Beton, ačkoliv je klasifikován jako nehořlavý stavební materiál, při působení vysokých teplot výrazně mění své vlastnosti a dochází až k jeho destrukci. Vliv účinku vysokých teplot na beton je velice aktuální téma, u něhož se však setkáváme s relativním nedostatkem dat a informací. Každá stavební konstrukce by měla být navržena s ohledem na bezpečnost použití tak, aby po určitou dobu zabránila šíření požáru a byla schopna odolávat vysokým teplotám, které během požáru vznikají.
Chování betonu při vysokých teplotách a vznik poškození
Při působení vysokých teplot dochází u betonových konstrukcí ke změnám fyzikálně-mechanických vlastností a k rozkladu hydratačních produktů, změnám podléhá i kamenivo a rozptýlená výztuž. Nejprve dochází k odpařování fyzikálně vázané vody. Rychlost odpařování vody ovlivňuje druh a technologické provedení betonu. Přesáhne-li teplota betonu 200 °C, cement začne dehydratovat. Z jeho struktury se uvolňuje voda, která nemá kam uniknout. Prudká expanze páry způsobuje odprýsknutí horní vrstvy betonu. Už při teplotách 200 až 250 °C dochází k výrazné degradaci betonu. To vede ke snížení pevnosti betonu.
Přesáhne-li teplota požáru 1000 °C, může beton vybuchnout. Došlo k tomu například při požáru Gotthardského silničního tunelu v roce 2001 a Montblanského silničního tunelu v roce 1999. Vědci ze švýcarského Federálního ústavu pro zkoušení a výzkum materiálů (EMPA) začali tento problém studovat. Přesné informace o pohybu vody v zahřívaném betonu přinesla neutronová tomografie, která ukázala, že uvolněná voda prosakuje z teplejší do chladnější oblasti, tedy od požáru.
Při teplotách 400-500 °C se uvolňuje z betonu část chemicky vázané vody, kdy dochází k rozkladu portlanditu Ca(OH)2 na oxid vápenatý CO2 a vodu H2O. Při teplotě 573 °C dochází k fázové přeměně křemene, při teplotě 840 °C dochází k rozkladu dolomitického vápence a při teplotě 930 °C probíhá rozklad CaCO3.
K hlavním škodám způsobeným ohněm v betonových konstrukcích patří porušení pevnosti betonu, jeho praskání, odlupování, změna barvy a deformace prvků. Z těchto škod podstatného významu nabývá snížení pevnosti betonu spojené s jeho následným praskáním.
Čtěte také: Složení betonu
Diagnostika poškozeného betonu
Ačkoliv vyčíslit přesné změny pevnosti betonu po požáru je nereálné, lze do jisté míry stanovit jeho poškození na základě měření rychlosti ultrazvuku. Tím, že oheň strukturálně mění vnější vrstvu betonu, jádro betonu má ve srovnání se zasaženou vnější vrstvou značně nižší teplotu. V mnoha případech si jádro betonu ponechává svou původní pevnost a je žádoucí, aby byla posuzována jen určitá tloušťka povrchu betonu, na který působí oheň.
Největším významem šíření vln je rozlišení zbytkové pevnosti v jádře betonu a tloušťky poškozené betonové vrstvy na vnější straně průřezu. Ačkoliv se rychlost vlnění při teplotě 300 °C mění asi o 15 %, nedochází ke změně pevnosti betonu. Proto není nutné považovat za méně hodnotný beton v té části konstrukce, kde rychlost vlnění je rovna 0,85 vc.
V dynamicky zatížených konstrukcích je účelné opravit beton až do hloubky, kde je dosaženo alespoň rychlosti vlnění 0,95 vc. Hlavním úkolem v uvedené metodě je měření teploty během požáru. Z rentgenové difrakční analýzy je možné identifikovat krystalické látky ve vzorku a určit tak hloubku poškození. Rentgenovým tomografem je možné vidět trojrozměrnou vnitřní strukturu daného materiálu.
Příčiny vzniku trhlin v betonu
Beton se smršťuje během procesu vytvrzování. Kromě toho, během hydraulické reakce betonu vzniká teplo. Oba faktory mohou, speciálně na dlouhých konstrukčních dílcích, vést k silnému vnitřnímu napětí a ke vzniku trhlin. Zabránit vzniku trhlin obvykle pomáhají expanzní spáry. Pokud expanzní spáry neexistují nebo pokud nejsou plně funkční, vzniká napětí v konstrukčních dílcích.
