejaviť iba za prítomnosti kvapalnej fázy, bez jej prítomnosti nemôžu prebiehať korózne procesy. Ako činitele významne ovplyvňujúce odolnosť betónu sa uvádzajú: 15

16 ... a) chemické a fyzikálne zloženie cementového kameňa určujúceho jeho štruktúru, ktorá sa utvára v závislosti od dĺžky a podmienok hydratácie v priebehu tuhnutia a tvrdnutia. Závisí od druhu, zloženia a množstva použitého cementu, množstva zámesovej vody a prípadne použitých prísad a prímesí. b) charakter pórovej štruktúry betónu, ktorý ovplyvňuje priepustnosť, nasiakavosť a kapilárnu vzlínavosť betónu, umožňujúce prienik agresívneho prostredia do betónu. Priepustnosť závisí od povahy spojitej pórovej štruktúry, skutočných prierezov, dĺžky a tvaru pórov z hľadiska tlakového prietoku plynného alebo kvapalného prostredia. Najlepšie je vystihnutá koeficientom priepustnosti. c) minimálny prierez konštrukcie, kde väčšinou dochádza k porušeniu, ktoré rozhoduje o jej životnosti. Význam tohto činiteľa je zrejmý predovšetkým v spojitosti s navrhovaním konštrukcie. Tá musí byť zároveň hospodárna i trvanlivá. Pre celkovú odolnosť sú dôležité i veľkosť a tvar povrchu, ktorý prichádza do styku s agresívnym prostredím (obr ). a) b) Obr Vplyv geometrického tvaru konštrukcie na jej trvanlivosť: (a) trámový strop vystavuje veľkú plochu agresívnemu prostrediu, (b) vyľahčená doska má minimálnu plochu vystavenú agresívnemu prostrediu d) vlastnosti styčnej plochy, na ktorú agresívne prostredie bezprostredne pôsobí, ako napríklad drsnosť, či zvýšenie odolnosti povrchu sekundárnou protikoróznou ochranou (impregnácia, náter, výmurovka a pod.). 16

17 Chemizmus každého typu korózie je odlišný a podľa povahy deja prebiehajúceho medzi agresívnou zložkou a súčasťami betónu sa rozlišuje: korózia I. druhu, ktorej podstatou je rozpúšťanie a vylúhovanie hydratačných produktov, predovšetkým hydroxidu vápenatého - Ca(OH) 2 a chemické reakcie spojené s hydrolytickým rozkladom jednotlivých produktov hydratácie cementu. Tento prípad korózie sa týka predovšetkým účinkov vôd s nízkou tvrdosťou (hladné vody), napr. zrážková voda a kondenzát. Účinky korózie I. druhu je treba zohľadniť predovšetkým u konštrukcií, ktoré sú vystavené účinkom hydrostatického tlaku alebo ak ide o subtílne železobetónové konštrukcie s dlhou dobou životnosti. Chemický účinok hladnej (mäkkej) vody je zosilnený jej prúdením a v úrovni kolísania hladiny častým striedavým nasakovaním a vysúšaním. Následkom pôsobenia uvedených procesov dochádza k rozpúšťaniu zložiek cementovej matrice a vyplavovaniu zložiek rozkladu. Keďže Ca(OH) 2 je dobre rozpustný vo vode (cca 1,7 g/l), umožňuje, že hydroxid vápenatý môže byť vylúhovaný vodou. Hydratačné produkty v cementovej matrici sú stále pri kontakte s vodou len vtedy, keď táto obsahuje určitú minimálnu koncentráciu Ca(OH) 2. Keďže voda pôsobiaca na betónové plochy väčšinou nemá potrebnú koncentráciu a vplyvom prúdenia sa stále obmieňa, prechádza zodpovedajúce množstvo viazaného CaO v hydratačných produktoch do roztoku. Uvedený proces pokračuje až do dosiahnutia novej rovnováhy medzi roztokom a hydratačnými produktami, ktoré sú postupne ochudobňované o obsah CaO. Tento rozklad, ktorý je známy ako hydrolýza, môže pokračovať až do konca, kedy obsah CaO z hydratačných produktov je úplne extrahovaný a vznikajúci relikt je tvorený neväznými gélmi SiO 2, Al 2 O 3 a Fe 2 O 3. Procesy rozkladu hydratačných produktov v cementovej matrici majú za následok degradáciu jej vlastností, prejavujúce sa poklesom hmotnosti materiálu a postupným znižovaním pevnosti. Na rýchlosť korózie I. druhu má vplyv mineralogické zloženie slinkov (ovplyvňuje obsah Ca(OH) 2 ), prítomnosť prísad a prímesí ako aj mikroštruktúra cementového kameňa a betónu ako celku. Zvýšenie odolnosti betónu proti korózii I. druhu je možné dosiahnuť pridaním puzolánických alebo latentne hydraulických prímesí. 17

18 ... korózia II. druhu je charakterizovaná vznikom ľahko rozpustných zlúčenín, resp. takých, ktoré nemajú väzné vlastnosti. Korózia II. druhu sa delí na: koróziu spôsobenú kyselinami za vzniku rozpustných solí. Z praxe i z experimentálnych sledovaní je známe, že koncentrované roztoky kyselín rýchle rozrušujú betón vyrobený z akéhokoľvek druhu cementu. koróziu spôsobenú agresívnym CO 2 (uhličitá korózia). Závisí najmä od obsahu Ca(OH) 2, fyzikálnych vlastností cementového kameňa a ďalších činiteľov. Vyššiu odolnosť majú troskoportlandské a puzolánové cementy. koróziu spôsobenú alkáliami z cementu. Má značný korózny účinok na betóny vyrobené z kameniva obsahujúceho aktívne formy oxidu kremičitého (tzv. alkalicko-kremičitá reakcia). horečnatú koróziu, spôsobenú rozpustnými horečnatými soľami s výnimkou MgSO 4, ktorá porušuje betónové konštrukcie koróziou III. druhu. korózia III. druhu, ktorej hlavným znakom je tvorba a hromadenie reakčných produktov pôsobenia agresívneho prostredia v póroch a v cementovej matrici, spojená so zväčšením ich objemu. Vylúčená pevná fáza a rast kryštálov v pórovej štruktúre môže vyvolať značné tlaky na steny pórov a tým aj porušenie betónovej štruktúry. Na rozdiel od predchádzajúcich druhov korózie dochádza v tomto prípade pri pomalom priebehu korózneho procesu k zaplňovaniu pórov a dutín kryštálmi novo vznikajúcich zlúčenín, a tým v určitom štádiu k čiastočnému zhutneniu štruktúry. Tento jav často bráni včas rozoznať začínajúcu koróziu III. druhu. V ďalšom priebehu kryštalizácie sa prejaví rýchlym znížením pevnosti betónu. Typickým príkladom korózie III. druhu je síranová korózia, spojená s tvorbou etringitu v napadnutom betóne. Vznikom etringitu sa objem pôvodnej fázy zvyšuje 4,8 krát. Je známe, že relatívna odolnosť portlandských cementov proti síranovej korózii závisí predovšetkým od obsahu trikalciumaluminátu (C 3 A). Z uvedeného dôvodu sa vyrábajú cementy s nízkym obsahom C 3 A (max. 3,0 až 3,5 %). Vhodné sú nielen špeciálne portlandské cementy s nízkym obsahom C 3 A, ale i dobre pripravené puzolánové cementy. Zvyšovanie dávky puzolánovej prímesi nad 40 %, už výrazne nezlepšuje síranovú odolnosť, naopak zhoršuje fyzikálne vlastnosti betónu. 18

19 Korózia výstuže Korózia výstuže nepriaznivo ovplyvňuje trvanlivosť železobetónových konštrukcií. Zmenšuje prierezovú plochu výstuže, vyvoláva expanzné tlaky v krycej vrstve vedúce k vzniku trhlín a následne k jej odpadnutiu, čím sa čiastočne, resp. úplne poruší súdržnosť medzi betónom a výstužou. Protikoróznu ochranu výstuže v betóne zabezpečuje vysoká alkalita betónu (ph = 12,5 až 13,5) tým, že sa na povrchu výstuže vytvorí stabilný pasivujúci povlak. Ochrana v dôsledku izolácie od atmosférických a ostatných vonkajších vplyvov má iba druhoradý význam. Z uvedeného vyplýva, že pri vyšetrovaní podmienok pre koróziu výstuže je potrebné zamerať sa na príčiny zníženia alkality betónu v okolí výstuže. Najčastejšie dochádza k zníženiu alkality betónu pod hranicu pasivity (ph < 10) v dôsledku pôsobenia CO 2 zo vzduchu. Tento proces môže byť urýchlený pôsobením mäkkej alebo kyslej zrážkovej vody a zvýšeným obsahom SO 2 alebo NO X vo vzduchu. Prítomnosť chloridov v betóne umožňuje koróziu výstuže aj v zásaditom prostredí. K poklesu ph dochádza najčastejšie vplyvom oxidu uhličitého - CO 2, ktorý sa vo vzduchu vyskytuje v množstve približne 0,03 obj. %. Pri difúzii CO 2 do vnútra betónu dochádza ku karbonatácii betónu, ktorú môžeme zjednodušene zapísať v tvare Ca( OH) 2 + CO 2 CaCO + H O H O Karbonatácia je spojená s poklesom ph na hodnoty < 10, pri ktorých sa stráca stabilita pasivujúceho povlaku na výstuži (depasivácia). Na obr a je vykreslený priebeh karbonatácie betónov rôznych tried. Z priebehu karbonatácie betónu je zrejmé, že kvalitnejší betón poskytuje výstuži dlhší čas alkalickú ochranu. Betón C35/45 s hrúbkou betónovej krycej vrstvy 5 mm vytvára trvalú ochranu proti korózii výstuže. Zmenšenie hrúbky krycej vrstvy na 1/2 menovitej hodnoty má za následok niekoľkonásobné skrátenie doby pasivácie výstuže v betóne (obr b). 19

20 Hĺbka karbonatácie (mm)... a) b) 15 C12/15 C20/25 30 Plánovaná hrúbka krycej vrstvy C30/37 5 ½ hrúbka 1 C35/ Doba karbonatácie betónu (roky) Doba pasivácie výstuže (roky) Vzdialenosť od povrchu (mm) Obr a) Predpokladaný postup karbonatácie betónu b) doba pasivácie výstuže Pri dostatočnej vlhkosti betónu (podmieňuje elektrolytickú vodivosť betónu) a možnosti difúzie kyslíka sú tak vytvorené všetky podmienky pre koróziu výstuže. Ak jedna z podmienok (vlhkosť betónu, prístup kyslíka, depasivácia povrchu výstuže) nie je splnená, nemôže prebiehať korózia výstuže. Chýbajú síce exaktné vedecké podklady, ale skúsenosti ukazujú, že vlhkosť betónu zodpovedajúca 60 až 70 % relatívnej vlhkosti obklopujúceho prostredia neumožňuje koróziu výstuže. Vzhľadom na zvýšenú hygroskopicitu betónov obsahujúcich chloridy, dochádza k zabráneniu korózneho procesu pri vlhkosti zodpovedajúcej 50 až 60 % relatívnej vlhkosti vzduchu. Vlhkosť vnútorných priestorov bežných stavebných objektov nedosahuje hodnotu umožňujúcu koróziu výstuže, naopak betón vystavený atmosférickým podmienkam má dostatočnú vlhkosť. Pre železobetónové konštrukcie, vystavené atmosférickým podmienkam, je preto potrebné zabezpečiť trvanlivosť, zodpovedajúcu plánovanej životnosti objektu, dostatočne hrubou a nepriepustnou betónovou krycou vrstvou. Vzhľadom na kvalitatívny rozdiel medzi procesmi karbonatácie betónu a korózie výstuže a ich časovú nadväznosť, sa rozlišuje pasívne a aktívne štádium stavu výstuže v betóne (obr ). Pasívne štádium (t 0 ) sa definuje ako časový interval od zabudovania výstuže do betónu, až do porušenia pasívnej vrstvy na jej povrchu. Počas aktívneho štádia prebieha korózia výstuže. Aktívne štádium (t 1 ) je časovo ohraničené stratou bezpečnosti, resp. používateľnosti konštrukcie. 20

21 Ohrozenie bezpečnosti Ohrozenie používateľnosti Korózny úbytok t 01 t 1 t 1 a b c t 02 t 03 t 1 Plánovaná životnosť Čas Obr Schematické znázornenie vplyvu korózie výstuže na životnosť konštrukcie: a) trhlinami porušený betón b) ten istý betón bez trhlín c) betón so zvýšenou nepriepustnosťou a bez trhlín Celková životnosť konštrukcie t sa môže zapísať v tvare: t = t0 + t1 Príčinou korózie kovov je, na základe zákonov termodynamiky zjednodušene povedané, snaha o získanie energeticky najmenej náročného stavu. Všetky kovy, s výnimkou zlata a platiny oxidujú pri súčasnom odovzdávaní tepla. Podstatou korózie ocele je lokálne alebo celkové porušenie jej štruktúry, ktoré spôsobuje zhoršenie charakteristických vlastností. Zjednodušene možno účinok korózneho prostredia rozdeliť do dvoch základných dejov: korózia chemická korózia elektrochemická. Korózia oceľovej výstuže v betóne prebieha najčastejšie elektrochemickým procesom. Obr schematicky zobrazuje elektrochemické procesy prebiehajúce pri korózii výstuže v karbonatizovanom betóne. 21

22 ... CO H 2 O O 2 Fe + (OH) - 2e - Anóda Fe Fe e - 4Fe + 3O 2 2Fe 2 O 3 (hrdza) Katóda 4e - + 2H 2 O + O 2 4(OH) - Obr Schéma elektrochemickej korózie výstuže v betóne Reakcie prebiehajú na katóde a anóde, vytvorené na oceľovej výstuži, spojené pórovým roztokom, ktorý pôsobí ako elektrolyt. Riadiacou silou elektrického obvodu je potenciálny rozdiel medzi katódou a anódou, ktorý závisí najviac na obsahu kyslíka v betóne, možnosti pasivácie anódy a vlhkosti betónu. Na lokálnej anóde dochádza k rozpúšťaniu iónov železa. Uvoľnené elektróny putujú cez oceľ k lokálnej katóde kde sú spotrebované pri redukcii rozpusteného kyslíka. Na anóde prebieha zmenšovanie prierezovej plochy výstuže a tvorba produktov korózie. Tieto majú rôzny objem (obr ), vždy väčší ako bol pôvodný objem ocele, čím vyvolávajú expanzný tlak na obklopujúci betón (obr ). Pri nedostatočnej hrúbke a kvalite betónovej krycej vrstvy dochádza k jej porušeniu a prípadne aj odpadnutiu. Predpokladá sa, že zmenšenie prierezu ocele o menej ako 100 µm iniciuje tvorbu trhlín a odpadávanie betónu. Fe FeO Fe 3O 4 Fe 2O 3 výstužný prút Fe(OH) 2 Fe(OH) 3 Fe(OH) 3. 3H 2O Objem Obr Produkty korózie majú rozdielny objem Obr Expanzný účinok produktov korózie na kryciu vrstvu 22

