Důvody ničení betonu

Betonové a železobetonové konstrukce jsou během provozu neustále vystaveny destrukci. Důvody jsou různé: chemické a fyzikální vlivy prostředí, vysoká provozní zátěž, nízká kvalita použitého betonu, nepřesnosti v provedení, chyby při pokládce betonové směsi atd.

Obecně lze příčiny destrukce betonu rozdělit do 4 velkých skupin:

1. CHEMICKÉ
Jsou důsledkem interakce složek betonové směsi mezi sebou nebo s prostředím

• Karbonizace
• Vyluhování
• Agresivní účinky síranů
• Agresivní účinky chloridů
• Interakce cementových zásad s kamenivem

2. FYZICKÉ
Jsou důsledkem vystavení teplotám nebo podmínkám tvrdnutí betonu.

• Cykly zmrazování/rozmrazování
• Vystavení vysokým teplotám
• Smrštění a praskání

3. MECHANICKÁ
Jsou důsledkem vnějších vlivů

• Oděr
• Dopad
• Eroze nebo kavitace.

4. VADY NOVOSTAVBY
Souvisí s chybami během výrobního procesu

• Příprava betonové směsi
• Zařízení vyztužující klec
• Pokládka a péče o povrch atd.

Dále podrobně rozebereme příčiny destrukce betonu a uvedeme typické příklady a řešení.

CHEMICKÉ PŘÍČINY POŠKOZENÍ BETONU

Karbonizace

Proces karbonizace betonu nastává v důsledku pronikání oxidu uhličitého (CO2) do tělesa betonové konstrukce za vzniku uhličitanu vápenatého (CaCO3), který následně snižuje ochranné vlastnosti betonu.

Ochranné vlastnosti betonu se měří pomocí pH. pH zdravého betonu přesahuje 13 jednotek.

Za těchto podmínek se na výztužných prutech objeví pasivační ochranný film oxidu železa (FeO), který je izoluje od negativních vnějších vlivů a zabraňuje vzniku koroze. V důsledku procesu karbonizace se pH betonu snižuje.

Když hladina pH betonu klesne pod 11, pasivační ochranný film kolem výztuže se neutralizuje a ocelová výztuž je vystavena působení kyslíku a vlhkosti.

Následně začne koroze výztuže postupovat a beton obklopující výztuž se odlupuje, což zase otevírá nové přístupové cesty pro destruktivní účinky kyslíku a vlhkosti.

Důsledkem karbonizace je postupná destrukce betonové struktury doprovázená korozními procesy výztužných prutů.

Aby bylo zajištěno, že destrukce betonu je způsobena tvorbou uhličitanů, používá se technika založená na změně barvy vzorku betonu po speciální úpravě. Vzorek betonu je ošetřen 1% roztokem fenolftaleinu v ethylalkoholu (norma UNI EN 13295:2005). Takto upravený povrch zdravého betonu zčervená. Povrch karbonizovaného betonu po ošetření nemění barvu.

Vyluhování

Beton je také náchylný k vyluhování. Vyluhování je proces eroze cementového kamene pod vlivem vody.

Při analýze vyluhování betonu nelze použít metody jako chemická analýza, termická analýza a techniky založené na rentgenové difrakci. Látkou, která se získává při tomto typu procesu ničení, je hydrogenuhličitan vápenatý, který je vysoce rozpustný ve vodě. Smytý z povrchu nezanechává žádné stopy pro podrobnou analýzu. Dalším důvodem, proč výše uvedené zkoušky nejsou vhodné, je skutečnost, že v první fázi tvorby hydrogenuhličitanu se objevuje uhličitan vápenatý, který je přítomen ve většině typů betonů, proto je nutné zjistit, zda je součástí těchto materiálů, nebo tvoří kvůli agresivním účinkům oxidu uhličitého není možné.

Jedinou metodou pro zjištění vyluhování betonu je pečlivá vizuální kontrola povrchu. Povrch betonu vystavený vyluhování bude vykazovat velké plochy kameniva, které nejsou vázány cementovou pastou.

Agresivní účinky síranů

Nejběžnější rozpustné sírany nacházející se v půdě, vodě a průmyslových odpadních vodách jsou vápenaté a sodné soli.

Lze zmínit i sírany hořečnaté, ale ty jsou méně časté, i když jsou nejničivější.

Sírany jsou přítomny ve vodě a půdě a lze je také nalézt přímo v kamenivu, kde jsou kontaminanty. Sírany v půdě nebo vodě přicházejí do kontaktu se strukturou, jejich ionty pronikají spolu s vlhkostí do cementového kamene betonu (hlavní transportní mechanismus), reagují s hydroxidem vápenatým, čímž vzniká sádrovec.