Napětí způsobené pohyby země vzniká v důsledku zemětřesení, usazováním budovy, zvyšováním nebo snižováním hladiny podzemní vody, vlivem nových staveb v blízkém okolí. Z důvodu těchto pohybů se mohou vyskytnout změny během přenosu zátěže z budovy skrze základy stavby do podpůrného základu. Tepelné působení, např. vystavení slunečnímu záření, může ohřát konstrukční dílec. Když je stavební materiál zahřátý, expanduje. Když se následně ochladí, znovu se smrští. Nejčastější trhliny jsou tudíž tažné trhliny a kompresivně tažné trhliny.
Čtěte také: Betonová dlažba Brož
Trhliny na budovách nebo dalších zdech vedou k tomu, že se budova zdá stará nebo dokonce zchátralá. Pokud skrz trhliny proniká vlhkost, např. v suterénu, může dojít k poškození funkčnosti budovy. Toto se často stává u velkých betonových staveb, jako jsou tunely nebo parkovací budovy, zvláště pokud tam není dostatek expanzních spojů. Pokud tam jsou aktivní průsaky, musí být zastaveny prioritně.
Ošetřování čerstvého betonu
Na čerstvý beton uložený do konstrukce působí negativně vlivy prostředí, jakými jsou sluneční svit, vítr, déšť, často i mráz. Především je třeba zabránit vysoušení povrchu betonu, např. vlivem vysokých teplot nebo větru, dále vyplavování cementu z povrchu betonu při silném dešti a promrznutí konstrukce při teplotách nižších než 0 °C.
Vysoušení betonu lze snadno bránit zakrytím fólií. Další možností je vodní mlžení nebo vlhčení přes geotextílii. Geotextílii nebo koberec nikdy nepokládejte na povrch betonu suché. Došlo by k okamžitému odsátí vody z povrchu betonu, a tím následně k sprašování jeho povrchu. Další možností je použít ošetřovací nástřik nepropouštějící vodu. Při vodním mlžení nebo vlhčení musí teplota vody odpovídat teplotě povrchu betonu. Příliš studená voda vyvolá teplotní šok a v betonu mohou vzniknout trhliny.
Bránit promrznutí betonu lze několika způsoby, na straně výrobce například ohřevem záměsové vody, kameniva a použitím betonů s vyšším vývinem hydratačního tepla, na stavbě pak zakrytím konstrukce nebo zaplachtováním části konstrukce a foukáním horkého vzduchu pod plachty. Využít lze i elektroohřev betonu uloženého v bednění. Zahřívání betonu je však finančně nákladné.
Délka ošetřování závisí na počasí, použitém betonu, tvaru a velikosti betonového prvku. Odvozuje se od požadavku na dosažení určité úrovně minimální pevnosti betonu. Pro podkladní betony a nekonstrukční betony postačí délka ošetřování 12 hodin. Pro betony konstrukční je dle náročnosti konstrukce počítat s ošetřováním po dobu několika dní i týdnů. Běžná doba ošetřování je přibližně jeden týden, což platí zejména pro jarní a podzimní měsíce. V zimním období, především u stropních desek, se beton ošetřuje až několikanásobně déle. V parných letních dnech není nutné prodlužovat dobu ošetřování, ale je nutné jej včas zahájit a zintenzivnit.
Čtěte také: Půjčovna pil na beton – vyplatí se?
Sanace betonových konstrukcí po požáru
Na základě využití komplexu fyzikálně-mechanických a chemických metod při diagnostice konstrukcí zasažených nahodilým tepelným šokem je jedním z nezbytných kroků pro adekvátní sanační zásah.
Oprava trhlin injektáží
Při ohledávání stavby je velmi nezbytné zvážit důvody, které vedly ke tvorbě trhlin a co se má jejich injektáží docílit. Trhliny, které ovlivňují stabilitu budovy, jsou často situované v konstrukčních dílech. Musí být opraveny, aby se obnovil přenos síly uvnitř konstrukčního dílce. Pro tento účel je trhlina naplněna pryskyřicí v celém jejím příčném profilu. Po úplném vytvrzení pryskyřice znovu spojí konce trhliny.
Injektážní techniky mohou být také někdy použity na opětovné přilepení cementového potěru/vyrovnávacího betonu a omítek k povrchu betonu, i když tato technika vyžaduje vysokou úroveň zkušeností. Proces zahrnuje použití nízkoviskózní pryskyřice s dlouhou dobou zpracovatelnosti, pryskyřice se zde chová jako klín.
Pokud jsou trhliny jenom menší defekty, jsou opravy prováděny právě kvůli estetickému vzhledu budovy. Menší defekty mohou být opraveny jednoduše. Utěsněním trhlin, které propouštějí vlhkost nebo vodu, injektáží, dojde k zastavení přístupu vody do budovy.
