Požadavky na betony z hlediska trvanlivosti. Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební

Transkript

1 Požadavky na betony z hlediska trvanlivosti Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební

2 Beton -specifikace, dokumenty Beton C12/15 a vyšší je stanovený výrobek ve smyslu NV 163/2002 Beton musí být ve shodě s tzv. určenou normou Určená norma pro beton: ČSN EN 206-1, ČSN EN 206 (od 07/2014) Specifikuje mj. požadavky na betony dle třídy a stupně vlivu prostředí Investor může specifikovat i další požadavky (např. správci státní infrastruktury vydávají své technickokvalitativní podmínky) Ředitelství silnic a dálnic (ŘSD ČR) Správa železniční dopravní cesty (SŽDC) Ředitelství vodních cest ČR (ŘVC ČR) ČEZ

3 ČSN EN 206 Norma zavádí stupeň vlivu prostředí Příklad značení betonu: C 30/37 XC2, XF4, XA2 X0 Bez nebezpečí koroze nebo narušení XC Koroze způsobená karbonatací XD Koroze způsobená chloridy XF Střídavé působení mrazu a rozmrazování XA Chemicky agresivní prostředí Další stupně vlivu prostředí XS Koroze způsobená chloridy z mořské vody XM Namáhání pohyblivým mechanickým zat.

4 Stupeň vlivu prostředí -příklady Budovy (ČSN EN 206)

5 Stupeň vlivu prostředí -příklady Průmyslové objekty (ČSN EN 206)

6 Stupeň vlivu prostředí -příklady Inženýrské stavby (ČSN EN 206)

7 Stupeň vlivu prostředí XC -koroze způsobená karbonatací Karbonatace betonu je reakce ztvrdlého betonu se vzdušným CO 2. Tím dochází mj. ke snížení alkality betonu (přibližně ph 13 ph 9). Důsledkem je koroze ocelové výztuže.

8 XC-koroze způsobená karbonatací SVP dle ČSN EN 206 SVP Charakteristika prostředí XC1 Suché nebo stále mokré Max. V/C Min. třída Min. dávka cementu [kg/m 3 ] 0.65 C 20/ XC2 Mokré, občas suché 0.60 C 25/ Specifické zkoušky Další požadavky XC3 Středně mokré, vlhké 0.55 C 30/ XC4 Střídavě mokré a suché 0.50 C 20/ Proč je vlhkost prostředí (betonu) důležitá a) Póry zaplněné vodou snižují rychlost pronikání CO 2 do betonu b) V suchém betonu proces karbonatace neprobíhá

9 Variabilita karbonatacebetonu Hloubka karbonatacebetonu se může v různých částech konstrukce lišit. Příčina: rozdílné podmínky při ukládání, ošetřování a expozici betonu (příklad dle Schiessla balkonová konzola) Typ expozice Hloubka karbonatace I 24% II 18% III 32% IV 48% V 63% Interiér 100%

10 Karbonatacebetonu měření na konstrukcích Třída betonu C 16/20 (B 250) Měřeno na vnějším povrchu chl. věží

11 Stupeň vlivu prostředí XD koroze způsobená chloridy Chloridy mohou narušit pasivační vrstvu na ocelové výztuži v betonu, důsledkem je koroze výztuže

12 XD-koroze způsobená chloridy SVP dle ČSN EN 206 SVP Charakteristika prostředí Max. V/C Min. třída Min. dávka cementu [kg/m 3 ] Specifické zkoušky Další požadavky XD1 Středně mokré, vlhké 0.55 C 30/ XD2 Mokré, občas suché 0.55 C 30/ XD3 Střídavě mokré a suché 0.45 C 35/ Proč je vlhkost prostředí (betonu) důležitá a) Transport chloridů je podmíněn rozpuštěním ve vodě b) Střídavé vlhčení a vysychání povrchu betonu urychluje transport chloridů do hlubších vrstev betonu

13 XD-koroze způsobená chloridy V praxi je nejčastějším případem kontaminace betonu chloridy z rozmrazovacích prostředků (posypových solí) na komunikacích V ČR aplikováno cca tis. tun ročně Rozmrazovací prostředky -nejčastěji na bázi NaCl, méně CaCl 2, MgCl 2 Prostředky na bázi CaCl 2 a MgCl 2 mohou narušovat pojivo v betonu

14 XD-koroze způsobená chloridy Chloridy působí na železobeton i dalšími degradačními mechanismy. Kromě koroze výztuže to jsou: Prohloubení vlivu mrazu (XF) Zvýšení obsahu alkálií v betonu (riziko alkalicko křemičité reakce)

15 Stupeň vlivu prostředí XF působení vody, mrazu a rozmraz. prostředků Voda obsažená v pórovém systému betonu při cyklickém zmrazování mění objem a skupenství, důsledkem je rozpad betonu Nejvíce exponované jsou zejména dopravní stavby mosty, PHS, svodidla.

