Materiály s cementovým pojivem pro sanaci kanalizačních staveb Sewament System
Výzkum a vývoj v MAPEI MAPEI věnuje oblastem výzkumu a vývoje velkou pozornost. Schopnost samostatně provádět analýzy surovin i vlastních výrobků podle přísných mezinárodních norem ISO, CEN, ASTM nebo DIN a provádět jejich zkoušky je základním předpokladem pro vývoj moderních a kvalitních stavebních materiálů. Rastrový snímek částice popílku, pořízený elektronovým mikroskopem. Investice do výzkumu v milionech DEM MAPEI má celkem čtyři vlastní výzkumná centra, dvě v Itálii a po jednom v Kanadě a v USA. Jsou vybavena nejmodernějšími přístroji a spolupracují s univerzitami a instituty v různých oblastech vědeckého a průmyslového vývoje na celém světě. Každoročně investuje MAPEI do výzkumu a vývoje částku rovnající se asi 5% celkového obratu. 234 pracovníků, tedy 12% zaměstnanců se v roce 1999 věnovalo výzkumu 2
Úvod Centrální výzkumné a vývojové laboratoře MAPEI se zabývají již několik let chemickou odolností cementových maltových systémů. Těžiště aktivit se přitom soustředí na chování vůči degradujícím mechanismům, které jsou specifické pro odpadní vody. Cílem těchto snažení je využít produkty s cementovým pojivem ve větší míře než dosud pro sanaci čistíren odpadních vod a kanalizačních staveb. Proč cementové materiály? Přednosti cementových materiálů v oblasti kanalizace Snadné a běžné metody zpracování Ekologická a zdravotní nezávadnost Schopnost přetvoření přizpůsobená charakteristikám podkladu Zpracování možné na vlhkých podkladech Difuze par a plynů Nízké materiálové náklady Sanace staveb na odpadní vody se vyznačuje vysokou komplexností a vyžaduje proto značnou pozornost. Zejména sanační zásahy kanalizačních staveb probíhají sice ve stejnoměrném, ale chladném a velmi vlhkém klimatu. Zvláště pak podklady jsou prakticky téměř vždy vlhké. Stavby na odpadní vody poskytují pouze omezené prostory s často dlouhými dobami přepravy nářadí a materiálu. Prostorová uzavřenost a omezenost staveb navíc komplikuje záležitosti spojené s ochranou a bezpečností práce. Výběr vhodných sanačních materiálů závisí silně na popsaných okolních podmínkách, tedy nejen na výsledných vlastnostech výrobků samotných. Rovněž i v této oblasti stavebnictví je ekonomicky výhodná volba sanačních hmot velmi důležitá a sledovaná. Úspornost v materiálových nákladech je i zde mimořádně cenná. Z tohoto úhlu pohledu mají cementové materiály s ohledem na použité pojivo velmi dobrou pozici. Přirozeně je nutno respektovat reálné hranice vlastností této skupiny materiálů daných chemickou citlivostí použitého pojiva. Vývojové výsledky firmy MAPEI však jasně ukazují, že se dá chemická odolnost a tedy i trvanlivost materiálů pojených cementem ve srovnání s běžnými výrobky cílenými opařeními významně zvýšit. Zděný odvodňovací kanál se značným poškozením. Nesnadné podmínky pro sanaci - s denním světlem se zde nedá počítat. 3
Zkušební metody Materiály pojené cementem jsou v kanalizačních stavbách vystaveny řadě chemických činitelů. Nelze říci, že jsou absolutně odolné proti většině agresivních činitelů. Mají pouze více či méně vysokou odolnost proti chemické zátěži. Aby mohla posoudit chemickou odolnost nových výrobků pro oblast kanalizace, zaměřuje se firma MAPEI na velmi agresivní účinek škodlivin, k němuž může dojít ve veřejné kanalizační síti, na biogenní korozi způsobenou kyselinou sírovou, označovanou krátce BSK. V oblasti zkušebních metod působení kyseliny sírové jsou k dispozici značné zkušenosti zejména v Německu. Zařízení k simulaci biogenní koroze, způsobené kyselinou sírovou. Malta z portlandského cementu po inkubační době 358 dnů. Příkladem je především simulační zařízení pro biogenní korozi, způsobenou kyselinou sírovou používané na institutu pro mikrobiologii na Univerzitě v Hamburku. Toto zařízení, které se používá od začátku osmdesátých let, umožňuje dlouhodobou simulaci biogenního působení kyseliny sírové. Při zkouškách, které byly prováděny po dobu cca 1 roku, byly ověřované materiály uloženy v prostředí, v němž se na površích tvoří kultury tiobacilů, jejichž činnost potom vede ke vzniku a zátěži kyselinou sírovou. Množství agresivně působící kyseliny, rychlost jejího tvoření a její přeměna způsobená neutralizačními reakcemi na površích zkoušených 4 Simulace biogenní koroze způsobené kyselinou sírovou hmot, stejně jako ve skutečnosti, jsou určovány specifickým vzorcem vlastností zkoušené látky. Modifikací simulačního zařízení v roce 1994 mohl být zvýšen simulační účinek z původního faktoru 8 na faktor 16. Tyto údaje se vztahují ke srovnávacímu sledování za silně korozivních podmínek v kanalizačním systému města Hamburk. Pro čistě vývojovou činnost má výzkum v simulačním zařízení však nevýhodu, že sledování v délce cca 1 roku je velmi časově náročné.
