Trvanlivost betonových konstrukcí. Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. ČVUT - stavební fakulta katedra betonových konstrukcí 1



Podobné dokumenty
Možnosti zvýšení trvanlivosti a sanace železobetonových konstrukcí. Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební

Trhliny v betonu. Bc. Vendula Davidová

Trvanlivost betonových konstrukcí. Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. ČVUT - stavební fakulta katedra betonových konstrukcí

Interakce materiálů a prostředí

High Volume Fly Ash Concrete - HVFAC

MC-RIM PW. Dlouhodobá ochrana ploch v nádržích pitné vody díky DySC -technologii

KOROZE KONSTRUKCÍ. Ing. Zdeněk Vávra

BERMUDSKÝ TROJÚHELNÍK BETONÁŘŮ

Problémy spojené s použitím pozinkované výztuže v betonu

Vysokohodnotný beton 1 JOSEF FLÁDR KANCELÁŘ: B788 KONZULTACE: STŘEDA 12:00 13:00

Mechanismy degradace betonu a železobetonu. Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební K133, B 733

Vady a poruchy betonových konstrukcí

OPĚRNÉ STĚNY Z POHLEDOVÉHO BETONU

ČSN EN 206. Chemické korozní procesy betonu. ph čerstvého betonu cca 12,5

Stavební technologie

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. FAKULTA STAVEBNÍ Ústav stavebního zkušebnictví

FUNKČNÍ ZPŮSOBILOST. Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. Úvod Podmínky spolehlivosti Mezní hodnoty přetvoření Důsledky přetvoření na použitelnost

Trvanlivost je schopnost konstrukce odolávat vlivům

Stanovení složení a míry degradace betonu nosných prvků železobetonové konstrukce budovy nádraží. Ing. Ámos Dufka, Ph.D. Ing. Patrik Bayer, Ph.D.

Sada 2 MATERIÁLOVÁ A KONSTRUKČNÍ TYPOLOGIE STAVEB PS

Návrh složení cementového betonu. Laboratoř stavebních hmot

Trvanlivost a odolnost. Degradace. Vliv fyzikálních činitelů STAVEBNÍ LÁTKA I STAVEBNÍ KONSTRUKCE OD JEJICH POUŽITÍ IHNED ZAČÍNAJÍ DEGRADOVAT

Navrhování betonových konstrukcí na účinky požáru. Ing. Jaroslav Langer, PhD Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.

Vlastnosti betonů modifikovaných minerálními příměsmi

SPECIÁLNÍ BETONY A ZAJIŠTĚNÍ KVALITY. Viktor Slezák

Struktura a vlastnosti čerstvé a zatvrdlé cementové pasty.

SNÍŽENÍ NÁKLADŮ NA VÝROBU PREFABRIKÁTŮ POUŽITÍM MODERNÍ PŘÍSADY URYCHLUJÍCÍ TVRDNUTÍ

K emi čito to- t - o-a - lkalická reakce kameniva v v betonu onu onu další možnosti t ř i ešení

Degradační modely. Miroslav Sýkora Kloknerův ústav ČVUT v Praze


Přednášky: Prof. Ing. Milan Holický, DrSc. FA, Ústav nosných konstrukcí, Kloknerův ústav. Ing. Jana Markova, Ph.D.

Vysokohodnotný beton 1 JOSEF FLÁDR KANCELÁŘ: B788 KONZULTACE: PONDĚLÍ 10:00 AŽ 11:00

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A5. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA STAVEBNÍ Katedra technologie staveb BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Petra Járková 2016

= mletý slínek + přísady + příměsi (přidávané po. 1. Regulátory tuhnutí sádrovec, anhydrit

Předsazené -předsazené před obvodový plášť - kotvené k vnitřními nosnému plášti pomocí ocelových spojek - svislý styk tvořen betonovou zálivkou -

STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK) POJIVA

SLEDOVÁNÍ KVALITY TĚSNICÍCH TECHNOLOGIÍ STANOVENÍM SOUČINITELE PROPUSTNOSTI POVRCHU SANOVANÝCH BETONŮ PRO VODU A VZDUCH

Vodotěsný beton ZAPA AQUASTOP vs. beton s krystalizačními přísadami. Ing. Tomáš ZNAJDA, Ph.D. technolog speciální produkty