16 XF-působení mrazu a rozmrazovacích SVP dle ČSN EN 206 SVP Charakteristika prostředí prostředků Max. V/C Min. třída Min. dávka cementu [kg/m 3 ] Obsah vzduchu [%] Další požadavky XF1 XF2 XF3 XF4 Mírně nasycen vodou, bez RP Mírně nasycen vodou, s RP Značně nasycen vodou, bez RP Značně nasycen vodou, s RP 0.55 C 30/ Mrazuvzd. kamenivo 0.55 C 25/ Dtto 0.50 C 30/ Dtto 0.45 C 30/ Dtto Pro SVP XF2 až XF4 je požadováno provzdušnění betonu min. 4% (viz dále)

17 XF-působení mrazu a rozmrazovacích prostředků Proč je nasycení betonu vodou a přítomnost CHRL důležitá a) Voda v pórech při zmrznutí zvětšuje objem narušení betonu b) CHRL jsou hygroskopické zvyšují mrazové narušení betonu c) Další vlivy CHRL: Dodatečné alkálie v betonu AKR, koroze výztuže Pozn.: CHRL = chemické rozmrazovací látky

18 XF-působení mrazu a rozmrazovacích prostředků Odolnost betonu proti působení vody, mrazu a CHRL se prověřuje zkouškami V ČR je preferována zkouška dle ČSN Zkušební tělesa vystavena cyklickému zatížení mrazem (obvykle 50 až 150 cyklů) Teplota při zkoušce -20 až +20 C Poznámka: Pozor na termonologii odolnost betonu je jiný parametr než mrazuvzdornost

19 Zkouška odolnosti betonu Odolnost betonu (XF) lze měřit metodikou dle ČSN EN Zkušební těleso je vystaveno cyklickému zmrazování (1cyklus = 6h) Stanovuje se odpad rozrušeného betonu s povrchu zkušebního tělesa [g/m 2 ] metoda A (zkušební těleso krychle) metoda C (zkušební těleso válec)

20 XF-působení mrazu a rozmrazovacích prostředků U betonů se stupněm vlivu prostředí XF2 až XF4 je obvykle požadováno provzdušnění betonu 4% obsahu vzduchu v betonu Přítomnost vzduchových pórů v betonu zvyšuje odolnost proti působení vody, mrazu a CHRL Účinné je provzdušnění malými vzduchovými póry (do 0.3 mm) důležitá je minimalizace vzdálenosti mezi jednotlivými póry

21 XF-působení mrazu a rozmrazovacích prostředků Kvalitu provzdušnění betonu charakterizují 2 parametry: Obsah mikroskopického vzduchu A 300 Součinitel prostorového rozložení vzduchových pórů L (tzv. spacingfactor) A300 je obsah mikroskopického vzduchu (póry do 0.3 mm) L charakterizuje vzájemnou vzdálenost pórů v cementové matrici Specifikován max. hodnotou (např. L 0.2) L je možno měřit na čerstvém i ztvrdlém betonu

22 Měření obsahu vzduchu v betonu Tlaková metoda (obsah celkového vzduchu včerstvém betonu -%) Analýza čerstvého betonu (A 300, L) Analýza ztvrdlého betonu (A 300, L)

23 Stupeň vlivu prostředí XA chemicky agresivní prostředí Narušení pojiva v betonu působením vnějšího prostředí, snížení pevnosti a rozpad betonu

24 XA-chemicky agresivní prostředí SVP Charakteristika prostředí XA1 XA2 XA3 SVP dle ČSN EN 206 Slabě agresivní chemické prostředí Středně agresivní chemické prostředí Silně agresivní chemické prostředí Max. V/C Min. třída Min. dávka cementu [kg/m 3 ] 0.55 C 30/ Specifické zkoušky Další požadavky 0.50 C 30/ SVC 0.45 C 35/ SVC

25 XA chemicky agresivní prostředí rozdělení dle ČSN EN 206 Podzemní voda SO 4 2- síranová agresivita ph kyselost, zásaditost CO 2 uhličitá agresivita NH 4+ n Mg 2+ hořečnatá agresivita Zemina SO 4 2- síranová agresivita Kyselost