Následně reaguje s hydroalumináty vápenatými za vzniku sekundárního ettringitu, který vede k objemování, delaminaci, bobtnání, praskání a lomu.

Aby se zajistilo, že poškození betonu je způsobeno sírany, je nutná chemická analýza ke stanovení úrovně jejich přítomnosti. V běžném betonu obsah síranů vápenatých nepřesahuje 0,4-0,6%.

Agresivní účinky chloridů

K expozici chloridům dochází při vystavení vysokým hladinám chloridů, jako je mořská voda nebo rozmrazovací soli, nebo když se při výrobě betonu používají kontaminované suroviny.

Pokud chlór pronikne do betonu a dostane se až k výztužným prutům, odstraní z nich pasivační ochranný film oxidů železa.

Ke korozi dochází v důsledku pronikání chloridů do konstrukce, odstraňování ochranného pasivačního filmu z výztuže, v kombinaci s působením vlhkosti obsahující kyslík.

Pokud je například konstrukce zcela ponořena do mořské vody, bude obsah chlóru vyšší. Póry betonu však budou zcela nasyceny vodou, čímž se zabrání pronikání kyslíku. Koroze výztuže v tomto případě nemusí nastat vůbec nebo být pozorována v malém rozsahu.

Pokud však vezmeme v úvahu jinou strukturu ponořenou do mořské vody s oblastí vystavenou volnému vzduchu a vystavenou mořské vodě, bude oblastí nejnáchylnější k selhání oblast, kde se sprej usadí. Soli používané na silnicích v zimě jako odmrazovací prostředky pronikají během tání a deště do betonových konstrukcí a způsobují korozi a destrukci. Jakmile tento proces začne, ať už se konstrukce nachází kdekoli, koroze bude pokračovat ve zvýšené míře, protože jsou vytvořeny snadné přístupové cesty pro pronikání korozivních látek.

Koncentrace chloridů potřebná k udržení koroze výztužných tyčí je přímo úměrná pH betonu. Čím vyšší je alkalita, tím vyšší je koncentrace chloridů potřebná k zahájení procesu koroze. Tímto způsobem je tento proces destrukce betonu podobný procesům vznikajícím v důsledku karbonizace.

Interakce cementových zásad s kamenivem

V důsledku interakce cementových alkálií s kamenivem může dojít k výrazné destrukci betonových konstrukcí. Některé typy kameniva, jako jsou ty obsahující reaktivní oxid křemičitý, reagují se dvěma alkáliemi nacházejícími se v cementu, draselnými a sodnými solemi nebo solemi těchto kovů, které pocházejí zvenčí ve formě chloridu sodného (protinámrazové prostředky, mořská voda) .

Interakce cementových alkálií s betonovým kamenivem je pomalý heterogenní proces, protože je spojen se složením kameniva obsahujícího amorfní oxid křemičitý. V důsledku reakce za takových podmínek vznikají křemičitany sodné a hydratovaný draslík, které jsou extrémně objemné. Reakce cementových alkálií s kamenivem betonu se projevuje v ochranné vrstvě betonu. V tomto případě se na povrchu objevují mikro- a makrotrhliny nebo dokonce malé části betonu začnou erodovat v oblastech, kde kamenivo obsahuje reaktivní oxid křemičitý (fenomén bobtnání). Tento jev je pozorován zejména na podlahách průmyslových budov.

FYZIKÁLNÍ PŘÍČINY DESTRUKCE BETONU

Cykly zmrazování/rozmrazování

Negativní účinky ledu se projeví až tehdy, když voda v kapalné fázi pronikne do betonu. To neznamená, že beton musí být zcela suchý, pouze by hladina vlhkosti neměla překročit určitou hodnotu nazývanou „kritické nasycení“. Jde o to, že množství vody v pórech by mělo být menší než tato hodnota. Po roztažení, když se změní na led, by měl zůstat v dutinách a nevytvářet napětí. Pokud však voda zaplní nebo téměř vyplní celý objem pórů a poté zmrzne, led začne lámat beton a vytvářet vnitřní tlak.

Pro omezení negativních důsledků nízkých teplot je nutné přijmout opatření ke snížení kapilární mikroporéznosti a stimulaci makroporéznosti (tak, aby velikosti dutin byly 100-300 mikronů). K tomu se při přípravě betonu používají provzdušňovací přísady, které udržují poměr mezi vodou a cementem na nízké úrovni, a mrazuvzdorné kamenivo.