CO JE AKVATRON? VÝHODY IZOLACÍ AKVATRONEM

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

JEMNOZRNNÉ BETONY S ČÁSTEČNOU NÁHRADOU CEMENTU PŘÍRODNÍM ZEOLITEM

Betony pro bytovou výstavbu

Stanovení hloubky karbonatace v čase t

X-SEED Urychlovací přísada pro tvrdnutí betonu

CZ.1.07/1.5.00/

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123MAIN - Základní materiálové parametry

VÝROBA BETONU. Copyright Ing. Jan Vetchý

Ošetřování betonu. Ing. Vladimír Veselý. Moderní trendy v betonu III. Provádění betonových konstrukcí Praha

Degradace stavebních materiálů

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM - Základní materiálové parametry

J. Kubíček FSI Brno 2018

AvantGuard Nová dimenze antikorozní ochrany

Bílé vany, krystalizace

Anorganická pojiva, cementy, malty

JČU-ZF, KATEDRA KRAJINNÉHO MANAGEMENTU STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK)

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

Nízký poměr voda/cement je klíčem k trvanlivému betonu

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE DEGRADACE STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ

STANDARDNÍ OPERAČNÍ POSTUP 02/09 Ústav stavebního zkušebnictví, Fakulta Stavební, Vysoké učení technické v Brně Veveří 95, Brno

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE BETON VZTAH MEZI STRUKTUROU A VLASTNOSTMI

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

MINERALOGICKÉ A GEOCHEMICKÉ ZHODNOCENÍ KOROZIVNÍCH PRODUKTŮ POZINKOVANÝCH ŽELEZNÝCH TRUBEK

Betonování za horkého počasí. Dr. Julius Gúzik, manažer technického marketingu, Holcim

Zpětné použití betonového recyklátu do cementobetonového krytu

KAPITOLA 5: BETONY Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích

Trvanlivost a životnost betonových konstrukcí. Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. katedra betonových a zděných konstrukcí

BARVENÍ BETONU. Copyright Ing. Jan Vetchý

STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK) BETON

STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK) LEHKÝ BETON

Sanace betonu a železobetonu. Ing. Zdeněk Vávra vavra.z@betosan.cz

KEIM Seccopor. Systémová regulace vlhkosti

ombran MHP-Systém Bezpečná sanace kanalizačních šachet a stok

Směsi stmelené hydraulickými pojivy

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A11. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

BETONOVÉ KONSTRUKCE NÁDRŽÍ

Mechanické vlastnosti betonu a oceli

Mechanické vlastnosti betonu a oceli

Sada 1 Technologie betonu

Beton je umělé stavivo (umělý kámen) složené z cementu, hrubého a jemného kameniva a vody.

OVĚŘOVACÍ PRŮZKUM VLIVU PŘÍSAD A PŘÍMĚSÍ NA BETON BEZ CEMENTU S NÁZVEM POPBETON

Dilatace nosných konstrukcí

Sanace betonu. Hrubý Zdeněk, 2.S

Měření a hodnocení rychlosti koroze při procesu úpravy vody

Dotvarování. Podmínka pro získání zápočtu je věcně správné (výpočty a výkresy) zpracování uvedených cvičení včetně účasti na cvičeních.

Metalografie ocelí a litin

Stavební hmoty. Přednáška 8

MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Degradace materiálu - hodnocení rizik hodnocení konstrukcí

KOROZE. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

VLIV ZPŮSOBŮ ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVY POPÍLKU NA VLASTNOSTI POPBETONU

Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3607R020 Stavebně materiálové inženýrství Ústav technologie stavebních hmot a dílců

LEHKÉ BETONY A MALTY

České vysoké učení technické v Praze

v PRAZE - ZKUŠEBNÍ LABORATOŘ ÍCH HMOT

1. Základy plotové konstrukce

Stavební hmoty a dílce: Beton, železobeton a výrobky předem vyrobené z betonu a železobetonu - prefabrikáty

SANACE ŽELEZOBETONU EFEKTIVNÍ A DLOUHODOBÉ ŘEŠENÍ. paulin@paulin.cz.