Přímé uložení Aby se daly získat informace, které lze velmi rychle vyhodnotit, byla ve firmě MAPEI použita při vývoji cementových malt pro kanalizační oblast, metoda přímého uložení v kyselině sírové. I tato metoda, při níž je stavební hmota, která má být posuzována, vystavena přímo kyselině sírové, má v Německu dlouhou tradici. Oficiálně používaný zkušební program pro přímé uložení v kyselině sírové je ve Zkušební směrnici pro maltu ve stokových stavbách [1]. Podle této zkušební směrnice se hranoly z malty ukládají paralelně stanoveným způsobem do kyseliny sírové a do vody. Po ukončení procesu uložení se zjiš ují zbývající mechanické charakteristiky na zkušebních tělesech. Zkouška samotná je charakteru srovnávacího. Jako srovnávací zkušební těleso slouží speciální, velmi hutná malta, v níž byl použit jako pojivo cement s vysokou odolností proti síranům. Ze zkušebně technického hlediska představuje srovnávací malta velmi vysokou srovnávací úroveň. Ze zpracovatelsko-technického hlediska se však u této malty jedná o výrobek, který se jen velmi málo přibližuje běžné praxi. Ve zkušebním zařízení, které bylo vyvinuto pouze pro účely vývoje, a které funguje podle principu přímého uložení, byly ve zkušebních laboratořích firmy MAPEI provedeny četné zkoušky na řadě různých variant malty. S kapacitou, která umožňuje sledovat zároveň 8 druhů malt pomocí počítače, umožnilo toto zařízení vyvinout za méně než dva roky výrobky, které odpovídají přísným zkušebním požadavkům v Německu. [1] Vydání TIS duben 1997, strana 19 f. Současně může být uloženo osm vzorků malty. Zkušební zařízení v centrální laboratoři firmy MAPEI v Miláně. Počítačově řízená titrace umožňuje přesnou fixaci potřebné hodnoty ph. 5
Výsledky Po intenzivní vývojové práci ve výzkumných a vývojových laboratořích firmy MAPEI bylo na začátku roku 1999 testováno u výrobků SEWAMENT 10 a SEWAMENT 40 na Univerzitě v Hamburku podle Zkušební linie pro maltu ve stokových stavbách jejich chování vůči kyselině sírové. Výsledky, kterých bylo přitom dosaženo, jsou nanejvýš uspokojivé. Rychle tvrdnoucí správková malta SEWAMENT 40 dosáhla po uložení v kyselině sírové s hodnotou ph 0 zbytkové pevnosti v tlaku 82%. Tato hodnota představuje pro materiál pojený cementem velmi vysokou úroveň. Srovnávací malta měla při této zkoušce zbytkovou pevnost 56%. Co znamená zbytková pevnost v tlaku? Zbytková pevnost v tlaku je pevnost v tlaku kuželu po uložení v kyselině. Přitom se tlaková síla v okamžiku setkání vztahuje na průřez tělesa, který byl na začátku zkoušky, tj. 40 (40 mm 2 ). Tato metoda zajiš uje, aby všechna narušení a oslabení vyplývající z působení kyseliny byla beze zbytku zachycena v matrici cementového kamene. Srovnáním této hodnoty se skutečnou pevností v tlaku u kuželů, paralelně uložených ve vodě, získáváme zbytkovou pevnost v tlaku jako percentuelní hodnotu. SEWAMENT 10 po uložení v kyselině sírové, ph 0, podle směrnice platné pro stokové stavby. SEWAMENT 40 po uložení v kyselině sírové, ph 0, podle směrnice platné pro stokové stavby. Srovnávací malta uložená v kyselině sírové, ph 0, podle směrnice platné pro stokové stavby. SEWAMENT 10, správková malta s běžnou dobou tuhnutí, byla dokonce jedním z prvních výrobků, který splňoval požadavky uložení při ph 0 a ph 1. Zprávy o zkouškách SEWAMENTU 10 a SEWAMENTU 40 na Univerzitě v Hamburku. 6