23 Ak katodické a anodické oblasti ležia husto vedľa seba, dôjde k rovnomernej korózii oceľovej výstuže. Rovnomerná korózia prebieha aj po odpadnutí krycej vrstvy. Výstuž je obnažená a vystavená priamo atmosférickým podmienkam. Na základe dlhodobého sledovania korózie betonárskych ocelí boli stanovené korózne úbytky ocelí pri atmosférickej korózii - obr Z obrázku je zrejmé, že betonárske ocele tvarované za studena (O ) majú väčšie korózne úbytky ako ocele valcované za tepla (O a O ). Korózny úbytok (mm) 2,0 1,5 1,0 0,5 O O O Dĺžka aktívneho štádia (roky) Obr Dlhodobé korózne úbytky ocelí pri atmosférickej korózii Pri hodnotení výsledkov vplyvu atmosférickej korózie na betonársku výstuž možno konštatovať [2.23]: - pre oceľ treba v mestskom prostredí uvažovať s najnepriaznivejším koróznym úbytkom na priemere výstuže 0,020 až 0,03 mm/rok; pre výstuž Ø8 mm s normovými parametrami môže nastať prekročenie medze klzu pri návrhovom zaťažení po expozícií približne 10 rokov, prekročenie minimálnej medze pevnosti sa predpokladá, po rozsiahlych plastických deformáciách nosnej konštrukcie po 60 rokoch pôsobenia atmosférickej korózie. - betonárska výstuž tvárnená za studena je menej odolná proti atmosférickej korózií; očakávaný ročný korózny úbytok je 0,050 až 0,085 mm/rok. U výstuže Ø8 mm s normovými parametrami môže dôjsť k prekročeniu medze klzu krátko po 10 rokoch expozície, prekročenie medze pevnosti po približne 50 rokoch, čo vedie k záveru, že používanie týchto ocelí nebolo z hľadiska životnosti konštrukcií s plánovanou dobou životnosti 80 rokov, vystavených vonkajšiemu alebo agresívnemu prostrediu, bezpečné. 23

24 ... - pri oceli je možné uvažovať s hodnotou priemerného najnepriaznivejšieho ročného korózneho úbytku 0,020 až 0,022 mm/rok; pri profile Ø8 mm s normovými parametrami pevnosti môže nastať prekročenie medze klzu pri návrhovom zaťažení po expozícií asi 16 rokov. Vplyvom pokračujúcej korózie v ďalšom období dôjde k plastickým deformáciám konštrukcie, prekročenie medze pevnosti možno očakávať približne po 70 rokoch aktívneho štádia korózie ocele. V agresívnom prostredí, napr. v okolí chemickej prevádzky, dochádza k urýchleniu koróznych procesov a tým aj k zvýšeným koróznym úbytkom. Najmarkantnejšie sa prejavuje korózia výstuže tam, kde sa agresívne technologické roztoky vplyvom netesnosti technologických zariadení, dostávajú do priameho styku s betónom Korózia výstuže balkónovej dosky Podľa zistených hodnôt koróznych úbytkov betonárskych ocelí možno konštatovať, že problematika korózie oceľovej výstuže má dominantný vplyv na životnosť železobetónových stavieb. Zvýšenú pozornosť je treba venovať najmä výstužným prútom malých priemerov a oceli tvárnenej za studena. V prípade malých anodických a veľkých katodických oblastí, napr. v trhlinách, dochádza v relatívne krátkom čase k značnému koróznemu úbytku na výstuži. Modely korózneho procesu výstuže v mieste trhlín sú znázornené na obr

25 a) b) O 2 Karbonatovaný betón O 2 O 2 Fe + (OH) - (OH) - Nekarbonatovaný betón Katodické oblasti Anodické oblasti Obr Korózne mechanizmy v oblasti priečnych trhlín Trhliny v betóne urýchľujú postup karbonatácie a prenikanie agresívnych látok k výstuži, čím výrazne skracujú pasívne štádium (obr ). STN EN [2.2] stanovuje limitné šírky trhlín w lim do 0,3, resp. 0,4 mm, na základe stupňa agresívnosti prostredia. Dlhodobé skúšky nepreukázali významný vplyv šírky trhlín (do 0,4 mm) na dĺžku aktívneho štádia. Z hľadiska trvanlivosti je potrebné obmedziť šírku priečnych trhlín najmä kvôli nebezpečiu vzniku pozdĺžnych trhlín. Prítomnosť chloridov môže spôsobiť bodovú koróziu výstuže aj v zásaditom prostredí betónu. Dôsledkom vzniku bodovej korózie na výstuži dochádza k výraznejšiemu zmenšeniu prierezovej plochy, čo má nepriaznivé následky predovšetkým u predpätej výstuže. Zdrojom chloridov môže byť použitie chloridovej prísady do betónu, použitie zámesovej vody obsahujúcej chloridy, chloridmi kontaminované kamenivo. V našich vnútrozemských podmienkach sú hlavným zdrojom chloridov posypové soli používané na zimnú údržbu ciest, resp. dezinfekčné prostriedky. Z tohto hľadiska sú najviac ohrozené mosty, garáže a kryté plavárne. Názory na kritický obsah chloridov v betóne nie sú jednotné, ale v zásade možno konštatovať, že v železobetóne sa pripúšťa ako horná hranica obsah 0,4% Cl - vztiahnutý na hmotnosť cementu (tab ). 25

26 ... Tab Maximálny obsah chloridov v betóne (EN 206-1/Z1 [2.4] ) Betón Obsah chloridov kategórie Maximálny obsah Cl k hmotnosti cementu (%) bez oceľovej výstuže alebo iných kovových Cl 1,0 1,0 prvkov s oceľovou výstužou alebo s inými kovovými Cl 0,4 0,4 prvkami s predpätou oceľovou výstužou Cl 0,1 0,1 Pri rekonštrukciách sa betón s obsahom do 1 % Cl - výstuže v prípadoch, že: môže ponechať v okolí nebol zistený výrazný úbytok výstuže možno vylúčiť, že sa v neskarbonatovanom betóne viazané chloridy postupujúcou karbonatáciou znovu uvoľnia pôsobiace podmienky (vlhkosť, prísun kyslíka a chloridov) sa rekonštrukciou podarí ovplyvniť v zmysle princípov protikoróznej ochrany. V predpätých konštrukciách je vzhľadom na väčšiu citlivosť a menšie priemery predpätej výstuže obsah chloridov obmedzený na 0,1% z hmotnosti cementu (tab ). Výstuž valcovaná za tepla (väčšina betonárskych výstuží) lepšie odoláva korózii ako výstuž tvárnená za studena (všetky predpínacie drôty), pretože má ochrannú oxidovú vrstvu. Okrem toho sa u predpínacej výstuže nepriaznivo prejavuje vysoká napätosť, čo vytvára podmienky na medzikryštalickú koróziu. S anodickou medzikryštalickou koróziou prebieha súčasne oxidácia ocele, t.j. korózia. Katodická medzikryštalická korózia prebieha bez oxidácie železa. Spôsobujú ju ióny vodíka zhromaždené na katóde, ktoré prenikajú pod veľkým tlakom medzi kryštály ocele. Pri zmene na molekuly zväčšujú objem a v oceli vznikajú trhliny vedúce k jej náhlemu porušeniu. Tento typ korózie sa vyznačuje neočakávaným a často katastrofickým prejavom Odolnosť panelových budov Dĺžka užívania budov významne ovplyvňuje ich technický stav. Mnohé zabudované doplnkové stavebné konštrukcie a zariadenia panelových bytových 26

27 domov sú už po čase svojej životnosti, alebo sa k nej blížia. Nedostatočné funkčné vlastnosti sú ovplyvnené aj ich technickou zastaranosťou. Vo veľkom rozsahu sa v postavených bytových domoch, najmä v priebehu času, prejavuje vplyv nedodržania projektovaných parametrov, zabudovaním stavebných materiálov nižšej kvality, nedodržaním technologickej disciplíny, zjednodušovaním konštrukčných detailov a úsporou materiálov. Nedostatky stavebných konštrukcií, jednotlivých detailov a budovy ako celku, sú počas používania zvýraznené nedodržiavaním podmienok na údržbu bytov a bytových domov. Fyzický stav budov sa zhoršuje aj zlým vzťahom užívateľov k majetku, ktorý v minulosti nebol ich vlastníctvom. Výrazné znečistenie fasád najmä vplyvom emisných faktorov v kombinácii s nízkou frekvenciou a kvalitou údržby spôsobili, že panelové bytové domy majú rozsiahly prejav viditeľných defektov a pôsobia celkovým dojmom schátranosti. Poruchy panelových budov Fyzický stav budov nezávisí len na veku budov. Bytový fond postavený po roku 1980 s vrstvenými obvodovými plášťami ( bytov) je v užívaní maximálne 27 rokov, ale už sa prejavujú vážne nedostatky, ktoré je potrebné v rámci opráv odstrániť. Na bytových domoch postavených v rokoch v panelových stavebných sústavách P1.14, P1.15 a PS-82 (175 tisíc bytov) sa prejavujú významné poruchy stavebných konštrukcií aj napriek ich nízkemu veku, ktoré bude potrebné v rámci opráv odstrániť. Všeobecne poruchy statického charakteru možno roztriediť podľa početnosti výskytu, miesta výskytu a príčin vzniku. Z hľadiska početnosti výskytu porúch panelových budov je možné tieto rozdeliť do troch základných skupín: systémové poruchy typové poruchy individuálne poruchy. 27

28 ... Systémové poruchy bytových domov sú poruchy, ktoré sa vyskytujú všeobecne v rámci určitej panelovej sústavy. Nevznikli zanedbaním údržby a opráv, ale v dôsledku nesprávne použitej technológie výstavby, nesprávne navrhnutých materiálov a ich stykov alebo nedodržaním navrhnutého postupu realizácie stavieb. Výsledky diagnostiky potvrdili, že u časti panelových budov sa objavujú statické nedostatky prechádzajúce do systémových porúch, nízka tepelnoizolačná schopnosť vyvolávajúca hygienické nedostatky, vysokú energetickú náročnosť budov a užívateľské nedostatky spojené s prekročením životnosti technického zariadenia budov. Z celkového hodnotenia fyzického stavu bytového fondu boli vytypované systémové poruchy (Príloha 1), ktorých dôsledkom môže byť zníženie bezpečnosti a používateľnosti, ako aj vznik hygienických nedostatkov. Zoznam systémových porúch sa každoročne upravuje v súčasnosti ho tvorí 12 položiek prejavu systémových porúch, ktoré sa týkajú 26 konštrukčných sústav, resp. ich krajských variantov. Po odbornom posúdení možno klasifikáciu systémovej poruchy použiť aj na iný blízky konštrukčný systém. Na financovanie odstránenia systémových porúch možno požadovať štátnu dotáciu, aby sa tento fond budov mohol prednostne zachrániť. Typové poruchy sa vyskytujú vo veľkom rozsahu v rámci jedného objektu alebo viacerých objektov rovnakého typu, nemožno však hovoriť o všeobecnom výskyte v rámci všetkých, resp. väčšiny objektov konkrétnej stavebnej sústavy. Z uvedeného dôvodu sa tieto poruchy nepovažujú za systémové. Individuálne poruchy sú obyčajne viazané na konkrétny objekt. V iných objektoch rovnakého typu sa nevyskytujú. Pri diagnostike porúch objektu sa môžu vyskytnúť súčasne všetky tri typy porúch. Z hľadiska miesta výskytu sa rozlišujú poruchy panelov obvodového plášťa a poruchy predsadených konštrukcií. Z hľadiska príčin porúch sa jedná predovšetkým o dve základné príčiny vzniku porúch: poruchy krycích vrstiev poruchy vyvolané teplotnými zmenami. 28

29 Posúdenie z hľadiska statickej bezpečnosti preukazuje, že bytový fond postavený do roku 1970 zodpovedá svojmu veku. Boli zistené poruchy, ktoré znižujú mieru bezpečnosti stavebných konštrukcií panelových budov. Najväčšiu pozornosť je potrebné venovať vystupujúcim a doplnkovým konštrukciám (balkóny, lodžie a zábradlia), ktoré sú poškodené v dôsledku korózie výstuže, korózie zábradlia najmä v jeho kotvení. V mnohých prípadoch majú zábradlia nedostatočnú výšku. Závažné sú systémové poruchy, ktoré vznikli v dôsledku materiálového a konštrukčného riešenia, nezávisle na spôsobe užívania bytu a bytového domu aj u budov postavených po roku 1983: oddeľovanie obkladových dielcov v štíte, trhliny v hmote obkladových dielcov, oddeľovanie vystupujúcich schodísk od ostatnej časti budovy, otváranie škár medzi prvkami spínaného pórobetónového obvodového dielca a možný vznik korózie spojovacej výstuže v dôsledku častého zatekania stykov. Z hodnotenia fyzického stavu bytového fondu vyplýva, že výskyt chýb a porúch je rôzneho charakteru, pričom stanovenie potreby ich odstránenia neovplyvňuje pôvod vzniku (projekcia, montáž, užívanie). Poruchy bytových domov je možné podľa závažnosti a možných dôsledkov rozdeliť do troch kategórií: 1. poruchy, ktoré ohrozujú bezpečnosť 2. poruchy, ktoré znižujú úžitkovú hodnotu, zvyšujú prevádzkové náklady a časom môžu viesť k vzniku porúch ohrozujúcich zdravie. 3. poruchy, ktoré sú spôsobené prekročenou životnosťou a opotrebovaním stavebných konštrukcií a technického zariadenia budov. Najčastejšie a najnápadnejšie sa prejavujú poruchy ohrozujúce bezpečnosť: trhlinami koróziou výstuže. Trhliny v paneloch a stykoch panelov Trhliny v betóne môžu spôsobiť stratu alebo obmedzenie spoľahlivosti (bezpečnosti, používateľnosti a trvanlivosti) konštrukcie. Nie všetky trhliny však 29