SANAČNÍ MALTA S TEPELNĚ IZOLAČNÍM ÚČINKEM NA BÁZI PUR PĚNY PO UKONČENÍ ŽIVOTNÍHO CYKLU. Vojtěch Václavík a kol.

Transkript:

Trvanlivost betonových konstrukcí Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. ČVUT - stavební fakulta katedra betonových konstrukcí 1

Rešerše - témata: 1. Volba materiálů a úpravy detailů z hlediska zvýšení trvanlivosti 2. Postup výstavby z hlediska zvýšení trvanlivosti 3. Návrh konstrukce při snížení rizika mechanismu porušování 4. Opravy vedoucí ke zvýšení trvanlivosti betonových konstrukcí 5. Hodnocení stávajících konstrukcí s přihlédnutím k trvanlivosti zaměření na zbytkovou životnost konstrukce 6. Nekovové a nekorodující výztuže druhy, použití, návrh prvků, příklady 7. Betonové konstrukce šetrné k životnímu prostředí (zelený beton, vylehčené konstrukce atd.) 8. Životnost betonové konstrukce stanovená s ohledem na korozi výztuže vlivem karbonatace

Osnova přednášky Trvanlivost materiálu Struktura betonu Transportní procesy Degradace Koroze výztuže 3

Trvanlivost materiálu Trvanlivost závisí na schopnosti materiálu odolávat narušujícím vlivům nacházejícím se v prostředí, ve kterém je materiál umístěn Degradace betonu, koroze výztuže kvalita a ochrana materiálů, prostředí Beton kvalita: složení, výroba, zhutnění, ošetřování Ocel ochrana výztuže před korozí (krycí vrstva betonu, povlaky výztuže, nekorodující výztuž) 4

Trvanlivost konstrukce - schopnost konstrukce odolávat účinkům prostředí ve kterém se nachází, a to po dobu životnosti konstrukce 5

Trvanlivost betonové konstrukce je ovlivněna: - návrhem, použitými materiály, provedením, používáním, údržbou; - druhem a rozdělením pórů v betonu, náchylnosti výztuže ke korozi; - interakcí konstrukce a prostředí mechanismus porušování 6

Trvanlivost betonu závisí na možnostech transportu agresivních látek zatvrdnutým betonem zejména možnosti pronikání tekutin (vody), plynů (kysličník uhličitý, kyslík) nebo iontů (chloridy, sulfáty) Beton je porézní materiál; pronikání látek se často vystihuje permeabilitou, ale ta přesně nevystihuje všechny možnosti transportních mechanismů absorpce, difuze, sorpce 7

Trvanlivost betonu je ovlivněna množstvím, typem a rozměrem existujících pórů makropóry - kapilární dutiny průměru cca 50µm (500.10-10 m), jsou škodlivé z hlediska pevnosti a nepropustnosti, mikropóry - dutiny menší než 50µm, přispívají ke smršťování z vysychání a dotvarováním betonu 8

Porézní struktura betonu Beton - porézní materiál s prostorově nestejnorodou strukturou. Např. cementový tmel blízko kameniva (ve styčné tranzitní zóně), má rozdílnou strukturu než ostatní cementový tmel. Částice jemného a hrubého kameniva v betonu mají vlastní porézní systém, který může být zcela odlišný od pórového systému cementového tmelu. Vlastnosti betonu jsou ovlivněny celkovým obsahem pórů, jejich velikostí (množství malých a velkých pórů) a způsobem jejich rozdělení 9

Póry v betonu mohou se lišit tvarem, rozměrem a původem; mohou být: - póry v kamenivu - póry v hydratované cementové pastě - tmelu (hydrated cement paste HCP) - póry spojené se styčnou tranzitní zónou (interfacial transition zone ITZ) - kapilární dutiny vyplněné vodou - dutiny v důsledku nedokonalého zhutnění 10

AG zrno kameniva, CH portlandit Póry ve styčné tranzitní zóně podle Aitcin 11

Postup vytváření porézní struktury v hydratujícím cementovém tmelu (HCP) - hydratační proces: Voda mezi jednotlivými cementovými zrny přechází v nasycený roztok, ve kterém probíhá krystalizace a vytváří se tak pevné produkty hydratace (obr. a, b) Schematický diagram vývoje porézní struktury betonu v HCP a) čerstvý beton b) 7 dní podle M. Soutsos CD 12