Srovnávací zkouška v simulačním zařízení Aby se daly velmi dobré výsledky z přímého uložení v kyselině sírové lépe přenést do praxe, začalo se paralelně s touto zkouškou i se zkouškou v simulačním zařízení. Aby se zjistil vztah k výsledkům zkoušky srovnatelných výrobků na německém trhu, které byly téměř bez výjimky zkoušeny před přestavbou simulačního zařízení, byla tato zkouška provedena rovněž jako srovnávací zkouška. Vedle již úspěšně zkoušených výrobků SEWAMENT 10 a SEWAMENT 40 v přímém uložení byly kromě toho brány v úvahu srovnávací malta ze směrnice o stokových stavbách a malta konkurenční výroby z německého trhu, již dříve zkoušená. Zkušební program byl doplněn další správkovou maltou z programu MAPEI. Jedná se o SEWAMENT 100, dvousložkovou cementovou správkovou maltu, jejíž zvláštností je příznivý poměr mezi modulem pružnosti a pevností v tahu za ohybu. Při interních předběžných zkouškách v rámci prací na vývoji vhodných malt pro oblast kanalizace prokázal tento výrobek rovněž dobré chování vůči kyselině sírové. Toto speciální složení - 3 výrobky, speciálně zaměřené na působení kyseliny sírové, které mají navíc materiál osvědčený v praxi a srovnávací maltu podle směrnice o stokových stavbách - Materiál konkurence, který se používá ve srovnávacích zkouškách, se používá již po několik let na německém trhu. Při dřívější zkoušce, která byla prováděna před uvedenou modifikací simulačního zařízení, byl tento materiál označen celkovým výsledkem dobře osvědčený. tvoří skutečně velmi zajímavý zkušební program. Výsledky srovnávacích zkoušek ve skříni se škodlivými plyny (stav v listopadu 1999) Ztráta hmotnosti Inkubační doba 7
Zvláštní případy sanace Ne každý technický problém týkající se sanace, který se může vyskytnout v kanalizačních zařízeních, lze řešit nanesením malty. Zajímavým řešením v těchto zvláštních případech je použití keramických materiálů. Keramika v oblasti kanalizačních staveb Přednosti keramických materiálů v souvislosti s technickými požadavky na oblast kanalizace Vysoká mechanická odolnost Vysoká odolnost proti chemickým vlivům Nízké náklady na čištění Keramika není v oblasti kanalizačních staveb ničím neobvyklým. Vysoký podíl kameninových potrubí v německé veřejné kanalizační síti (v bývalém západním Německu je to mezi 45% a 50%) a použití keramických materiálů při tvorbě spodních částí v odpadních stokách to potvrzují. Spektrum vlastností keramických výrobků velmi dobře odpovídá požadavkům, které jsou v kanalizačních stavbách kladeny na stavební materiály. Vedle odolnosti proti chemickým a mechanickým vlivům se keramické povrchy v oblasti kanalizace vyznačují Dno zděného kanálu na odpadní vodu dodatečně vyložené keramikou. zvláště malými náklady na čištění a příznivými hydraulickými parametry. Přednosti keramických materiálů se dají využít samozřejmě také při sanaci poškození v kanalizační oblasti. Aby byly splněny nároky na trvanlivost, jsou sanační řešení s keramickými materiály samozřejmě závislá na kvalitě lepicích a spárovacích hmot. Význam spárovací hmoty je přitom dán její exponovanou polohou v obkladu a bezprostředním stykem s vodním prostředím. Lepicí malta je naopak neustále chráněna keramickou vrstvou před přímými vlivy kanalizace. Protože však nelze zabránit netěsnostem v keramice, vzniklých bu nedokonalostí při montáži nebo následnými vlivy (různá sedání stavebních těles, poškození čisticí plochy ), má velký význam pro lepicí maltu i aspekt trvanlivosti. Závisí na něm i to, zda částečné defekty zůstanou místně omezeny nebo zda se v průběhu doby rozšíří a způsobí velkoplošné poškození. 8