30 ... znamenajú automaticky poruchu. Trhliny v ťahaných oblastiach, s menšou ako limitnou šírkou, neohrozujú spoľahlivosť konštrukcie a nevyžadujú opravu. V železobetónových konštrukciách sa pri bežnej prevádzke panelového domu pripúšťa vznik vlasových trhlín v nosných prvkoch s obmedzenou šírkou w lim. Šírka trhlín je obmedzená požiadavkou na odolnosť zabetónovanej výstuže proti korózii a závisí od prostredia, v ktorom sa nosný prvok nachádza. Podľa európskej normy [2.2] nemá najväčšia šírka trhliny pri kvázi-stálej kombinácii zaťaženia prekročiť limitnú šírku w lim, ktorá sa môže uvažovať na obvodových konštrukciách (t.j. konštrukciách na otvorenom priestore) hodnotou 0,3 mm a na vnútorných konštrukciách (konštrukcie v chránenom suchom prostredí) hodnotou 0,4 mm, ak sú dodržané normou predpísané hrúbky krycej vrstvy výstuže. V panelových domoch sa trhliny sústreďujú predovšetkým do stykov, pretože styk medzi betónom dielcov, panelov a zálievkovým betónom predstavuje následkom viacerých vplyvov (rozdielny vek betónov, technologické chyby pri zhotovovaní stykov) slabé miesto. Trhliny vznikajúce v stykoch sú teda širšie ako trhliny mimo styku, ak je v oboch miestach rovnaká ťahová napätosť. Vznik trhliniek v stykoch, ktoré nie sú trvale tlačené (napríklad v zvislých stykoch), je veľmi pravdepodobný aj vplyvom zmrašťovania zálievkového betónu v počiatočnom období používania panelového domu a neskôr od sezónne sa opakujúcich objemových zmien od teplotných účinkov nosnej konštrukcie ako celku. Preto sa musí v miestach stykov s trhlinami počítať. Šírka týchto trhlín v stykoch môže byť väčšia ako vyššie uvedené w lim. STN [2.8] udáva ako limitnú hodnotu šírku trhlín až 1 mm. V tom prípade je potrebné styk upraviť tak, aby trhlina v styku nemohla byť príčinou porúch pri používaní budovy, ktoré by viedli k zmenšeniu životnosti panelového domu z dôvodu korózie výstuže alebo k zhoršeniu tepelnej a akustickej pohody vnútorného prostredia. Styky vonkajšieho plášťa je potrebné zvonka chrániť vhodným tvarovaním a trvale pružným tesnením proti prenikaniu zrážkovej vody (najmä dažďa vodorovne hnaného vetrom) a vonkajšieho vzduchu. Vzhľadom na závažnosť výskytu trhlín, sa v ďalšom rozoberajú príčiny a následky ich vzniku na životnosť panelových budov a v ods. 2.6 aj ich opravy. 30

31 Analýza vzniku trhlín V panelových budovách sa statické trhliny vyskytujú najčastejšie v stykoch panelov. Trhliny v panelových dielcoch sa vyskytujú zriedkavejšie. S výnimkou ohybových trhlín je pre ne charakteristické, že prechádzajú cez celú hrúbku styku, resp. panelu. Pri diagnostikovaní sa rozlišujú z hľadiska doby a príčiny vzniku. Dôležitými ukazovateľmi sú aj zmeny šírky trhliny po dĺžke, priebeh pozdĺž styku vrátane priestorového kríženia (krížový styk) panelov a nadväznosť trhlín stykov v rámci konštrukcie. Najčastejšie príčiny vzniku trhlín v stykoch panelov: 1. nerovnomerné sadanie základových konštrukcií 2. vznik lokálnych napätí nedokonalým zhotovením ložnej škáry susedných panelov 3. rozdielny teplotný režim a následne rôzne pretvorenia dvoch vzájomne spojených sústav konštrukcií, predsadených konštrukcií a obvodového plášťa, resp. obvodového plášťa a vnútorných nosných konštrukcií 4. účinky nerovnomerného dotvarovania betónu 5. zmrašťovanie betónu. Najčastejšie príčiny vzniku trhlín na ploche panelov: 1. prudké zníženie teploty betónových dielcov po pretepľovaní, najmä v zimnom období 2. kombinácia účinku objemových zmien a lokálneho preťaženia (nedokonalá ložná škára panela) 3. korózia výstuže. 31

32 ... Obr Trhlina v stropnom paneli v dôsledku malej úložnej dĺžky Obr Porušenie vodorovného styku stena - strop - stena trhlinami medzi čelami stropných panelov a stykovým betónom a od priečneho ťahu v stene pod stropným panelom 32

33 Hodnotenie trhlín Samotné trhliny väčšinou neohrozujú bezpečnosť panelových budov, výrazne môžu obmedzovať ich používateľnosť a trvanlivosť. Bezpečnosť je ohrozená predovšetkým v spojitosti s urýchlenou koróziou výstuže v mieste trhlín, najmä v stykoch. Expertný systém na opravu trhlín (obr ) vhodný pre všeobecné vyšetrovanie a hodnotenie trhlín v betónových konštrukciách je možné použiť aj na trhliny panelových budov. Postupujúc od ľavého spodného okraja schéma začína blokom Identifikácia trhlín Vetva Rozsah porušenia sa zakladá na údajoch o mieste výskytu, veľkosti a histórií trhlín. Environmentálne činitele obsahujú informácie potrebné na definíciu úrovne agresivity, ako sú geografická poloha (nadmorská výška a pod.), počet zmrazovacích a rozmrazovacích cyklov, obsah agresívnych oxidov v ovzduší, prítomnosť kyslých dažďov (hodnota ph), atď. Vlastnosti betónu zahrňujú fakty o zložení betónu, ošetrovaní čerstvého betónu a výsledky skúšok vykonané počas životnosti betónového prvku. Údaje z troch vyššie uvedených oblastí umožňujú identifikáciu trhlín a ich vyhodnotenie na základe porovnania Akceptačných kritérií. To je prvý krok pri rozhodovaní o potrebe a naliehavosti opravy. Nevyhnutným predpokladom úspešnej opravy trhlín je zistenie príčin ich vzniku a rozvoja. Tomuto účelu slúži vyšetrovanie podľa vetvy Identifikácia príčin. V nasledujúcich riadkoch sa podrobnejšie analyzujú jednotlivé vetvy schémy. 33

34 ... Akceptačné kritéria ÁNO Akcia OPRAVA NIE Identifikácia príčin Databáza opráv AKTÍVNA PASÍVNA Vnútorné účinky Vonkajšie účinky Metódy opravy (obr. 3) Zmena Význam prvku Stará Bez zmeny Porovnanie s predošlým Meranie - dĺžky - šírky - hĺbky Nová Prostredie nadm. výška Znečistenie ovzdušia (1) Zmraz./rozmraz. cykly Kyslý dážď ph Zloženie betónu (2) Výsledky skúšok (3) Konštrukčné zásady, ošetrovanie (4) Plastické sadanie Plastické zmrašťovani Teplotná kontrakcia Normálne zmrašťovanie Sieť vlasových trhlín Zmrazovacie cykly Karbonatácia Prenikanie chloridov Agresívna podzem. voda Opakované zaťaženie Konštrukčné chyby Chybný návrh Zmeny teploty Mimoriadne zaťaženie (5) Nadmerné skúšanie Poloha Korózia výstuže Nerovnomerné sadanie Strata predpätia Rozsah porušenia Environmentálne činitele Vlastnosti betónu Alkalickokremičitá reakcia Vizuálne Prístrojmi Identifikácia trhlín 1. koncentrácia iónov 2. V/C, druh cementu, % obsah vzduchu, ph 3. obsah rozpustných Cl, hĺbka karbonatácie 4. dĺžka ošetrovania, hrúbka krycej vrstvy 5. seizmicita, požiar Obr Schéma vyšetrovania trhlín v betónových konštrukciách Identifikácia trhlín Každá posudzovaná panelová budova sa podrobí najprv dôkladnej vizuálnej prehliadke. Táto umožňuje zistenie a lokalizovanie tých porúch, ktoré vznikajú alebo sa prejavujú na jej povrchu. Vznik a rozvoj povrchových trhlín sa môže sledovať voľným okom, lupou, mikroskopom alebo videotechnikou. Vnútorné trhliny možno vyšetrovať ultrazvukom, meraním akustických emisií alebo na jadrových vývrtoch. Okrem opisu rozvoja, resp. obrazu trhlín je dôležité zaznamenať najmä ich šírku, hĺbku a aktivitu. 34

35 Rozsah porušenia Pre hodnotenie závažnosti porušenia trhlinami z hľadiska bezpečnosti konštrukcie sú dôležité: význam prvku v konštrukcií, veľkosť a poloha trhliny a jej história. U nosných konštrukcií sa rozlišujú poruchy zo statického hľadiska nevýznamné, významné a veľmi významné (havarijné). Pri posudzovaní trhlín z hľadiska používateľnosti a trvanlivosti sú dôležité najmä dĺžka, šírka a hĺbka trhliny. Vzhľadom na zmeny šírky sa rozlišujú pasívne a aktívne trhliny. Pasívne trhliny (jednorazové preťaženie, ukončené zmrašťovanie a pod.) majú stálu, nemennú šírku, kým u aktívnych trhlín dochádza k periodickým zmenám alebo postupnému narastaniu šírky. Periodické zmeny trhlín môžu byť zapríčinené zmenami zaťaženia alebo teploty v dennom alebo ročnom cykle. Narastanie šírky trhliny je často spôsobené plastickým pretváraním výstuže v trhline (poddimenzovanie alebo preťaženie). Často sa uvedené príčiny zmien šírok trhlín prekrývajú a pri vyšetrovaní konštrukcie je potrebné ich separovať. Environmentálne činitele Stupeň agresívnosti vo vzťahu k podmienkam prostredia udáva tab Stupeň agresívnosti kvapalného prostredia (vodných roztokov) vzhľadom na koncentráciu agresívnych zložiek uvádza STN [2.9] v tab. A1. Prostredím sa v tejto súvislosti rozumie chemické a fyzikálne pôsobenie, ktorému je betón vystavený a ktoré nie je zahrnuté v návrhu konštrukcie ako jeden z druhov zaťaženia. Vlastnosti betónu Dôležitosť jednotlivých vlastností betónu, z hľadiska posúdenia potreby opravy trhlín, sa posudzuje podľa toho, ktorá zložka spoľahlivosti sa vyšetruje. Ak sa jedná o bezpečnosť a používateľnosť konštrukcie sú to najmä pevnostné a deformačné vlastnosti betónu. Pri posudzovaní trvanlivosti sú dôležité vlastnosti priepustnosť, obsah rozpustných chloridových iónov, hĺbka karbonatácie betónu a pod.. Na uvedené vlastnosti má vplyv zloženie betónu (w/c, množstvo a druh cementu, atď.), dĺžka ošetrovania a agresivita prostredia. 35

36 ... Rozhodnutie o potrebe opravy Ako už bolo v úvode konštatované, spoľahlivosť betónových dielcov panelových budov môže byť výrazne obmedzená trhlinami. Všeobecne nemožno síce vzniku trhlín zabrániť, na druhej strane ich prítomnosť neznamená automaticky poruchu. Často postačuje ohraničiť ich šírku, prípadne trhlinu utesniť. Rozhodnutie o potrebe opravy je komplexný rozhodovací proces, pri ktorom je potrebné zohľadniť všetky vplyvy obmedzujúce spoľahlivosť. Pri posudzovaní bezpečnosti konštrukcie rozlišujeme trhliny v tlačenej a ťahanej oblasti prvku. Trhliny signalizujú preťaženie, resp. umožňujú redistribúciu ohybových momentov v staticky neurčitých konštrukciách. V ťahanej oblasti sa trhliny vyskytujú najmä v súvislosti s využitím pevnosti výstuže (pri vzniku prvej trhliny je napätie vo výstuži približne 1/10 medze klzu) a pokiaľ ich šírka nepresiahne medznú šírku nevyvolávajú potrebu opravy. Trhliny v tlačených prvkoch vznikajú dôsledkom priečnych ťahových napätí alebo drvenia betónu (napr. v miestach sústredeného namáhania styku panelov). Vyvolávajú potrebu obmedzenia zaťaženia alebo zosilnenia prvku. Trhliny zmenšujú tuhosť prvkov, čo výrazné zväčšuje pretvorenia (priehyb a pootočenie). Oprava trhliny po pretvorení neprináša nápravu. Zosilnenie po odľahčení prvku sa požaduje ak pretvorenia sú väčšie ako medzné pretvorenia podľa STN EN [2.2]. Identifikácia príčin vzniku trhlín Neoddeliteľnou súčasťou vyšetrovania trhlín je zistenie príčin ich vzniku a rozvoja. Rozlišujú sa vnútorné a vonkajšie činitele. Klasifikácia trhlín je dôležitá najmä z hľadiska výberu metódy a materiálu na opravu trhliny. Vnútorné činitele V tab sú vyhodnotené príčiny a opatrenia na zamedzenie vzniku trhlín od vnútorných činiteľov. 36

37 Tab Klasifikácia trhlín v dôsledku vnútorných činiteľov Typ trhliny Plastické sadanie Plastické zmrašťovanie Teplotná kontrakcia Zmrašťovanie od vysýchania Sieť trhlín vlasových Korózia výstuže Alkalickokremičitá reakcia Podrobnejšie delenie nad výstužou klenuté zmena výšky diagonálne náhodné nad výstužou vonkajšie obmedzenie vnútorné obmedzenie proti debneniu, forme hladený betón Miesto najčastejšieho výskytu vysoké prierezy hlava stĺpov dosky vystužené dosky vystužené dosky masívne steny masívne dosky tenké dosky (steny) dosky Primárna príčina nadmerné potenie betónu rýchle odparovanie vody detto a výstuž blízko pri povrchu veľké hydratačné teplo veľký teplotný spád nefunkčné dilatačné škáry nepriepustné debnenie nadmerné hladenie karbonatácia vonkajšie nedostatočné konštrukcie krytie chloridy garáže posypové soli vlhké prostredie Sekundárna príčina podmienky pre rýchle odparovanie vody malá miera potenia rýchle ochladenie nadmerné zmrašťovani e,nedostatoč né ošetrovanie bohatá zmes, nedostatočn é ošetrovanie nedostatočn á kvalita betónu reaktívne kamenivo a vysoko alkalický cement Čas vzniku 10 minút až 3 h 30 minút až 6 h jeden deň až dva týždne niekoľko týždňov alebo mesiacov 1 až 7 týždňov, niekedy neskôr viac ako dva roky viac ako päť rokov Opatrenia na ich zabránenie znížiť potenie betónu, prevzdušňovacia prísada zlepšiť ošetrovanie zníženie hydratačného tepla a/alebo izolácia zníženie obsahu vody, účinnejšie ošetrovanie zlepšiť ošetrovanie a konečnú úpravu odstránenie príčin korózie výstuže odstránenie príčin Plastické zmrašťovanie a sadanie čerstvého betónu Plastické zmrašťovanie je príčinou vzniku trhlín v čerstvom, ešte plastickom betóne. Jedná sa o fyzikálny proces pri ktorom dochádza k odparovaniu vody z povrchu betónu. Množstvo odparenej vody je závislé od relatívnej vlhkosti, teploty a výmeny obklopujúceho vzduchu. Zníženie obsahu vody v povrchovej vrstve spôsobuje vlhkostný spád po výške prierezu a vyvolá transport vody cez kapiláry z vnútra na povrch betónu. Kapilárne sily v pórovom roztoku zhutnia povrchové vrstvy betónu. Vznikajú ťahové napätia a štiepne trhliny. Charakteristické pre tieto trhliny je rýchle zmenšovanie šírky trhliny od povrchu smerom do vnútra betónu. 37