Zbytkové nehydratované částice cementu mohou včase hydratovat, pokud se k nim dostane voda (obr. c d). Zjednodušeně lze říci, že krystalizací se vytváří zhydratovaná pasta (C-S-H gel) vápeno-silikátový hydrát (calcium silicate hydrate C-S-H). Schematický diagram vývoje porézní struktury betonu v HCP c) 28 dní d) 90 dní podle M. Soutsos CD 13

Zhydratovaná cementová pasta (hydrated cement paste - HCP) se vytváří, pokud cement působí s vodou. Při hydrataci se vytváří: vápenosilikátový hydrát (C-S-H), krystaly hydroxidu vápenatého (Ca(OH) 2 ), hlinitan síranovápenatý (etringit), malé zbytky nehydratovaného cementu a prostor vyplněný zbytky původní vody V HCP jsou tedy: (a) póry v gelu (b) kapilární póry (c) dutinové obalové póry (d) vzduchové dutiny 14

Při teplotě kolem 20 C je celistvá cementová matrice tvořena hydroxidem vápenatým (Ca(OH)2), vápenosilikátovým hydrátem (C-S-H) a etringitem. 15

Póry v H-S-C gelu rozměr ca 18.10-10 m, neovlivňují průsak vody, neboť jsou menší než 500.10-10 m, mohou však přispívat ke smršťování z vysušování a dotvarování betonu. Kapilární póry prostory nevyplněné pevnými látkami HCP. Jejich objem a velikost závisí na vzdálenosti nehydratovaných cementových částic včerstvém betonu a na stupni hydratace. Tyto póry mají velký význam z hlediska transportních procesů, ale malý význam z hlediska míry hydratace. Při dobré hydrataci na nízkém vodním součiniteli kapilární póry jsou 100 až 500.10-10 m, při vysokém vodním součiniteli v ranné době hydratace mohou dosahovat až 3000 až 5000.10-10 m. 16

Dutinové obalové póry uzavřené zřetelné póry, které se vytvářejí na okrajích původních cementových zrn; jejich rozměr je 1 až 15 µm. Při nízkém vodním součiniteli mohou být větší než kapilární póry cca o dva řády. Vzduchové dutiny vznikají při betonáži nebo při použití provzdušňovacích přísad. Kaverny mohou být větší než 3 mm, vzduchové dutiny 50 až 200 µm. Jsou značně větší než kapilární dutiny, hrají významnou roli z hlediska propustnosti betonu. Cementový tmel blízko kameniva, tj. ve styčné tranzitní zóně je pórovitější, proto jeho vlastnosti významně ovlivňují propustnost betonu. 17

Hlavní činitelé ovlivňující porézní strukturu betonu zahrnují vodní součinitel, stupeň hydratace, použití doplňujících cementových materiálů, přítomnost chemických přísad a podmínky ošetřování betonu. Pórovitost HCP a odtud i betonu velmi závisí na vodním součiniteli a stupni hydratace. Obecně, čím vyšší hodnota vodního součinitele při uvažovaném stupni hydratace, tím větší objem větších pórů v HCP. Dále druh použitého cementu a jeho stáří může mít vliv na porézní strukturu betonu. 18

První hydratační produkty shluky velkých krystalů v prostoru původně zaplněném vodou kolem cementových zrn- tyto hydráty označujeme jako vnější produkt (vznikají mimo hranic hydratujících cementových zrn) Hydratační produkty vznikající reakcemi v pevném stavu uvnitř hranic hydratujících cementových zrn - označujeme jako vnitřní produkt, který je málo krystalický, kompaktnější a má vyšší pevnost Ve zhydratované cementové pastě - lom obvykle přes vnější produkt, proto je žádoucí získat mikrostrukturu vnitřního produktu s omezenou tvorbou vnějšího produktu 19

Vnější produkt hydratace - podle Aitcin Vnitřní produkt hydratace - podle Aitcin 20

Pórovitost HCP ovlivňuje poměr mezi objemem vody, objemem silikátové fáze, která může hydratovat, a množstvím vzduchu zachyceného během míchání Féretův vztah: c = fc k c + w + a 2 kde je k konstanta závislá na druhu cementu, f 1 c k c, w, a objemy cementu, vody a vzduchu = w a 1+ + c c 2 = w 1+ c 1 c k Pro růst tlakové pevnosti je nezbytné snížit objem vzduchu, snížit vodní součinitel f 2 21