Jak se provádějí zkoušky? V Německu ani v ČR neexistují v současnosti ještě žádné oficiální zkušební metody pro určování odolnosti proti chemikáliím u lepicích a spárovacích hmot pojených cementem v podmínkách specifických pro kanalizační oblasti. Aby bylo možné dokumentovat kvalitu inovací výrobků pro tuto speciální oblast, provedla MAPEI, společně s firmou Säurefliesner Vereinigung e. V. Grossburgwedel, speciální zkoušku. Základem této zkoušky byla již zmíněná Zkušební směrnice pro maltu u stokových staveb. Oproti stanovení hodnoty zbytkové pevnosti v tlaku popisovanému v této zkušební směrnici, byla zavedena navíc pevnost v tahu jako posuzovací kritérium pro lepicí tmely. Různé kameninové stavební prvky lepené zkoušenými materiály byly uloženy na různých zkušebních podkladech a za různých okrajových podmínek. Zjištění hodnot přídržnosti. Aby mohly být simulovány účinky, které ve skutečnosti vznikají v důsledku defektů v keramickém obkladu, byly keramické dlažby a obklady částečně zkoušeny s otevřenými spárami. K lepšímu vyhodnocení zkušebních výsledků byly použity dva systémy pokládky (lepicí tmel a spárovací tmel) jako srovnávací materiály pro zkoušky. Jednak šlo o běžný systém pokládky, jehož kvalita byla kontrolována podle požadavků EN 12004 (návrh). Další srovnávací systém byl vytvořen dvěma konkurenčními výrobky, které se již po řadu let používají úspěšně v Německu při stavbě kanalizace. Zajímavé výsledky zkoušek byly shrnuty v rozsáhlé zprávě, kterou vypracoval Säurefliesner Vereinigung e. V. Grossburgwedel. Příprava zkušebních těles. Uložení v kyselé lázni. Diskuse o výsledcích (zleva): Vittorio Riunno, Vedoucí laboratoře Mapei; Walter Mauer, Vedoucí aplikační techniky Mapei GmbH; Hansjürgen Kaufhold, Säurefliesner Vereinigung e.v. 9
Příklady použití cementových materiálů v kanalizační oblasti Dodatečné spárování vyzděných průřezů. Těsnicí hmota jako tenký ochranný nátěr. Lepicí hmoty pro keramické prvky. 10
Výrobky MAPEI pro použití v oblasti kanalizace MAPEFER SEWAMENT 1 SEWAMENT 2 SEWAMENT 10 Dvousložkový ochranný antikorozní nátěr s cementovým pojivem. Malta pro kladení keramických dlažeb, obkladů a desek. Spár. malta pro keramické dlažby a obklady. Pomalu tvrdnoucí správková malta. SEWAMENT 3 Adhezní můstek pro SEWAMENT 10. PRIMER SEWAMENT 40 SEWAMENT 100 MAPEGROUT T60 LAMPOSILEX KERAPOXY Rychle tvrdnoucí správková malta. Dvousložková cementová správková malta. Správková malta s cementem odolným proti síranům. Cementová těsnicí malta k rychlým opravám i pod vodou. Dvousložková epoxidová spárovací hmota pro dlažby a obklady. 11
MAPEI QUALITY SYSTEM MAPEI QUALITY SYSTEM ISO 9001 CERTIFIED ISO 9002 CERTIFIED CERTIQUALITY No. 250/2 CERTIQUALITY No. 00 0083 SJ MAPEI-S.p.A.-ITALY MAPEI-CZECH REPUBLIC MAPEI s.r.o. 772 00 OLOMOUC, Smetanova 192 tel.: 585 224 580, fax: 585 227 209 MAPEI s.r.o. 158 00 PRAHA 5 Jinonice, Pod vodovodem 4/519 tel.: 251 619 817, fax: 251 081 919 Internet: http://www. mapei.cz E-mail: info@mapei.cz