38 ... Tepelná kontrakcia Niekoľko hodín, resp. dní po uložení sa betón zohrieva v dôsledku vývoja hydratačného tepla. V tejto fáze dochádza k zväčšovaniu objemu a ak je pretvoreniu bránené vznikajú malé tlakové napätia. Ich veľkosť je obmedzená malým modulom pružnosti. Betón odovzdáva teplo obklopujúcemu prostrediu a dochádza k jeho postupnému ochladzovaniu a skráteniu. V tejto fáze má betón vyšší modul pružnosti. Veľkosť napätí je preto pri rovnakom pretvorení výrazne vyššia ako vo fáze zohrievania. Ak tieto ťahové napätia prekročia aktuálnu pevnosť betónu v ťahu dôjde k vzniku trhlín. Zmrašťovanie od vysýchania Vysýchanie betónu prebieha aj po zatvrdnutí betónu, čo je spojené so zmenšovaním objemu a možnosťou vzniku trhlín. Pretvorenia a napätia od zmrašťovania prebiehajú podstatne pomalšie ako od teplotných zmien, nakoľko transport vlhkosti v betóne je veľmi malý v porovnaní s jeho tepelnou vodivosťou. Miera zmrašťovania je úmerná vyparenej vode. Ak odparovanie vlhkosti na betónovom povrchu prebieha rýchlejšie ako možnosť transportu vlhkosti do povrchových vrstiev, vznikajú vlastné napätia s rizikom vzniku povrchových trhlín. Sieť vlasových trhlín Vlasové trhliny vytvárajú na povrchu betónu tvar nepravidelnej siete. Nepravidelné hexagonálne plochy sú ohraničené jemnými trhlinami dĺžky 15 až 40 mm a hĺbky do 3 mm. Stávajú sa viditeľné na druhý deň, najneskôr týždeň po uložení betónu. Neobmedzujú spoľahlivosť konštrukcie, zhoršujú najmä jej vzhľad. Príčinou ich vzniku je nedostatočné alebo nevhodné ošetrovanie. Korózia výstuže Elektrochemická korózia výstuže v betóne prebieha vtedy, ak je betón dostatočne vlhký, kyslík má prístup k výstuži a je porušená alkalická ochrana betónu. Trhliny širšie ako 0,4 mm uľahčujú pôsobenie uvedených podmienok v okolí výstuže 38

39 a preto urýchľujú proces korózie výstuže v trhline. Korózne produkty ocele majú až sedemnásobne väčší objem ako pôvodná oceľ, čím vyvolávajú silný expanzný tlak na okolitý betón. Nedostatočná hrúbka a kvalita betónovej krycej vrstvy akcelerujú rýchlosť korózie, vedú k vzniku trhlín v smere korodujúcej výstuže a odpadnutiu krycej vrstvy. Porušenie súdržnosti medzi betónom a výstužou v kotevnej oblasti je väčším rizikom pre bezpečnosť konštrukcie ako strata prierezovej plochy výstuže. Alkalicko-kremičitá reakcia Jedná sa o chemickú reakciu, ktorá prebieha v niektorých kamenivách. Oxid kremičitý v kamenive reaguje s alkáliami prítomnými v betóne, pričom vzniká alkalicko-kremičitý gél. Jeho napučiavanie môže vyvolať dostatočný vnútorný tlak na rozdrobenie častíc kameniva a cementového kameňa v betóne. Vizuálny prejav reakcie sú sieťové trhliny na povrchu betónu. Vonkajšie činitele Zmrazovacie a rozmrazovacie cykly Pri premene vody na ľad dochádza k približne 9% zväčšeniu objemu. Vo vodou naplnených póroch môžu preto vzniknúť napätia, ktoré prevyšujú pevnosť betónu v ťahu. Striedavé pôsobenie zmrazovacích a rozmrazovacích cyklov spôsobuje postupný rozpad štruktúry betónu. Karbonatácia betónu Pri difúzii oxidu uhličitého (CO 2 ) zo vzduchu do vnútra betónu dochádza ku karbonatácii betónu (Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 +H 2 O). Tento proces je spojený so zmenšovaním objemu, pričom hĺbka karbonatácie betónu dosahuje niekoľko mm až cm. Karbonatačné zmrašťovanie vyvoláva sieť jemných povrchových trhlín, ktoré neohrozujú spoľahlivosť konštrukcie. 39

40 ... Prenikanie chloridov Difúzia chloridov smerom od povrchu betónu do jeho vnútra ohrozuje najmä výstuž. Prítomnosť chloridových iónov umožňuje koróziu výstuže aj v alkalickom betóne, teda nezávisle od neutralizácie betónu. Z uvedeného dôvodu STN EN 206-1[2.3] limituje obsah chloridových iónov v betóne podľa tab Agresívna podzemná voda Podzemná voda môže obsahovať látky ako sú napr. uhličitany a sulfáty, ktoré rozpúšťajú a vylúhujú hydratačné produkty cementu, predovšetkým hydroxid vápenatý. Koncentrácia väčšiny ostatných agresívnych látok nedosahuje hodnoty ohrozujúce betón. Koncentrácia agresívnych látok v podzemnej vode sa však môže výrazne zvýšiť ak sa táto dostane do kontaktu s priemyselnými odpadovými vodami. Mnohokrát opakované zaťaženie V železobetónových konštrukciách vystavených periodicky sa opakujúcemu zaťaženiu a odľahčeniu pevnosť betónu aj ocele klesá. Veľkosť poklesu závisí najmä od počtu a charakteristiky cyklov (σ b,min /σ b,max ). Betón sa stáva krehkým a rozpadáva sa. Príčinou tohto javu je vznik mikrotrhlín v cementovom kameni. Nerovnomerné sadanie Pretvorenie základovej pôdy (sadnutie stavby) v dôsledku jej zaťaženia je prirodzený a nevyhnutný jav. Podľa charakteru sadnutia rozlišujeme rovnomerné a nerovnomerné sadnutia. Rovnomerné sadnutie (obr a) nevyvoláva napätia v nosnej konštrukcií. Častejšie sa vyskytuje nerovnomerné sadnutie, pri ktorom dôjde buď iba k natočeniu základovej plochy (obr b), alebo aj zmene tvaru základovej škáry (obr c, d). 40

41 a) b) c) d) Obr Charakter sadnutia v základovej škáre: a) rovnomerný, b) nerovnomerný bez zmeny tvaru, c) nerovnomerný údolnicového tvaru, d) nerovnomerný sedlového tvaru Medzné hodnoty sadnutia pre rôzne druhy stavieb udáva STN [2.10]. Odhad škodlivosti nerovnomerného sadania umožní tab Tab Charakter chýb a porúch pri nerovnomernom sadaní Nerovnomerné sadnutie s/l Charakter chýb a porúch 1/1000 žiadne poruchy L s 1/750 1/500 1/300 1/250 1/150 hranica pre citlivé stroje hranica pre konštrukcie bez trhlín trhliny v stene viditeľná šikmosť vežovitých stavieb významné trhliny v stenách, všeobecné konštrukčné poruchy Konštrukčné chyby Spoľahlivosť konštrukcie sa zabezpečuje aj konštrukčnými opatreniami, a to ako pre štádium výstavby, tak i pre štádium užívania. Z hľadiska vyšetrovania trhlín je možné pre definitívne štádium uviesť napr. požiadavku na maximálnu vzdialenosť dilatačných škár, priemer a osovú vzdialenosť výstuže. Pre štádium výstavby je to napr. spôsob a dĺžka ošetrovania, vzdialenosť a usporiadanie pracovných škár, vytvorenie zmrašťovacích a teplotných polí. 41

42 ... Chybný návrh Navrhovanie konštrukcií je proces, ktorý má zabezpečiť aby konštrukcia bola schopná odolávať všetkým zaťaženiam vyskytujúcim sa počas celej doby životnosti. V súvislosti s chybným návrhom treba uvažovať s chybami pri určení výpočtového modelu, výpočte silových účinkov zaťaženia, neuvážení niektorých typov zaťaženia, prípadne chybami pri dimenzovaní prierezov. V minulosti sa často zanedbávali účinky objemových zmien (nepriame zaťaženie), ktoré u niektorých konštrukcií vyvolávajú väčšie prierezové sily ako priame zaťaženie. Aj návrh hrúbky betónovej krycej vrstvy výstuže podľa platnej STN nezabezpečuje požadovanú trvanlivosť. STN EN [2.2] vyžaduje podstatne väčšie krytie. Zmeny teploty Teplotné rozdiely v konštrukcií vznikajú nielen počas tuhnutia a tvrdnutia betónu (hydratačné teplo), ale aj počas používania konštrukcie (rozdiel medzi vonkajšími a vnútornými teplotami, denné a ročné teplotné cykly, oslnenie). Teplotné rozdiely spôsobujú vo všeobecnosti nelineárne rozdelenie teplôt po priereze a s tým spojené vynútené alebo vlastné pretvorenia. Ak je týmto pretvoreniam bránené vyvolávajú napätia, ktoré môžu viesť k vzniku trhlín. Mimoriadne zaťaženie Podľa STN EN 1990 [2.11] za mimoriadne zaťaženia sa považujú účinky výbuchov, účinky spôsobené chybami alebo poruchami zariadenia (pretrhnutie lana pri zdvíhaní, náraz pri transporte, požiar a pod.). Všetky uvedené zaťaženie môžu byť samostatne, alebo v interakcií s inými vplyvmi príčinou vzniku trhlín. Zvláštne zaťaženie stavieb predstavujú účinky seizmicity. Vplyv trhlín na trvanlivosť panelových budov Pri diagnostike a odbere vzoriek si obyvatelia panelových budov sťažovali ma presakovanie vlhkosti a plesne zo strany štítových stien. Trhliny do šírky 0,6 mm 42

43 umožňujú prenikanie vlhkosti cez panel predovšetkým kapilárnou depresiou. Prenikanie vlhkosti do panelov zvyšuje riziko korózie výstuže. K ohrozeniu životnosti panelov dochádza najmä v súvislosti s koróziou výstuže. Na základe vyššie uvedeného hodnotenia možno konštatovať, že trhliny majú nepriaznivý vplyv v paneloch a stykoch panelových budov najmä na trvanlivosť a to v súvislosti s koróziou výstuže Poruchy obvodového plášťa Konštrukcia obvodových stien patrí kvôli priamej interakcii s vplyvmi vonkajšieho i vnútorného prostredia k najexponovanejším častiam budov. Konštrukcia štandardných panelových budov sa skladá z veľkoplošných prvkov, pri ktorých je aspoň jeden z rozmerov (výška alebo dĺžka) zrovnateľná s modulovými rozmermi konštrukcie (dĺžka modulu priečnych stien alebo výška podlažia). Na rozdiel od panelov vnútornej nosnej konštrukcie, ktoré sú zásadne železobetónové, uplatňujú sa v konštrukcii obvodového plášťa najrôznejšie materiálové varianty, často založené na myšlienke následného využitia priemyslových odpadov a druhotných surovin. Pretože dielce obvodového plášťa sú nielen objektom sanácie, ale aj podkladom pre aplikáciu sanačných materiálov a konštrukcií, je správne posúdenie ich stavu, konštrukcie a hodnotenia ich vlastností a možnosti pripojenia ďalších vrstiev zásadný pre urobenie spoľahlivej a trvanlivej sanácie. Ako pre všetky zakrývané konštrukcie platí aj pre dielce obvodového plášťa zásada, že ich poruchy musia byť sanované ešte pred aplikáciou ďalších vrstiev, napr. systému dodatočného zateplenia. Typy obvodových plášťov V období realizácie panelových budov sa vyskytovali tieto hlavné materiálové varianty obvodových plášťov panelových budov: obvodové plášte z ľahkých betónov (expanditbetón, škvarový betón, kremelinový betón, struskopemzobetón, struskokeramzitbetón, keramzitbetón) realizované ako jednovrstvové alebo ako obkladové k nosným dielcom štítových stien 43

44 ... keramické obvodové dielce pórobetónové obvodové dielce vrstvené železobetónové dielce s izolačnou vrstvou z polystyrénu alebo z penového skla. V počiatočnom období výstavby panelových budov sa vyskytujú aj obvodové dielce z betónu s vrstvou tepelnej izolácie na vnútornom povrchu. Ďalej sa vyskytujú aj montované obvodové dielce ľahkej konštrukcie s drevenou nosnou kostrou, či už vo forme celostenových obvodových dielcov (konštrukčná sústava PS 69) alebo lodžiových stien (konštrukčné sústavy PS69, BANKS, T 06B a ďalšie) alebo ako medziokenné vložky PSV, ktoré sú riešené spoločne s výplňami otvorov. Obvodové dielce z ľahkých betónov Kritickým momentom použitia ľahkých betónov bolo spojenie tepelne izolačnej a statickej funkcie dielcov. Snaha po dosiahnutí optimálnych tepelne technických vlastnostiach viedla k používaniu betónov s nízkou objemovou hmotnosťou, ktoré sa však vyznačovali nízkou pevnosťou a malou odolnosťou voči korózii. Snaha po vyľahčení viedla k používaniu betónov s medzerovitou štruktúrou. Pri nedokonalej ochrane povrchu dielcov dochádza často k prenikaniu zrážkovej vody obvodovými stenami, a to nielen v mieste škár medzi dielcami, ale aj štruktúrou betónu. Nevyhovujúcimi, veľmi nízkymi pevnosťami sa vyznačujú najmä kremelinové betóny a troskopemzobetóny. K zatekaniu štruktúrou betónu dochádza najčastejšie v keramzitbetónoch a troskokeramzitbetónoch. V betónoch s nízkou pevnosťou dochádza často k degradácii povrchov, ktorá hraničí s eróziou. Vlhkosť prenikajúca do štruktúry dielcov spôsobuje koróziu zabudovanej výstuže, ktorá nie je v ľahkých betónoch spoľahlivo chránená alkalickým prostredím betónu. Pri rekonštrukciách obvodových plášťov z ľahkých betónov je najdôležitejšie : 44