26 XA-chemicky agresivní prostředí ČSN EN 206 zavádí chemicky agresivní prostředí pro podzemní vodu a zeminu V praxi se často vyskytuje chemická agresivita prostředí v technologických provozech Závody pro výrobu chemikálií, elektrárny, kanalizace a čističky odpadních vod V těchto případech je nutno postupovat dle specifických předpisů Pro určité typy agresivity prostředí není beton vhodným materiálem (HCL, HF)

27 Příklad nedostatečné specifikace vlivu agresivního prostředí na beton Jímka v elektrárně narušena odpadní vodou z chemického čištění kotle (2% kyselina fluorovodíková) Reklamováno jako nekvalitní beton Řešení: sanace a sekundární ochrana odolná proti HF

28 Zkouška vodonepropustnostibetonu Odolnost betonu proti chemicky agresivnímu prostředí (XA) výrazně souvisí s jeho nepropustností Nepropustnost lze měřit metodikou dle ČSN EN Zkouška se provádí na standardní krychli 150 mm Povrch krychlevystaven vodě o tlaku 0,5 MPapo dobu 72 hodin Měří se hloubka průsaku vody v betonu

29 Stupeň vlivu prostředí XM namáhání pohyblivým mechanickým zatížením (obrus) Doprava Voda s abrazivem Kavitace

30 XM namáhání pohyblivým mechanickým zatížením SVP Charakteristika prostředí Max. V/C Min. třída Min. dávka cementu [kg/m 3 ] Specifické zkoušky Další požadavky XM1 Mírné vnitřní podlahy 0.55 C 30/ XM2 Střední Vnitřní podlahy, vnější dlažba Vysoké Vozíky s pryžovými pneumatikami 0.55 C 30/ C 35/ Speciální zpracování povrchu XM3 Velmi vysoké Vozíky s elastomerovými pneumatikami, kovovými obručemi, vodní stavby 0.45 C 35/ Úpravy povrchu

31 Shrnutí požadavků dle ČSN EN 206 Požadavky na složení betonu (kromě X0) Parametr Požadavek Hodnota Platí pro SVP Maximální vodní součinitel Minimální pevnostní třída Minimální obsah cementu Nejmírnější 0.65 XC1 Nejpřísnější 0.45 XD3, XF4, XA3 Nejmírnější C20/25 XC1 Nejpřísnější C35/45 XD3, XA3 Nejmírnější 260 kg XC1 Nejpřísnější 360 kg XA3 Obsah vzduchu 4,0 % XF2, XF3, XF4

32 Shrnutí požadavků na vodonepropustnosta odolnost betonu V nové ČSN EN 206 (od 07/2014) nespecifikováno nutno zajistit smluvně mezi dodavatelem betonu a zákazníkem Lze použít parametry dle dřívější ČSN EN (viz tabulka) Parametr Požadavek Hodnota SVP Maximální hloubka průsaku ČSN EN Nejmírnější 50 mm XC4, XD2, XF1, XA1 Nejpřísnější 20 mm XD3, XA3 Maximální odpad ČSN Nejmírnější Nejpřísnější A/75/1250 C/50/1500 [metoda/počet cyklů/odpad g/m 2 ] A/100/1000 C/75/1000 [metoda/počet cyklů/odpad g/m 2 ] XF2 XF4

33 Požadavky na betony rozšíření o požadavky zákazníka Zákazník může smluvně vyžádat splnění přísnějších (rozšířených) kritérií na beton Příklad: Ředitelství silnic a dálnic ČR vyžaduje pro své zakázky splnění požadavků dle specifického dokumentu: Technické kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací Kapitola 18 Beton pro konstrukce

34 Rozšířené požadavky na betony TKP Kapitola 18 Parametr Dokument XC4 XD3 XF4 XA3 Složení betonu Obsah vzduchu ČSN EN 206 TKP 18 Mezní parametry složení betonu a pevnostní třídy jsou obdobné ČSN EN ,0 - TKP ,5 4,5 (SO 4 ) Min. obsah mikropórůa 300 TKP ,8 - Součinitel L TKP ,2 - Max. hloubka průsaku Odolnost - odpad TKP TKP Poznámka: Pro průkazní zkoušky betonu jsou kritéria zpřísněna A/100/1000 C/75/1000 -

35 Děkuji za pozornost