Při opravě vodonosných trhlin musí být nejdříve zastavena voda. Poté musí být trhlina utěsněna permanentně. Pokud je proud vody velmi silný, musí být použita pro injektáž jako první rychle expandující pěna (PurInjekt Stop) a hned potom pryskyřice vytvářející pevné utěsnění (PurInjekt Flex). Ve všech ostatních případech může být použita nová procedura, která je popsána níže. Na stavbě není jednoduché určit, jestli je trhlina vodonosná či nikoliv. To způsobuje obtíže při volbě injektážního materiálu. A tak je ideální mít injektážní pryskyřici, která vytváří pěnu v těch částech, kde je v trhlinách voda a pryskyřici s tuhou látkou pro ty části trhlin, kde voda není.
PurInjekt SF je polyuretanová pryskyřice reagující s vodou. Když se materiál dostane do kontaktu s vodou, zreaguje a vytváří vysoce elastickou pěnu. V suchých podmínkách materiál vytváří elastickou pevnou pryskyřici. PurInjekt SF spojuje dva efekty v jednom produktu. V první etapě se vytváří pěna v prasklině, čímž dochází k zastavení průtoku vody. Pěna vzniká reakcí pryskyřice a vody a díky styku s vodou dochází k velké expanzi objemu. Ve druhé etapě je injektován stejným pakrem ten samý materiál. Nyní, když v trhlině není žádná voda, pryskyřice vytváří pevné utěsnění. PurInjekt SF zůstává elastický po reakci a je tak schopný sledovat pohyb trhliny. V případě suchých nebo vlhkých trhlin, je aplikován PurInjekt SF, PurInjekt Flex používající jednokrokovou injektáž.
Typy injektážních pryskyřic
- ResiInjekt E1: Nízkoviskózní epoxidová injektážní pryskyřice pro trhliny od 0,5 mm do 10 mm v minerálních podkladech. Trvale utěsňuje a dokonale přilne.
- ResiInjekt E1 LV: Nízkoviskózní epoxidová injektážní pryskyřice pro trhliny od 0,1 mm do 3 mm v minerálních podkladech. Trvale utěsňuje a dokonale přilne.
- ResiInjekt TE: Tixotropní epoxidová injektážní pryskyřice pro trhliny od 0,5 mm do 20 mm v minerálních podkladech. Zajišťuje, že pryskyřice nevytéká z ošetřených trhlin.
- ResiInjekt P1: Nízkoviskózní polyesterová injektážní pryskyřice pro trhliny od 0,1 mm do 3 mm. Trvale utěsňuje a strukturálně přilne k podkladům.
- PurInjekt Stop: Bezrozpouštědlová polyuretanová elastomerní pryskyřice pro zastavení vodních průsaků nebo aktivních výronů vody. Rychle reaguje s vodou a vytváří stabilní PUR pěnu.
- ResiBond HF Injekt: Tekutý expanzivní cement s regulovaným smršťováním a jemnými křemičitany. S vodou vytváří vysoce elastickou těsnicí pěnu; v suchých podmínkách funguje jako 2K polyuretanová injektáž.
Důležité faktory pro volbu injektážního materiálu
- Viskozita: Nízká viskozita je nutná pro vyplnění úzkých trhlin.
- Elasticky nebo nepružně reagující materiál: Pro pohyblivé trhliny je požadovaný elastický nebo flexibilní injektážní materiál k trvalé voděodolnosti.
- Napěňující a pevná pryskyřice: Pěna se používá k zastavení aktivních průsaků, pevná pryskyřice pro permanentní utěsnění trhlin.
- Reakční čas: Krátký reakční čas materiálu je nutný při utěsňování trhlin s aktivními průsaky.
- Doba zpracovatelnosti: Je ovlivněna okolní teplotou a množstvím materiálu zamíchaného najednou.
- Startovací a expanzní čas: Rozhodující pro voděodolnost, zejména u silných průsaků.
Injektážní pakry a pumpy
Injektážní pakry by měly nabízet možnost snadné instalace a odstranění. Vrtání otvorů je nejvíce časově náročný krok u injektáže trhlin. Pro nízkotlakové injektáže jsou vhodné plastové pakry, které jsou levné a rychlé na montáž. U vysokotlaké injektáže by měly být použity vysoce kvalitní kovové pakry. Tlaková injektáž trhlin je prováděna pod velmi vysokým tlakem, někdy více jak 100 bar. Nezabezpečené pakry se mohou uvolnit a mohou být vytržené z vyvrtaného otvoru jako střela.