45 diagnostikovať stav dielcov, koróziu výstuže, spoľahlivosť osadenia dielcov a ich kotvenie k nosnej konštrukcii objektu, prípadne navrhnúť príslušné statické opatrenia zabezpečiť odstránenie degradovaných povrchových vrstiev a overiť prídržnosť sanačných vrstiev (napr. lepidla kontaktného systému dodatočného zateplenia) k povrchu dielcov, overiť možnosť a spôsob aplikácie kotevných prvkov v ľahkom betóne (napr. tanierových hmoždiniek pre kotvenie kontaktného systému dodatočného zateplenia), správne zvoliť sanačný postup s ohľadom na špecifické vlastnosti konkrétnych materiálov. Pre doplnenie chýbajúcich alebo odstránených povrchových vrstiev z ľahkého betónu nie sú spravidla k dispozícii zodpovedajúce reprofilačné materiály. Použitie reprofilačných materiálov určených pre betón nie je všeobecne vhodné! Vo väčšine prípadov je možné chýbajúce vrstvy nahradiť väčšou hrúbkou tepelného izolantu systému dodatočného zateplenia. Vždy je však treba voliť takú dĺžku tanierových hmoždiniek, aby boli aplikované až do únosných vrstiev podkladu. Keramzitbetónový obvodový plášť Hromadná bytová výstavba v Bratislave bola do roku 1965 charakterizovaná celomontovanými súbormi BA (Bratislava) a MB (montovaný betón). V roku 1964 sa prešlo na celoštátny typ T06B v krajskom variante s obvodovým plášťom z keramzitbetónu, výstavba ktorého sa ukončila v r Od roku 1967 sa realizovala výstavba typu T06B-ZT (zjednotený typ), v ktorom sa účelne spojila dispozícia obytného domu T 08 B s konštrukciou typu T 06 B. Vychádzajúc z poznatkov realizovaných typových domov T06B-ZT, ako aj požiadaviek nových noriem a predpisov sa po racionalizácií (v rokoch 1974 až 76) začalo s výstavbou domov nového dispozičného riešenia z prvkov ZT pod označením ZTB (zjednotený typ Bratislava). 45

46 ... Na obvodové plášte panelovej sústavy T 06B a ZT bol použitý keramzitbetón KB30 s objemovou hmotnosťou 1050 kg/m 3 pri 5 % vlhkosti (pevnosť v tlaku 6 MPa), resp. KB40 s objemovou hmotnosťou 1150 kg/m 3 u sústavy ZTB. Podľa polohy obvodového plášťa k nosnej konštrukcií budovy sa rozlišujú steny pozdĺžne (priečelné) a steny štítové. Pozdĺžny obvodový plášť bol navrhnutý z dielcov hrúbky 280 mm, včítane povrchových úprav. Vo väčšine budov je obvodový plášť predsadený pred nosný konštrukčný systém, ku ktorému sa pripojuje prostredníctvom betonárskej výstuže privarenej k hákom vyčnievajúcim z priečnych stien v úrovni zhlavia každého dielca. V niektorých oblastiach sa osadzoval na konzoly uložené na stredné nosné steny. Zvislé styky obvodového plášťa hrúbky 20 mm sú vyplnené z vnútornej strany betónovou zálievkou, z vonkajšej strany skleným povrazcom a zatmelené tmelom. Styky šírky 70 mm sú z vnútornej strany vyplnené keramzitbetónom. Z vonkajšej strany sú prekryté hliníkovým profilovaným plechom uchyteným do dreveného špalíka. Povrchová úprava obvodového plášťa z vonkajšej strany je vytvorená vodotesnou omietkou, prípadne vzhľadovým profilovaným betónom. Povrch môže byť dodatočne upravený rôznymi nástrekovými a náterovými hmotami. Štítové steny sú navrhnuté ako dvojplášťová konštrukcia s rozdelením nosnej a izolačnej funkcie. Štítová stena sa skladá z nosnej steny hrúbky 150 mm, vzduchovej vrstvy 20 až 30 mm a keramzitbetónového panelu hrúbky 260 mm (obe hrúbky sú skladobné). Obvodový plášť štítu je navrhnutý ako samonosná stena, voľne pristavaná k typovej priečnej betónovej nosnej stene a kotvená do stropnej konštrukcie. Štítové panely sú celostenové. Celková skladba dvojplášťovej konštrukcie je: vonkajšia povrchová úprava (cementová malta) keramzitbetón vzduchová medzera nosná betónová stena 30 mm 230 mm 20 až 30 mm 150 mm. 46

47 Povrchová úprava obvodového plášťa je z vonkajšej strany vytvorená vodotesnou omietkou s rôznymi povrchovými úpravami, prípadne vzhľadovým profilovaným betónom. Povrch je ďalej opatrený rôznymi nástrekovými, príp. náterovými hmotami s funkciou zjednotenia farebného vzhľadu a ochrannou voči účinkom atmosférických zrážok. Keramzitový betón sa u nás používal prevažne na výrobu konštrukčne izolačných prvkov, najmä na dielce obvodových plášťov montovaných stavieb. V období rokov 1965 až 1972 sa pre výrobu dielcov obvodových plášťov používal KB a KB Jednou z dôležitých vlastností keramzitu, ktorú bolo potrebné rešpektovať pri výrobe a spracovaní keramzitbetónovej zmesi, je nasiakavosť jeho zŕn. Priemerné hodnoty nasiakavosti keramzitu sú uvedené v tabuľke Tab Nasiakavosť keramzitu frakcie 4-16 mm v závislosti na čase Doba nasiakavosti Nasiakavosť v % hmotnosti 5 min. 13,7 15 min. 15,9 60 min. 18,2 24 h 24,6 Uvedené hodnoty nasiakavosti sú dôležité najmä v súvislosti so zmrašťovaním 30 mm vrstvy cementovej malty na vonkajšom povrchu štítových panelov. Skúškami zisťované hodnoty súdržnosti oceľovej výstuže s keramzitbetónom sú vo všeobecnosti nízke, naviac majú značný rozptyl. Táto vlastnosť medzerovitých ľahkých betónov je obecne známa a preto sa pri vystužovaní keramzitbetónov nízkych značiek vyžaduje zabezpečiť spolupôsobenie oceľovej výstuže konštrukčnými úpravami. 47

48 ... Ako sa uvádza v odbornej literatúre z obdobia výroby panelov posudzovaných sústav, výroba panelov obvodového plášťa bola sprevádzaná vznikom trhlín. Ďalšie trhliny boli pozorované na začiatku používania budov. Trhliny majú negatívny vplyv na používateľnosť a trvanlivosť panelov, nemusia však bezprostredne ovplyvňovať ich bezpečnosť. Trhliny zistené pri prehliadkach štítových panelov je možné rozdeliť do dvoch základných skupín [2.25]: trhliny v tmeli vo zvislých a vodorovných škárach medzi panelmi, trhliny na ploche panelov. Obr Nepravidelné, sieťové trhliny na ploche štítového dielca Trhliny v tmeli sú v panelových budovách prejavom namáhania stykov v čase. V druhej skupine sa vyskytuje viacero typov trhlín. Na základe obhliadok ako i realizovaných opráv trhlín sú doposiaľ známe tieto typy: trhliny sústavy T 06 B : - sieťové trhliny na celej ploche panelov (obr ), - zvislé trhliny vznikajúce najmä v blízkosti zvislých škár (obr ), - vodorovné trhliny vznikajúce približne v strede výšky panelov, 48

49 - vodorovné trhliny vychádzajúce zo zvislých okrajov panelu, zasahujúce do jeho čela. Obr Zvislé trhliny v blízkosti spojov štítových dielcov trhliny sústavy T 06 B ZT: - zvislé trhliny vychádzajúce z vodorovných škár panelov a po šírke panela ľubovoľne situované (obr ), - lokálne šikmé trhliny vychádzajúce z vodorovných škár panelov a po šírke panela ľubovoľne situované, - zvislé trhliny situované v mieste zvislej výstuže - tesne pri zvislých okrajoch, príp. v strede panela, trhliny môžu byť priebežné na celú výšku panela alebo nepriebežné, 49

50 ... - vodorovné trhliny vychádzajúce zo zvislých okrajov panelov, - vodorovné trhliny v bočnej ploche (v čelách) panelov, - lokálne zvislé trhliny v čelách panelov. Obr Zvislé trhliny v štítových dielcoch sústavy T 06 B ZT sústava T 06 B - ZTB (povrchové úpravy s profilovaným betónom): - povrchové trhliny ľubovoľne situované, - povrchové trhliny v mieste výstuže, - zvislé trhliny v čelách panelov, - lokálne alebo plošné odštiepenie povrchovej vrstvy profilovaného betónu. 50

51 Obr Odpadnutá krycia vrstva pod profilovaným povrchom v dôsledku korózie výstuže štítových dielcov sústavy T 06 B ZTB Z prieskumu väčšieho množstva budov vyplynulo, že poruchy svojím prejavom a rozsahom prekračujú rámec bežných porúch obvodového plášťa. Príčiny porúch je potrebné hľadať v samotnej konštrukčnej sústave z hľadiska jej prevádzkového namáhania, ďalej z hľadiska výroby, t.j. pri ošetrovaní, manipulácií a montáži panelov. Rozsiahly výskyt porúch panelových budov bol spôsobený predovšetkým nedostatkom skúseností pri ich návrhu a zhotovovaní. Nosné sústavy boli pôvodne uvažované ako rovinné, až neskôr ako priestorové. Účinky objemových zmien betónu spôsobené teplotnými rozdielmi jednotlivých častí konštrukcie navzájom tuho spojených, príp. s rozdielnym zmrašťovaním neboli zodpovedajúco zohľadnené a viedli k rozsiahlym poruchám obvodových plášťov. 51

52 ... Súčasný stav poznatkov neumožňuje vyčísliť podiel kolísania vlhkosti na objemových zmenách prvku. V literatúre sa uvádza, že v mnohých prípadoch u ľahkých betónov môže vlhkosť v podstatne väčšej miere ovplyvniť dĺžkové deformácie ako namáhanie teplotné. V poslednej dobe sa menia názory na vplyv teplotného namáhania, vychádzajúceho z klasickej teórie pružnosti a z predpokladu symetrického zahrievania prvku. V skutočnosti obvodový plášť je charakterizovaný pôsobením nesymetrického teplotného poľa, vyvolaného časove premenným (nestacionárnym) pôsobením tepla slnečným žiarením. V nestacionárnych podmienkach najväčšie napätie v tlaku nastáva na konci ohrievacej fázy denného cyklu. Najväčšie napätie v ťahu nastáva v priebehu ochladzovacej fázy. Najčastejšie príčiny vzniku trhlín v stykoch panelov všeobecne sú: 1. Rozdielna deformácia základových konštrukcií. 2. Napätosť od teplotného spádu v obvodových plášťoch. 3. Účinky nerovnomerného dotvarovania. 4. Vznik lokálnych napätí nedokonalým zhotovením ložnej škáry dvoch susedných panelov. Najčastejšie uvádzané príčiny vzniku trhlín na ploche panelov sú: 1. Pri výrobe betónových dielcov sa používalo pretepľovanie, čím sa teplota betónu v priebehu niekoľkých hodín viacnásobne zvýšila a následne v mnohých prípadoch až drasticky znížila. Betón počas krátkej doby dosiahol požadovanú pevnosť, avšak mikrotrhliny v povrchovej vrstve značne negatívne ovplyvňujú trvanlivosť betónu. 2. Vzhľadom na vyššie konštatovanú zvýšenú nasiakavosť keramzitu dochádza vo vonkajšej vrstve cementovej malty keramzitbetónových panelov k zvýšenému zmrašťovaniu. Pri vizuálnych prehliadkach bolo zistené, že sa prevažne jedná o trhliny so šírkou menšou ako 0,2 mm. Trhliny tejto šírky sú pre konštrukcie 52

53 s výstužou vzhľadom k normám (STN Navrhovanie betónových konštrukcií, resp. STN Skúšanie prefabrikátov) prípustné za predpokladu, že trhliny prebiehajú kolmo na výstuž. Šírka trhlín súbežných s výstužou sa v normách neuvádza, takéto trhliny by na základe konštrukčných opatrení nemali vzniknúť. Trhliny sú nepríjemné tým, že kazia vzhľad panelov a naviac môžu byť sprevádzané odpadávaním vodotesnej úpravy na povrchu panela (náteru, resp. omietky) a najmä uľahčujú prenikanie vlhkosti a vody do panelu a interiéru budov. 3. V priebehu užívania stavieb sa objavujú aj trhliny výrazne širšie ako 0,2 mm (zistili sa šírky až do 2 mm), ktorých vznik a rozvoj je možné prisúdiť účinkom kombinácie objemových zmien, resp. lokálneho preťaženia. Naviac sa zistilo, že pri výraznom poklese do mínusových hodnôt sa šírka týchto trhlín zväčšila. Lokálne preťaženie s následným vznikom trhliny v paneli môže vzniknúť napr. nedokonalým zhotovením ložnej škáry jedného panela samonosnej štítovej steny. 4. Časť zvislých trhlín je situovaná v mieste prebiehajúcej zvislej montážnej výstuže. Charakter a šírka trhlín vedú k záveru, že trhliny sú spôsobené koróziou tejto výstuže. Jadrové vývrty v mieste trhlín Deštruktívne skúšky pozostávali z jadrových vývrtov v mieste trhlín. Použila sa pre ne vŕtačka Hilti a jadrový vrták s vnútorným priemerom 70 mm. Na základe týchto skúšok sa zistilo: hrúbka vrstvy vonkajšej cementovej malty značne kolíše a pohybuje sa medzi 15 až 40 mm, hĺbka karbonatácie zisťovaná acidobázickým indikátorom veľmi kolíše a pohybovala sa od 8 do 25 mm, u panela so zvislou trhlinou v bočnej ploche bola skarbonatizovaná i vnútorná časť keramzitbetónu priľahlá k trhline a to v hrúbke 20 mm, keramzitbetónov vrstva má charakteristickú štruktúru medzerovitého betónu, s veľkou plochou keramzitového kameniva neobaleného cementovou matricou, 53