Při redukci vodního součinitele částice cementu jsou blíže k sobě, - výsledkem je snížení kapilární pórovitosti a menší prostor pro vývoj vnějšího produktu, vazby mezi zrny cementu se vyvinou rychleji 22

Použití dodatkových cementových materiálů, jako je létavý popílek, mletá vysokopecní struska, mikrosilika (křemičitanový úlet), metakaolin, zlepšují pórovitou strukturu betonu, neboť vytvářejí sekundární C-S-H. V případě mikrosiliky a metakaolinu, jemné přírodní částečky přispívají ke zjemnění pórů v betonu. Pórovitá struktura HCP se také mění při použití chemických přísad. Přidáním superplastifikátorů při konstantním vodním součiniteli může se zmenšit objem pórů v HCP. 23

Běžný beton Moderní beton Kamenivo a cementový tmel 24

Řádné ošetřování betonu je nutným předpokladem pro odpovídajícího chování betonových konstrukcí. Je nutné minimalizovat množství odpařující se záměsové vody. Nedostatek ošetřovací vody i po proběhlé hydrataci způsobuje vytvoření relativně velkých pórů ve výsledné mikrostruktuře. Při dostatku ošetřovací vody póry zůstanou vyplněné vodou. 25

Transportní procesy v betonu Trvanlivost betonu velmi závisí na možnosti pronikání látek (jako vlhkosti, kysličníku uhličitého, kyslíku, solí, vody). Formy pronikání mohou být: absorpce - kapilární nasávání látek do pórů v materiálu látka vyplní volné prostory 26

difuze pohyb volných molekul nebo iontů v pórovém systému vlivem koncentračního spádu; dochází k rozptylování částic ve volných prostorách materiálu; difuze může mít formu plynou (kysličník uhličitý karbonatace) nebo iontovou (chloridy koroze výztuže v betonu); penetrace látky vstupují a pronikají materiálem v důsledku jejich rozdílných tlaků u obou povrchů materiálu; např. pronikání tlakové vody betonem. 27

absorpce pronikání vlhkosti penetrace vody 28

Postup degradace výztuže Degradace betonu chemická, fyzikální, biologická Degradace výztuže - koroze 29

Modely porušování poškození počáteční propagační období období životnost přijatelná mez Počáteční období - překonání ochranné bariéry korozívními činiteli (karbonatace, penetrace chloridů, ukládání sulfátů) Propagační období - aktivní rozrušování výztuže zrychlující se v čase 30

Průběh degradace propagace koroze výztuže 31

Vliv požadované délky životnosti Tloušťka v cm 60 40 20 Betonová krycí vrstva: nominální hodnota 0,5 nominální hodnoty penetrace chloridy roky 2 5 10 15 25 50 100 Životnost - návrhová: 100 roků - skutečná: 15 roků 32

Koroze výztuže v trhlině Koroze je proces podmíněný elektrochemickými reakcemi Reakce vzniká při současném poklesu alkality prostředí a přístupu kyslíku Bez přístupu kyslíku se nemůže rozvinout korozní proces výztuže V úzkých trhlinkách se prostředí alkalizuje difuzí z přilehlého alkalického betonu nerozvine se korozní proces výztuže 33

Výztuž v betonu vystavenému tlaku vody: Beton s neprůběžnými úzkými trhlinkami vystavený tlaku nepříliš kyselé vody voda pronikne do trhlinek kde se alkalizuje z přilehlého betonu nerozvine se korozní proces výztuže Beton s průběžnými úzkými trhlinkami vystavený tlaku nepříliš kyselé vody z jedné strany, se utěsní po určité době, pokud se nemění tlak a rychlost proudící vody nerozvine se korozní proces výztuže 34

Vodonepropustný beton 35

Konstrukční návrh Materiály Provádění Prostředí Tvar Beton Odbornost Vlhkost Konstruování Výztuž Teplota Druh a rozdělení pórů Transportní mechanismus Degradace betonu Degradace výztuže Fyzikální Chemická a biol. Koroze Chování konstrukce 36

Děkuji za pozornost 37