Pro injektování se používají různé pumpy:
- IP IC-50-P: Malá elektrická pístová pumpa pro jednosložkové polyuretanové pryskyřice.
- IP IC-110-E: Malá elektrická membránová pumpa pro jednosložkové polyuretanové pryskyřice.
- IP IC-210-E: Středně silná elektrická membránová pumpa pro jednosložkové polyuretanové pryskyřice.
- Ruční pumpa IP IC-100-H: Ručně poháněná pumpa pro jednosložkové epoxidové pryskyřice s nízkou až střední viskozitou, ideální pro drobné práce do 100 barů.
Příklad sanace průmyslové podlahy po požáru
Byl proveden stavebně technický průzkum poškozené podlahy, návrh sanace a byly realizovány sanační práce. Využití komplexu fyzikálně-mechanických a chemických metod při diagnostice konstrukcí zasažených nahodilým tepelným šokem je jedním z nezbytných kroků pro adekvátní sanační zásah. Konkrétně lze poukázat na výhodu využití rentgenového tomografu. Rentgenovým tomografem je možné vidět trojrozměrnou vnitřní strukturu daného materiálu.
Po uhašení požáru bylo provedeno statické prozkoumání, kdy bylo zjištěno, že okolní části objektu nejsou narušeny. Během odstraňování trosek bylo zjištěno, že povrch nové betonové podlahy v části „expedice“ je sice místy odprýskaný, ale jinak neporušený např. „divokými“ prasklinami, což naznačovalo, že povrch nebyl dlouhodobě vystaven vysokým teplotám díky rychlému zásahu hasičských jednotek. Ve výrobní části však musely být teploty mnohem vyšší, protože byla zaznamenána fragmentace betonové desky a odprýskání horní vrstvy betonu bylo mnohem větší, až do hloubky cca 50 mm.
Z testů provedených na 3 vzorcích odebraných z místa měření vyplynulo, že v hloubce 20 mm již vzorky odpovídaly svým mineralogickým složením klasickému betonu, z toho lze vyčíst, že povrch byl vystaven vysokým teplotám, ale ne po delší časový interval.
Na základě výsledků stavebně-technického průzkumu byla provedena volba technologie pro odstranění degradovaného betonu a byl navržen způsob opravy betonové podlahy. Bylo rozhodnuto, že se celoplošně odfrézuje 20 mm vrstva narušeného betonu pomocí silniční frézy, s tím že lokálně bude sanace provedena hlouběji dle potřeby a stavu betonu. Následně bylo vybráno, že novou finální vrstvu bude tvořit epoxidová stěrka s posypem křemičitým pískem v odstínu RAL 7001.
Nejprve byla provedena reprofilace řezaných dilatačních spár, u nichž muselo být provedeno hloubkové vyfrézování, protože byly zašpiněny vlivem spálení původního krycího PVC provazce. Dále byla provedena dvojitá penetrace odfrézované vrstvy s přesypem křemičitým pískem, na tu byla následně provedena vyrovnávací vrstva z plastbetonu. Po zatvrdnutí byly opětovně proříznuty dilatační spáry, které byly následně přetmeleny polyuretanovým tmelem.
Provedená sanace byla úspěšná a hala je v současné době užívána pro provoz galvanovny.
| Typ poškození | Projev poškození | Příčina | Doporučená diagnostika |
|---|---|---|---|
| Tepelné poškození | Snížení pevnosti, praskání, odlupování, změna barvy, deformace | Vysoké teploty (200 °C a více), dehydratace cementu, expanze vody | Měření rychlosti ultrazvuku, rentgenová difrakční analýza, rentgenová tomografie |
| Trhliny způsobené smršťováním | Vlásečnicové trhliny, širší trhliny | Smršťování betonu během vytvrzování, exotermická reakce hydratace | Vizuální kontrola, značení sádrovými značkami |
| Trhliny způsobené pohyby země | Různé typy trhlin, změny v přenosu zatížení | Zemětřesení, usazování budovy, změny hladiny podzemní vody, vliv nových staveb | Geotechnický průzkum, monitoring pohybu konstrukcí |
| Trhliny způsobené zatížením | Tažné a kompresivně tažné trhliny | Mechanické zatížení (doprava, vítr, vlastní váha) | Statické posouzení, ultrazvuková diagnostika |
| Vodonosné trhliny | Pronikání vlhkosti nebo vody do konstrukce | Nedostatečné utěsnění, chybějící expanzní spáry | Vizuální kontrola průsaků, vlhkostní měření |
tags: #beton #horici #smula #informace