54 ... trhliny panelov s povrchovou vrstvou cementovej malty (sústava T O6 B, T 06 B - ZT) situované v mieste zvislej výstuže majú po dĺžke vývrtu smerom do vnútra panelu konštantnú šírku, prebiehajú cez celú vonkajšiu vrstvu cementovej malty a strácajú sa medzerovitej štruktúre keramzitového betónu, trhliny panelov s povrchovou vrstvou cementovej malty (sústava T 06 B - ZT) situované mimo zvislej výstuže sa po dĺžke vývrtu smerom do vnútra panelu uzatvárajú, na rozhraní malty a keramzitbetónu ich šírka je vlasová - vzhľadom k hrúbke panelov majú tieto trhliny ohybový charakter, trhliny panelov s povrchovou vrstvou z profilovaného betónu (sústava T 06 B - ZTB) sú iba povrchové - v rámci vývrtu idú do huby cca 10 mm, výstuž štítového panelu umiestnená po jeho obvode (zvislé okraje, horný povrch) a v strede (zvislá výstuž) je uložená v medzerovitej štruktúre keramzitového betónu. Výstuž je Ø8 (T 06 B), resp. Ø10 mm (T 06 B - ZT) s hladkým povrchom. Vo všetkých prípadoch sa zistili výrazné stopy povrchovej korózie, zatiaľ však korózia nemá charakter šupinovitý a ani sa nezistili bodové priehlbne na povrchu výstuže, v paneli sústavy T 06 B- ZTB bol vývrt urobený v mieste vyvýšeného profilu povrchovej úpravy - povrchová zváraná sieť z hladkých drôtov sa nachádzala v hrúbke povrchového betónu. V tejto časti sa nezistili žiadne stopy korózie (zistená hrúbka skarbonatovanej vrstvy 8 až 10 mm). Hrúbka krycej vrstvy v rámci vývrtu bola premenná 10, resp. 14 mm, čo poukazuje na nepresnú polohu výstuže v paneli. Vzhľadom na výšku vyvýšených profilov a hrúbku krycej vrstvy je v časti medzi profilmi krytie drôtov siete iba niekoľko milimetrov (1 až 3 mm) a v týchto miestach sa zistila výrazná povrchová korózia výstuže šupinovitého charakteru. Štítové panely s povrchovou vrstvou malty Deštruktívne skúšky vo vytipovaných miestach ukázali, že primárnou príčinou trhlín nie je korózia výstuže. Napriek tomuto predbežnému záveru nemožno vylúčiť, že niektoré z trhlín prebiehajúce vo vzdialenosti niekoľko centimetrov od zvislých okrajov panelov nie sú spôsobené práve koróziou tejto výstuže. Poloha 54

55 a výskyt týchto trhlín je hlavne vo vyšších podlažiach a je zrejmá z opravených štítových panelov. Na druhej strane pozdĺžne trhliny v mieste zvislej výstuže umožňujú jej rýchlejšiu koróziu ako v miestach bez trhlín, čoho prejavom je i zistený stupeň korózie. Pri určení príčiny vzniku ostatných trhlín sa vychádzalo z nasledujúceho charakteristického obrazu trhlín: zvislé trhliny na lícnej ploche panelov sú viazané na úzku oblasť priľahlú k ich ložným škáram (dĺžka niekoľko desiatok cm) a iba trhliny v strede panelu sú priebežné, alebo sú výrazne dlhšie oproti trhlinám situovaným v mieste stredovej výstuže. Trhliny majú na povrchu jednoznačne ťahový charakter, smerom do vnútra sa zužujú, takže v tomto smere majú charakter ohybový. Ich viditeľná šírka v mieste ložnej škáry je najväčšia a smerom do stredu panela klesá. Pri poklese teplôt pod bod mrazu sa naviac zistila zmena šírok časti týchto trhlín (hlavne trhliny v mieste stredovej výstuže), resp. lokálne sa zistili trhliny nové, ktoré v letnom a jesennom období neboli evidované. vodorovné trhliny vychádzajú z obvodových okrajov štítových stien ako celku, resp. pri dvojsmerne nosnom systéme z oboch voľných okrajov štítových panelov. Trhliny sú jednak na lícovej ploche, jednak na čelných plochách. Na lícových plochách sú prekreslené cez dodatočné povrchové nátery panelov, teda nie sú výrobného charakteru. Sú taktiež ťahové, ich dĺžka na lícnej ploche dosahuje rádovo najviac hrúbku panela, t.j. 200 až 300 mm. zvislé trhliny v čelách panelov sa zistili hlavne v spodnej časti panela, t.j. vychádzajú z ložnej škáry. Sú taktiež ťahového charakteru a ich dĺžka je približne dvojnásobok hrúbky panela. Na základe doteraz zistených skutočností možno predpokladať, že ako zvislé tak i vodorovné trhliny na lícnej ploche úzko súvisia s tepelným režimom štítovej steny ako celku, t.j. s prihliadnutím na plošné teplotné pole štítovej steny, jeho zmeny v čase ako i spojenie panelov štítovej steny s panelmi nosnými. Ďalším účinkom je zvislé zaťaženie steny vlastnou tiažou. Spoje štítových panelov sú situované vždy v mieste ložných škár a to u každého z panelov na dvoch protiľahlých miestach. Kým v mieste spojov je deformácii 55

56 ... štítových panelov pri ochladení bránené, stredová časť panelov sa môže deformovať voľnejšie. Výsledne sú teda pruhy priľahlé ložným škáram namáhané pri ochladení kombináciou ťahu a ohybu. Štítové panely s povrchovo profilovaným betónom Deštruktívne skúšky ukázali, že trhliny so sieťovým charakterom sú iba povrchové a sú primárne výrobného charakteru (plastické zmrašťovanie). V priebehu času šírka týchto trhlín vzrástla hlavne účinkom zmrašťovania. V súčasnosti dosahuje 0,1 až 0,25 mm (v letnom období). Napriek tomu, že ide o trhliny krátke, sú pomerne početné. Ďalším poznatkom je skutočnosť, že poloha povrchovej výstužnej siete má nedostatočnú hrúbku betónu krycej vrstvy výstuže v miestach priehlbní profilového betónu (1 až 10 mm), takže vplyvom hĺbky karbonatovaného betónu, navyše prestúpeného sieťovými trhlinami, dochádza k lokálnej plošnej korózii výstuže. Podľa polohy siete voči povrchu, resp. šírke sieťových trhlín na paneloch sú prejavy štiepnych trhlín zatiaľ väčšinou lokálneho charakteru. Môže však nastať i celoplošné odpadnutie krycej vrstvy v dôsledku celoplošnej korózie siete. Zvislé trhliny na styku betónovej profilovanej časti a keramzitbetónovej časti poukazujú na nevhodné prepojenie povrchovej a montážnej výstuže (zistené v porušenom paneli), čím v dôsledku účinkov tepla dochádza k vzájomnému oddeľovaniu oboch vrstiev. Na základe vyššie uvedenej možnosti prenikania vlhkosti do vnútra štítových panelov cez trhliny sú v medzerovitej štruktúre keramzitbetónu vytvorené všetky podmienky pre koróziu výstuže. K ohrozeniu životnosti dielcov dochádza teda najmä v súvislosti s koróziou výstuže. Keramické obvodové dielce Keramické obvodové dielce boli zhotovované murovaním dierovaných alebo dutinových keramických prvkov (tehiel alebo tvaroviek) do foriem, pričom do škár medzi murovacími prvkami bola vkladaná konštrukčná výstuž zabezpečujúca celistvosť dielcov pri manipulácii, doprave a montáži. Táto výstuž spravidla nemá 56

57 po zabudovaní do stavby významnú statickú funkciu. Dielce boli dodávané na stavbu aj s povrchovými omietkovými vrstvami. Keramické dielce často slúžili výrobcom pálených murovacích prvkov ako možnosť, zbaviť sa neštandardnej výroby (zle vypálených prvkov alebo výrobkov z nevyhovujúcej suroviny). Preto sa v keramických dielcoch pomerne často vyskytujú poruchy vo forme odpadnutých povrchových vrstiev alebo celých častí, pričom príčinou porúch je nekvalitný keramický črep (s nadmernou nasiakavosťou, nízkou pevnosťou a mrazuvzdornosťou). Obr Porušenie keramického obvodového plášťa z dutinových murovacích prvkov Pred aplikáciou sanačných opatrení je treba povrch dielcov preveriť z hľadiska výskytu separovaných vrstiev, odstrániť alebo dodatočne ukotviť separované časti a zvoliť vhodný spôsob lepenia a kotvenia systému dodatočného zateplenia. V keramických obvodových dielcoch sa vyskytujú až tri následné systémy dodatočných kotvení (kotvenie dielcov k nosnej konštrukcii, kotvenie separovaných častí, kotvenie systému dodatočného zateplenia). Podcenenie stavu keramických dielcov môže viesť k havárii systému dodatočného zateplenia. Pre reprofilácie povrchu keramických obvodových dielcov platí poznámka uvedená pre panely z ľahkých betónov. 57

58 ... Pórobetónové obvodové dielce a dielce z plynosilikátu V starších panelových sústavách sa vyskytujú dielce z plynosilikátov, ktoré sú konštruované z tvárnic podobne ako keramické dielce z tvaroviek. Od polovice 70. rokov sa používali vystužené dielce z autoklávovaného pórobetónu, dodávané ako celostenové štítové dielce, parapetné dielce alebo celostenové dielce priečelia. Dielce sú vytvorené zopnutím prvkov vysokých približne 600 mm, ukladaných vo vrstvách nad sebou, oceľovými tiahlami. Pri zavesených parapetných a celostenových dielcoch je dôležitá funkcia zabudovanej výstuže, ktorá prenáša ťahové sily v ohýbanom priereze dielca. Výrobu pórobetónových vystužených dielcov negatívne ovplyvnil v 80. rokoch problém nedostatočne odolného protikorózneho náteru oceľovej výstuže, ktorý degradoval v priebehu autoklávovania (vytváranie štruktúry pórobetónu pri vysokej teplote a tlaku) a v dokončených dielcoch neplnil ochrannú funkciu. V obvodových dielcoch z pórobetónu sa často vyskytujú trhliny, ktoré majú príčinu v technológii výroby dielcov, v statickom namáhaní, problematickom spolupôsobení pórobetónu s oceľovou výstužou a v napätí vyvolanom objemovými zmenami pórobetónu v čase. Samostatnú kapitolu tvorí problematika povrchových úprav na konštrukciách z pórobetónu. Snaha o maximálnu ochranu pórobetónu pred prenikaním zrážkovej vody viedla k používaniu povrchových úprav s vysokým difúznym odporom a k nadmernej kondenzácii vlhkosti v blízkosti povrchu dielcov. Pôsobením mrazu dochádza v týchto prípadoch k odpadávaniu povrchových úprav alebo i povrchových vrstiev pórobetónu. Pri regenerácii obvodových panelov z plynosilikátu a z pórobetónu platia rovnaké zásady ako v dielcoch z ľahkých betónov. Naviac treba hodnotiť korózny stav výstuže v dielcoch a podmienky jej spolupôsobenia s pórobetónom. Vrstvené obvodové dielce Myšlienka začleniť vrstvu s tepelno-izolačnými vlastnosťami do skladby betónového obvodového dielca vznikla už v najstarších panelových sústavách typu G. Rýchle rozšírenie trojvrstvových panelov nastalo až pri použití penového polystyrénu ako izolačnej vrstvy. Pôvodne bol polystyrén použitý pre "vyľahčenie" 58

59 štruktúry panelu a vonkajšia a vnútorná betónová vrstva dielce boli spolu navzájom spojené prebetónovanými rebrami. Tuhé spojenie vonkajšej a vnútornej vrstvy viedlo k veľkému výskytu porúch, ktoré boli spôsobené rozdielnym chovaním vonkajšej, teplotne nechránenej a vnútornej, chránenej vrstvy dielca. Preto sú od konca 60. rokov používané výhradne dielce, kde je vonkajšia vrstva (moniérka) a vnútorná nosná betónová vrstva sú spojené iba výstužou z nekorodujúcej ocele. Spojovacia výstuž sa líši v jednotlivých sústavách a v jednotlivých obdobiach. Ojedinele boli urobené aj málo úspešné pokusy o nahradenie výstuže z antikoru protikorózne ošetrenou výstužou z bežnej uhlíkovej ocele. Množstvo porúch vonkajších betónových vrstiev výrazne závisí na hrúbke tejto vrstvy a spôsobu spojenia betónových vrstiev. Najväčšie množstvo porúch sa vyskytuje v dielcoch s vonkajšou vrstvou hrúbky 50 mm realizovaných v 60. rokoch. Naopak sústavy s hrúbkou vonkajšej vrstvy 60 mm a väčšou sa poruchy moniérky vyskytujú iba výnimočne. Zhotoveniu sanačných opatrení na obvodových plášťoch zo sendvičových dielcov by mal vždy predchádzať prieskum, ktorého cieľom je zistiť kvalitu a poruchy vonkajšej betónovej vrstvy a pokiaľ možno odhaliť aj prejavy deformácií a posunutí tejto vrstvy, ktoré by mohlo signalizovať porušenie alebo chybné prevedenie spojovacej výstuže z antikoru. Separované časti vonkajších betónových vrstiev je treba pred aplikáciou sanačných opatrení dodatočne kotviť k vnútornej nosnej vrstve dielca. Životnosť obvodových stien Významným faktorom porušovanie obvodových stien sú vplyvy objemových zmien vo fyzikálnej (teplota, vlhkosť), technologickej (zmrašťovanie), chemickej alebo biologickej forme. Tieto vplyvy sa prejavujú vo vzájomnej synergii a majú opakovaný, často cyklický charakter. Významným faktorom, ovplyvňujúcim životnosť obvodových stien, sú objemové zmeny od teplotných účinkov. V dynamike vonkajšieho prostredia sa prejavujú dva základné ročné a denné cykly, ktoré spolu s klimatickým chaosom formujú premenlivosť počasia 59

60 ... v dlhodobom i krátkodobom časovom horizonte [2.24]. Tieto vplyvy sa prejavujú zmenami teplôt vonkajšieho vzduchu kolísaním intenzity solárneho žiarenia a ďalšími účinkami (vietor, dážď, sneh...) ovplyvňujúcimi výsledné teplotné zaťaženie stavebných konštrukcií. Teplotné objemové zmeny Maximálna povrchová teplota závisí popri teplote vonkajšieho vzduchu, najmä na množstve pohltenej solárnej energie a vplyvu prúdenia okolo konštrukcie. Sumárny vplyv vonkajšej teploty a dopadajúcej solárnej energie možno zjednodušene vyjadriť ekvivalentnou slnečnou teplotou vonkajšieho vzduchu t s = t e A.I + α e kde A je súčiniteľ pohltivosti žiarenia (0,3 až 0,9) I intenzita slnečného žiarenia (až 800 W/m 2 ) α e súčiniteľ prestupu tepla na vonkajšej strane. Doba a veľkosť maxím ekvivalentnej slnečnej teploty závisí predovšetkým na pohltivosti povrchu oslnenej konštrukcie. Najvyššie hodnoty boli zistené v júni na plochách orientovaných na západ. Teplotné pole vo vnútri reálnej konštrukcie je okrem kolísania okrajových teplôt ovplyvňované najmä tepelnou vodivosťou a kapacitou. Skutočná teplota vonkajšieho povrchu konštrukcie závisí na ekvivalentnej slnečnej teplote, okamžitom stave teplotného poľa a tepelnej vodivosti povrchových vrstiev. Steny z materiálov s nízkou teplotnou vodivosťou vykazujú výrazne vyššie povrchové teploty. Teplota povrchu steny zateplenej penovým polystyrénom je prakticky rovnaká ako ekvivalentná slnečná teplota (neuplatňuje sa tu vedenie energie do steny). Na obr je graf vystihujúci závislosť teploty vonkajšieho vzduchu, ekvivalentnej slnečnej teploty a teploty povrchu konštrukcie. 60

61 70 Teplota (º C) Čas (hodiny) Obr Denný priebeh teploty južne orientovanej pórobetónovej steny (hrúbka 300 mm, A = 0,6, jún): 1 teplota vonkajšieho vzduchu, 2 ekvivalentná slnečná teplota, 3 teplota povrchu konštrukcie [2.24] Pre napätosť tenkých povrchových vrstiev sú významné najmä veľké rozdiely medzi teplotou povrchovej vrstvy a podkladu a ďalej teplotné rozdiely v ploche vlastnej povrchovej vrstvy. Takéto stavy môžu vznikať v dôsledku náhleho ochladenia oslneného povrchu konštrukcie dažďom alebo náhlym ohriatím premrznutej konštrukcie. Náhle zmeny teplotného klimatického zaťaženia sa síce prejavujú iba v povrchových vrstvách vonkajších a obalových konštrukcií, avšak vyvolávajú významné zmeny v teplotnom poli konštrukcie, pričom rozdiely teplôt dosahujú i desiatky stupňov [2.24]. Pre napätosť tenkých povrchových vrstiev sú závažné najmä veľké rozdiely medzi teplotou povrchovej vrstvy a podkladu dt 1 a teplotné rozdiely v ploche vlastnej povrchovej vrstve dt 2. Rozdiel dt 1 spôsobuje vznik šmykovej a ťahovej napätosti prejavujúcej sa najmä v okrajoch, resp. uprostred steny, či dilatačného celku (napr. pri obkladoch). Hodnota dt 2 sa na ploche povrchu steny prejavuje šmykovými napätiami medzi časťami steny. Vplyv nerovnomerného ochladenia konštrukcie dt 1 sa v niektorých prípadoch môže prejaviť aj priečnym ohybovým namáhaním časti obvodovej konštrukcie. 61

62 ... Náhla zmena povrchovej teploty môže vo vrstvenej konštrukcii narušiť súdržnosť obkladu a podkladu vplyvom šmykových a ťahových napätí v rovine rezu, prípadne pri nerovnomernej teplotnej zmene povrchu narušiť jeho celistvosť obdobnými účinkami pôsobiacimi v rovine obkladu. Poruchy od sledovaných zaťažovacích účinkov sa prejavujú najmä v okrajových oblastiach dilatačných úsekov, na nárožiach, v mieste náhlych zmien konštrukčného usporiadania, v náväznosti na prestupujúce konštrukcie a pod. Prejavy náhlych teplotných zmien sa vyskytujú často spolu s ďalšími objemovými zmenami a vedú k postupnej degradácii povrchových vrstiev. Na vznik porúch sú citlivé materiály s veľkým pomerom medzi modulom pružnosti a pevnosťou. K rozvoju trhlín dochádza aj prenikaním dažďovej vody a následnými objemovými zmenami pôsobením mrazu. Opatrenia na zvýšenie životnosti obvodového plášťa Poruchy spôsobené objemovými zmenami pri náhlych teplotných zmenách je možné eliminovať opatreniami smerujúcimi k zníženiu povrchových teplôt obvodovej steny, obmedzením prístupu hnaného dažďa, vhodnejším konštrukčným riešením, príp. inými koncepčnými opatreniami. Na zníženie povrchových teplôt obvodovej steny pri danej orientácii priaznivo pôsobia svetlé povrchy s malou mernou pohltivosťou, ktorých celková teplota je o 15 až 20 ºC nižšia ako pri tmavých povrchoch. Priaznivo pôsobí obmedzenie priameho oslnenia steny vhodnou architektonickokonštrukčnou úpravou. Prudké ochladzovanie obvodových stien možno čiastočne obmedziť presahmi ríms a strešných plôch. Pre kontaktné pripojovanie povrchových úprav je vhodné voliť flexibilné plastické materiály eliminujúce zvýšené šmykové namáhania v pripojovanej vrstve. Šmykové i ťahové napätia možno redukovať vhodným členením obkladu do dilatačných úsekov v závislosti na veľkosti zaťažovacieho účinku a zvýšenou poddajnosťou tmelu v stykovacích škárach. 62

63 Vyššie uvedené účinky náhlych teplotných zmien sa veľmi často vyskytujú spolu s negatívnym pôsobením vlhkosti v povrchových vrstvách obvodového plášťa. Príčinou býva nevhodné riešenie konštrukčných detailov okrajov stien, úprav ríms, trhliny a pod., spôsobujúcich vzlínanie vlhkosti do steny. Nepriaznivo pôsobí aj vlhkosť transportovaná difúznym tokom stenou z interiéru a následne zachytená difúzne uzavretou povrchovou vrstvou (úpravou). 2.3 Predpovedanie životnosti Stanovenie, resp. výpočet zostatkovej životnosti predstavuje inžiniersky problém, ktorého podstatou je modelovanie chovania konštrukcie v čase, v závislosti na jej stavebno-technickom stave a pôsobení obklopujúceho prostredia. Výsledkom je tzv. prognostický model, ktorý umožňuje kvalifikovaný odhad času, počas ktorého bude možné ešte objekt využívať. Základnými charakteristikami prognostického modelu sú: výber hodnotiacej vlastnosti model priebehu hodnotiacej vlastnosti v čase akceptovateľné minimum hodnotiacej vlastnosti. Vzhľadom na to, že pri približne 75% známych porúch betónových konštrukcií spolupôsobila korózia výstuže, analyzuje sa problematika predpovedania životnosti panelových budov v súvislosti s jej schopnosťou odolávať účinkom korózie výstuže Predpovedanie dĺžky pasívneho a aktívneho štádia betonárskej výstuže Ako už bolo uvedené v ods rozlišujú sa dve štádia stavu výstuže počas používania konštrukcie. Čas od vybudovania konštrukcie do okamihu kritického porušenia sa môže zapísať v tvare t o + t 1 projektovaná životnosť konštrukcie, 63

64 ... kde t o je počiatočné pasívne štádium (časový interval od zabudovania výstuže do betónu až do porušenia pasívnej vrstvy na povrchu výstuže), kedy je výstuž v pasívnom stave. Dĺžka pasívneho štádia závisí od agresivity okolitého prostredia a od hrúbky a priepustnosti betónovej krycej vrstvy; t 1 je aktívne štádium (časový interval od porušenia pasívnej vrstvy na povrchu výstuže až do okamihu kritického porušenia) počas ktorého prebieha korózia výstuže. Dĺžka aktívneho štádia závisí predovšetkým od druhu a priemeru výstuže, možnosti difúzie kyslíka cez betónovú kryciu vrstvu a vlhkosti betónu. Neuváženie, resp. nedôsledné rozlíšenie obidvoch štádií stavu výstuže v betóne môže zapríčiniť systematické chyby a viesť k nesprávnym záverom pri formulovaní požiadaviek a hodnotení účinnosti opatrení na predĺženie životnosti železobetónových konštrukcií. Protikoróznu odolnosť oceľovej výstuže v betóne podmieňuje veľa faktorov. Pri výpočte potenciálnej životnosti betónovej konštrukcie je treba zákonitosti pôsobenia chemických a elektrochemických procesov a fyzikálnych vlastností z praktických dôvodov zjednodušiť. Dĺžka pasívneho štádia t o sa vypočíta z rovnice 2 t = 2D b to kde t b je hrúbka betónovej krycej vrstvy (m) D betónová konštanta zistená pomocou vzťahu D = 2 x 2t x hĺbka karbonatácie betónu (m) zistená experimentálne na konštrukcii t čas (s) od vybudovania konštrukcie do okamihu merania hĺbky karbonatácie. Keď karbonatácia dosiahne výstuž, poklesne alkalita betónu v jej okolí pod hranicu pasivácie (ph < 10). Nevyhnutnou podmienkou pre priebeh korózie výstuže je betón s dostatočnou vlhkosťou a priepustnosťou pre kyslík. Tieto dve podmienky sa navzájom protichodne ovplyvňujú, lebo vodou nasýtený betón má najlepšiu elektrolytickú vodivosť, ale značne obmedzuje prísun kyslíka ku katóde korózneho 64

65 článku. Naproti tomu suchý betón má veľký elektrický odpor a korózia napriek uľahčenej difúzii kyslíka neprebieha. Korózia výstuže najviac ohrozuje konštrukcie vystavené striedavému pôsobeniu vlhkého a suchého prostredia. Dĺžka aktívneho štádia sa stanoví ako obdobie medzi začiatkom korózie a dosiahnutím takého stupňa korózie, ktorý oslabí prierezovú plochu výstuže natoľko, že jej napätie dosiahne skutočnú medzu klzu. Po úpravách a prijateľných zjednodušeniach postupu korózie výstuže sa získa vzťah pre dĺžku aktívneho štádia: kde d s d s t 1 1 2b = yd fy je menovitý priemer výstužnej vložky (m) b parameter regresnej priamky koróznych úbytkov (podľa obr ) f f y f yd skutočná medza klzu (MPa) návrhová pevnosť ocele (MPa). Osobitné opatrenia proti korózii sa vyžadujú predovšetkým pri použití malých priemerov výstuže, ktoré sú pri rovnakom koróznom úbytku viac oslabené. Túto skutočnosť znázorňuje obr na príklade vypočítanej dĺžky aktívneho štádia pre výstuž 4φE8 (A s = 200,96 mm 2 ), resp. 1φE16 (A s = 200,96 mm 2 ), pri rovnakých podmienkach pre koróziu výstuže. Akceptovateľná hodnota Korózne napadnutie t 11 (4ø E8) t 12 (1ø E16) t 01 = t Čas t (roky) t 1 (4ø E8) t 2 (1ø E16) Obr Schematické znázornenie vplyvu priemeru výstuže na dĺžku aktívneho štádia pri koróznom úbytku podľa obr

66 ... Celkovú potenciálnu životnosť železobetónovej konštrukcie možno vyjadriť vzťahom: 2 t + = b d + s t t o t 1 2D 2b = yd 1. fy f Vypočítaná hodnota musí byť väčšia než projektovaná životnosť konštrukcie. Ak je prognózovaná životnosť kratšia, možno pri výstavbe nových objektov použiť prostriedky primárnej a(alebo) sekundárnej protikoróznej ochrany. Pri hotových konštrukciách prichádzajú do úvahy na predĺženie životnosti iba prostriedky sekundárnej ochrany. Meranie postupu karbonatácie betónu ukázalo, že variabilita v postupe karbonatácie je veľká, to znamená, že existujú neistoty v parametroch predstaveného inžinierskeho modelu pre predpovedanie životnosti. Vzhľadom na túto skutočnosť je použitie klasického deterministického prístupu diskutabilné. Spoľahlivostný prístup realizovaný na pravdepodobnostnom základe poskytuje presnejšie výsledky a zároveň umožňuje citlivostnú analýzu významu jednotlivých parametrov. Na pravdepodobnostné modelovanie životnosti železobetónových konštrukcií môžu byť použité štandardné spoľahlivostné metódy. Pre uvažovaný model porušenia vplyvom korózie výstuže vyvolanej karbonatáciou betónu táto predstavuje zaťaženie (E) a hrúbka betónovej krycej vrstvy odolnosť (R). Porucha je definovaná dosiahnutím stavu, keď karbonatácia dosiahne povrch výstuže. Aplikáciou tejto definície medzného stavu sa všeobecný graf nepriamej metódy spoľahlivosti konštrukcie v čase zmení na priebeh, zobrazený na obr

67 R, E R(t) P f E(t) R hrúbka krycej vrstvy E hĺbka karbonatácie Čas t Obr Pokles spoľahlivosti v dôsledku postupu karbonatácie betónu Stanovenie ph betónu Význam hodnoty ph betónu na koróziu v ňom uloženej výstuže sa uvádza v ods Postup neutralizácie betónu, resp. pokles hodnoty ph sa môže stanoviť: potenciometrickým meraním ph-metrom acidobázickými indikátormi. Na meranie ph-metrom je vhodné použiť jadrový vývrt z konštrukcie s priemerom 30 až 50 mm. Priečnym rezaním valca sa získajú vzorky betónu s rozdielnou vzdialenosťou od povrchu. Po homogenizácii (drvenie a mletie) sa navážka zmieša s destilovanou vodou a suspenzia sa niekoľko hodín dôkladne mieša. Po sedimentácii sa meria ph metrom hodnota ph roztoku. Operatívnejšie sa zisťujú hodnoty ph acidobázickými indikátormi, ktoré menia sfarbenie v závislosti od ph prostredia. Zvyčajne sa používa roztok fenolftaleínu v etylalkohole, ktorým sa postrieka čerstvá lomová alebo rezná plocha. Sfarbenie betónu umožňuje zistiť tie oblasti betónu, ktoré majú spoľahlivo vyššiu hodnotu ph ako 8,2. Oblasť farebného prechodu z bezfarebnej na červenofialovú sa uplatňuje v rozmedzí ph 8,2 až 10, v ktorom sa intenzita sfarbenia postupne zvyšuje (obr ). 67

68 ... Obr Stanovenie hĺbky karbonatácie malty fenolftaleínovým roztokom Pre presnejšie určenie hodnoty ph betónu priamo v teréne je možné kombinovať radu acidobázických indikátorov uvedenú v tab Tab Rada acidobázických indikátorov Indikátor Koncentrácia roztoku indikátora Zmena sfarbenia nastane pri hodnote ph Sfarbenie m-nitrofenol 0,3% roztok vo vode 8,0 žlto-oranžové fenolftaleín 0,1% roztok v 70% C 2 H 5 OH 9,5 červeno-fialové thymolftaleín 0,04% roztok v 90% C 2 H 5 OH 10,0 modré nitramín 0,1% roztok vo vode 11,5 oranžovo-hnedé Pre informatívne stanovenie ph hodnoty betónu je vhodný postupný odber prachových vzoriek odvŕtavaním príklepovou vŕtačkou. Malé množstvo vzorky z rôznej vzdialenosti od povrchu sa navlhčí na hodinovom sklíčku kvapkou nitramínu a postupne sa pridá kvapka roztoku thymolftaleínu a m-nitrofenolu. Orientačne sa tak dá zistiť hĺbka karbonatácie betónu a určiť potrebná hĺbka vývrtu. V rámci hodnotenia statickej bezpečnosti panelových stavieb realizovaných do roku 1970 sa v roku 1993 zisťoval stav a prieskum karbonatácie vybraných 68

69 reprezentantov panelových sústav. V roku 1993 boli diagnostikované panelové budovy na sídlisku A.Hlinku v Piešťanoch týchto stavebných sústav: nízko podlažný montovaný betón (NMB), rok výstavby 1964: betón vnútorných priečnych nosných stien bol Schmidtovým tvrdomerom zatriedený ako B25, zistená hĺbka karbonatácie fenolftaleínovým indikátorom 10 až 15 mm. liaty betón (LB), rok výstavby 1964: betón vnútorných priečnych nosných stien ako B20, zistená hĺbka karbonatácie fenolftaleínovým indikátorom 20 až 30 mm; betón štítovej steny vyhovel triede B25 a hĺbka karbonatácie 30 až 40 mm. T06B, rok výstavby 1969: betón vnútorných priečnych a štítových nosných stien bol zatriedený ako B20, zistená hĺbka karbonatácie fenolftaleínovým indikátorom vnútorná stena 25 až 30 mm, štítová stena 30 až 40 mm. Pre porovnanie nameraných hodnôt hĺbky karbonatácie betónov sa v obr uvádzajú hodnoty zistené pri vyšetrovaní životnosti panelových budov vo Veľkej Británii (V.B.). Panelové budovy mali vek 16 až 24 rokov, väčšina okolo 20 rokov. PREFABRIKOVANÝ BETÓN POČETNOSŤ > 25 MONOLITICKÝ BETÓN POČETNOSŤ >25 HĹBKA KARBONATÁCIE (mm) Obr Hĺbka karbonatácie betónu panelových budov vo V. Británii [2.12] 69

70 ... Pri porovnaní rozsahu intervalu hĺbky karbonatácie betónu po 20 rokoch má hodnotu väčšiu ako 20 mm vo V.B. približne 17 % budov, kým na vyšetrovaných sústavách v Piešťanoch (obr ) to je 50 %. Je zrejmé, že betón panelových budov dosahuje vo V. Británii výrazne menšie hodnoty karbonatácie ako na vyšetrovaných stavebných sústavách v Piešťanoch Prognózovanie priebehu karbonatácie Na odhadnutie dĺžky pasívneho štádia povrchov nosných stien vyšetrovaných panelových budov sa stanoví materiálová konštanta betónu D b zo vzťahu: 2 x D b = 2.t kde x je hĺbka karbonatácie betónu zistená na čerstvej lomovej ploche pomocou acidobázického indikátora (ods ) t čas od zhotovenie budovy. NMB: pre hodnotu x = 10 mm a čas t = 29 rokov = 29.31, = 9, s 2 2 x 0, D b = = = 5, m. s 2. t ,. 10 NMB: pre x = 15 mm x 0, D b = = = 123,. 10 m. s 2. t ,. 10 LB: pre x = 20 mm a čas t = 29 rokov = 29.31, = 9, s x 0, D b = = = 218,. 10 m. s 2. t ,. 10 LB: pre x = 30 mm a čas t = 29 rokov = 29.31, = 9, s x 0, D b = = = 4, m. s 2. t ,

71 T06B: pre x = 25 mm a čas t = 24 rokov = 29.31, = 7, s 2 2 x 0, D b = = = 413,. 10 m. s 2. t , T06B: pre x = 30 mm a čas t = 24 rokov = 29.31, = 7, s x 0, D b = = = 5, m. s 2. t , Postup karbonatácie betónu v zvolených časových intervaloch sa dá vypočítať pomocou vzťahu x = 2. Db. t Priebeh postupu karbonatácie betónov priečnych nosných stien pre jednotlivé konštrukčné systémy je zobrazený na obr Najpomalšie postupuje karbonatácia betónu v stenách stavebnej sústavy NMB, naopak najrýchlejšie v sústave T06B. Jedná sa o vnútorné nosné steny, kde sa predpokladá nízka relatívna vlhkosť vzduchu (RH 30 % až 60 %), pri ktorej neprebieha korózia oceľovej výstuže. V prípade zvýšenej vlhkosti RH 60 %, sú splnené všetky podmienky pre koróziu ocele v betóne (vlhkosť, neutralizácia betónu v okolí výstuže a prístup kyslíka k anóde korózneho článku), pre konštrukčnú sústavu: NMB pre výstuž s betónovou krycou vrstvou menej ako 15 mm LB pre výstuž s betónovou krycou vrstvou menej ako 30 mm T06B pre výstuž s betónovou krycou vrstvou menej ako 35 mm. 71

72 ... HĹBKA KARBONATÁCIE (mm) VEK BETÓNU (ROKY) Obr a Predpokladaný postup karbonatácie betónov priečnych stien sústavy NMB HĹBKA KARBONATÁCIE (mm) VEK BETÓNU (ROKY) Obr b Predpokladaný postup karbonatácie betónov priečnych stien sústavy LB 72

73 HĹBKA KARBONATÁCIE (mm) VEK BETÓNU (ROKY) Obr c Predpokladaný postup karbonatácie betónov priečnych stien sústavy T06B Hladina spoľahlivosti stavieb Odborníci zaoberajúci sa posudzovaním životnosti stavieb uprednostňujú diferencovaný prístup k novo navrhovaným a existujúcim stavbám. U existujúcich konštrukcií je k dispozícii množstvo informácií, ktoré v prípade novo navrhovaných stavieb nie sú známe a je možné zohľadniť skutočné imperfekcie v podobe diagnostikovaných poškodení, defektov a prípadných porúch nosnej konštrukcie. K hlavným zdrojom týchto informácií, v prípade panelových budov, patria nepravidelné prehliadky (pozri ods. 2.4) pri rôznych príležitostiach. Informácie získané z prehliadok a skúšania redukujú neistoty vstupných parametrov zaťaženia a odolnosti materiálov v procese overovania ich spoľahlivosti a tým znižujú pravdepodobnosť poruchy existujúcej nosnej konštrukcie a týkajú sa tak priamo úrovne hladiny spoľahlivosti existujúcich stavieb. V súčasnej dobe sa v slovenských technických normách nerozlišuje medzi posudzovaním spoľahlivosti novo navrhovanej a existujúcej nosnej konštrukcie. Všeobecne je však prijímaná myšlienka posudzovania existujúcich konštrukcií na nižšiu hladinu spoľahlivosti ako pre prípad návrhu novej. Prvé výsledky teoretických analýz zohľadňujúcich pozitívny vplyv výsledkov dohliadacej činnosti ukazujú, že pre existujúce konštrukcie je možné pripustiť základnú hladinu spoľahlivosti v hodnotách P ft = 2, resp. β t = 3,50. Z pohľadu spoľahlivosti 73

74 ... panelových budov sa naskytuje možnosť, že existujúca panelová budova by sa mohla overovať na nižšiu hladinu spoľahlivosti, než akú predpisujú normy pre nové budovy [2.22]. Podstatné sú ďalšie spresnenia základnej hladiny spoľahlivosti vzhľadom k materiálu nosných prvkov. Túto základnú hladinu bude treba diferencovať vzhľadom k významu prvku v celej nosnej sústave z hľadiska vplyvu jeho spoľahlivosti na spoľahlivosť celého systému. Na základe spresnenej a diferencovanej hladiny spoľahlivosti budú odporúčané parciálne súčinitele spoľahlivosti materiálov a zaťažení. Následne na to sa navrhnutá hladina spoľahlivosti premietnutá do parciálnych súčiniteľov pomocou kalibrácie overí na praktických príkladoch posúdenia spoľahlivosti vybratých typov panelových budov. Kalibrácia sa vykoná pre rôzne systémy a materiály. Teoretický prístup a predpoklady Rezerva spoľahlivosti v inžinierskej pravdepodobnostnej metóde je daná rovnicou G(R,E) =G = R E (2.3.1) kde R je odolnosť konštrukcie a E sú účinky zaťaženia. Konštrukcia je spoľahlivá, ak funkcia rezervy spoľahlivosti spĺňa G 0. Dôležitou veličinou v teoretickom prístupe je index spoľahlivosti β. Predpokladá sa, že odolnosť konštrukcie R je náhodná premenná s normálnym rozdelením pravdepodobnosti N (m R, s 2 R ) a E predstavujúca celkové účinky zaťaženia je tiež náhodná premenná s normálnym rozdelením pravdepodobnosti N (m E, s 2 E ) pričom platí, že R a E sú vzájomne nezávislé. Pre výpočet indexu spoľahlivosti β sa používa rovnica m m R E β = (2.3.2) 2 2 sr + se kde m R, s R je stredná hodnota, resp. smerodajná odchýlka odolnosti R nosného prvku, m E, s E stredná hodnota a smerodajná odchýlka účinkov zaťažení E. 74

75 Náhodná premenná G = R - E má potom tiež normálne rozdelenie N (m R - m E,s R 2 + s E 2 ). Pre výpočet pravdepodobnosti poruchy prvku P f platí ( ) ( ) 0 mr me = P( G < 0) = F = G 0 Φ = Φ ( β ) (2.3.3) 2 sr + se P f 2 kde F G Φ je distribučná funkcia náhodnej premennej G distribučná funkcia normovaného normálneho rozdelenia N(0,1). Prvý predpoklad teoretickej analýzy je, že nosný prvok je správne navrhnutý na plánovanú životnosť T d (T d = 80 rokov) so zodpovedajúcim indexom spoľahlivosti β β d (β d = 3,80), ide o návrhovú hodnotu indexu spoľahlivosti zodpovedajúcu pravdepodobnosti poruchy P fd = 7, To znamená, že prvok má odolnosť R a na prvok môže pôsobiť celá séria účinkov zaťažení E i (prvok nemusí byť vystavený maximálnym účinkom zaťaženia len jeden krát za životnosť). Tento nosný prvok sa podrobí prehliadke v čase t insp < T. Ďalším predpokladom je, že po zistení aktuálneho stavu konštrukcie po prehliadke, t.j. po zistení jej pevnostných a geometrických charakteristík i charakteristík zaťaženia, sa môže konštatovať, že prvok vykazuje iba drobné poškodenia, ako sú napríklad mierna korózia ocele, degradácia betónu a pod. Tento pozitívny výsledok znamená, že rozsah a význam poškodenia nepredstavuje poruchu, z dôvodu ktorej by došlo k prekročeniu niektorého z medzných stavov. Takže prvok naďalej plní svoju požadovanú funkciu. Z uvedených predpokladov a kladných výsledkov prehliadky vyplýva, že náhodná premenná odolnosť prvku R vyhovuje vzťahu R > max(e i ), pre i = 1, 2,...N(t insp ) (2.3.4) kde E i sú vzájomne nezávislé náhodné premenné účinky zaťaženia. Uvažuje sa, že účinky zaťaženia E i majú normálne rozdelenie s parametrami m E, s E. Tieto účinky zaťaženia sa vyskytujú náhodne v čase t pričom N(t) znamená počet výskytov v čase (0,t) a ich výskyt sa riadi Poissonovým rozdelením s parametrom λ(t) > 0. Parameter λ(t) je možné uvažovať v čase konštantný alebo v čase lineárne závislý. Pravdepodobnosť poruchy konštrukcie P f (T) použitím vzorca pre úplnú pravdepodobnosť v spojitej forme je potom daná rovnicou 75

76 ... x ms L( T ) Φ x m R P ( T ) P ( E )( i,...,n) R e s R 1 f Max i = 1 > = 1 s R s R ( ) dx = ϕ (2.3.5) kde φ je hustota normovaného normálneho rozdelenia N(0,1). Teraz sa dá vypočítať prehodnotený index spoľahlivosti β podľa β = Φ 1 (P f ) (2.3.6) kde Φ -1 je inverzná distribučná funkcia rozdelenia N(0,1). Informácia o tom, že konštrukcia prežila od času t = 0 až do času t = t insp sa použije k prehodnoteniu indexu spoľahlivosti pre zvyškovú životnosť konštrukcie (t insp,t). To znamená, že v čase (0,t insp ) ani raz nenastal prípad max E i > R. Podmienená pravdepodobnosť poruchy v čase (t insp,t) za predpokladu, že prežila do času t insp je P fu = 1 P (T ) 1 P ( t ) f insp P ( T ) Pf ( tinsp ) 1 P ( t ) f f 1 = (2.3.7) f insp Rovnako sa vypočíta aj podmienený index spoľahlivosti pre zvyškovú životnosť zvyškový index spoľahlivosti β u (T - t insp ) β u = -Ø -1 (P fu ) (2.3.8) Vypočítaný podmienený index spoľahlivosti β u pre zvyškovú životnosť T - t insp je väčší alebo aspoň rovný návrhovému indexu spoľahlivosti β d. To ale znamená, že návrhový index spoľahlivosti β d je väčší ako sa požaduje pre celkovú dobu životnosti T. V prípade, že konštrukciu podrobím aspoň raz za životnosť prehliadke, môže sa použitím vzťahov (2.3.5) a (2.3.7) nájsť taký cieľový index spoľahlivosti β t, že pre zvyškovú životnosť T - t insp bude práve rovný návrhovému indexu spoľahlivosti β t = β d (pri zachovaní pôvodnej doby životnosti T). Cieľová pravdepodobnosť poruchy P ft a zodpovedajúci cieľový index spoľahlivosti β t stanovujú hľadanú úroveň hladiny spoľahlivosti pre hodnotenie existujúcej nosnej konštrukcie budovy. Výpočet cieľového indexu spoľahlivosti β t (znížením pôvodného návrhového indexu β d ) sa vykoná iteračným spôsobom. Uvedené teoretické úvahy boli programovo spracované v programovacom jazyku PASCAL a boli urobené parametrické štúdie [2.22]. 76

77 Výsledky parametrických štúdii vplyvu prehliadky na index spoľahlivosti β(t) a zvyškovú životnosť sú zobrazené na obr , kde sú vyjadrené priebehy indexov spoľahlivosti β u (t) a β t (t) v závislosti na čase realizácie prehliadky s uvažovaním konštantnej intenzity výskytu účinkov zaťaženia. Obr Priebeh zvyškového indexu spoľahlivosti β u (t) v závislosti od času realizácie prehliadky t insp a konštantnej intenzity výskytu účinkov zaťažení λ [2.22] Z obr je zrejmé, že priebeh zvyškového (podmieneného) indexu spoľahlivosti β u (t) má stúpajúcu tendenciu. To logicky vyplýva z faktu, že ak prvok prežil až do prehliadky t insp (prvok nebol porušený - pozitívna informácia získaná pri prehliadke), tak jeho spoľahlivosť pre zvyškovú životnosť je väčšia (menšia pravdepodobnosť poruchy P f ). Naviac, čím neskôr sa budova podrobí prehliadke (má kratšiu zvyškovú životnosť) s pozitívnym výsledkom daným vzťahom (2.3.4), tým ma väčšiu pravdepodobnosť prežitia až do konca svojej životnosti T. Hodnoty zvyškového indexu spoľahlivosti β u (t) pre intenzitu výskytu zaťažení λ > 0,0125 sú menšie ako základná návrhová hodnota β u = 3,80. Avšak, pozitívny vplyv prehliadky sa rovnako prejavuje aj pri týchto intenzitách. Naopak, pri uvažovaní menších hodnôt intenzity výskytu zaťažení λ ako 0,0125 sú hodnoty zvyškového indexu spoľahlivosti väčšie a vplyvom prehliadky sa ešte zväčšujú, takže prvok sa stáva časom ešte viac spoľahlivejší. 77