Vystavení vysokým teplotám

Vliv vysokých teplot na beton je destruktivní. Výztužné tyče odolávají teplotám až 500 ° C a beton – až 650 ° C. Role betonu obklopujícího výztužné pruty je v tomto případě zásadní – zpomaluje šíření tepla. Čím je beton tlustší, tím déle trvá zahřátí na teplotu 500 °C, při které výztužné pruty ztrácí pevnost.

Oheň může způsobit mnoho druhů poškození betonu, a to ve velmi vážném měřítku.

• I když jsou výztužné pruty chráněny betonem, při zahřívání zvětšují svůj objem a vytvářejí v betonu kapsy napětí, které mohou vést k jeho částečné destrukci.
• Výztužné pruty se při zahřátí roztahují mnohem rychleji než beton a ztrácí se přilnavost výztuže k betonu.
• I když není dosaženo teploty, při které dochází ke ztrátě únosnosti, beton může při náhlém ochlazení ztratit svůj výkon, jak je obvykle pozorováno při hašení požáru. V této situaci se oxid vznikající při zahřívání přeměňuje na vápno, které ničí beton.
• Povrch obrácený k ohni vykazuje trhliny způsobené rychlou expanzí. Některé kamenivo se roztrhne a může se oddělit od okolního betonu. V tomto případě dochází ke stejnému jevu jako při rychlé kondenzaci vodní páry, doprovázené malými explozemi.
• Pokud je vystavení ohni delší dobu, výztužné tyče dosáhnou teploty, při které ztratí svou pevnost v tahu, což má za následek zhroucení celé konstrukce.

Smrštění a praskání

Tato část pojednává o dvou typech smrštění – plastovém a hygrometrickém. Plastické smrštění nastává, když je beton v plastické fázi a uvolňuje část vlhkosti v něm obsažené do okolního prostoru, což způsobuje stlačení. Praskání v tomto případě závisí na podmínkách prostředí obklopujícího uložený beton.

Když je beton umístěn do bednění, ze zřejmých důvodů není pozorováno odpařování. Pokud je beton v přímém kontaktu s okolím, dochází k odpařování, způsobenému relativně vysokými teplotami a velmi nízkou venkovní vlhkostí nebo silným větrem. Při plastickém smršťování čerstvého betonu se mohou na jeho povrchu objevit mikrotrhliny. Hygrometrické smrštění je způsobeno uvolňováním vlhkosti do prostředí s nízkou relativní vlhkostí po celou dobu životnosti konstrukce.

Aby se předešlo problémům způsobeným smršťováním plastů, měla by být přijata opatření k zastavení příliš rychlého odpařování stávající vody. To lze provést několika způsoby:

1. Položený beton zakryjte vodotěsným materiálem, který zabraňuje odpařování.
2. Prvních pár dní po uložení postříkejte celý povrch betonu vodou.
3. Na čerstvý beton naneste materiál, který vytvoří ochranný film, který zabrání odpařování.

Protože k většině hygrometrických smršťování dochází během prvních šesti měsíců po instalaci, není možné udržet vlhkost po celou tuto dobu. V tomto ohledu se uchylují k opatřením, jako je snížení poměru voda-cement a zvýšení poměru mezi inertními materiály a cementem.

MECHANICKÉ PŘÍČINY DESTRUKCE BETONU

Oděr

K otěru dochází, když je materiál vystaven opakovaným nárazům tvrdších částic. To je způsobeno třením mezi práškem z tvrdších hornin a povrchem materiálu. Z toho vyplývá, že otěr přímo závisí na vlastnostech materiálů, které tvoří beton. Odolnost proti otěru lze tedy zvýšit snížením podílu mezi vodou a cementem nebo aplikací směsi cementu s pevnými přísadami a kamenivem na povrch betonu.

Mezi konstrukce, které jsou k tomuto jevu nejvíce náchylné, patří podlahy průmyslových objektů, jejichž stav se neustále zhoršuje neustálým pohybem vozidel.

Dopad

Další formou mechanického ničení je náraz. V tomto případě je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů, protože beton je křehký materiál, který se v důsledku dostatečně intenzivních nárazů ničí a snižuje se jeho pevnost. Poškození způsobené nárazy není okamžitě viditelné.

V některých případech musí projít mnoha cykly takové expozice, například na spojích betonové vozovky při pohybu motorových vozidel. V této situaci je jediným způsobem, jak se vyhnout selhání, vyrobit beton co nejpevnější.

Pro zvýšení odolnosti proti nárazu se můžete uchýlit k vyztužení ocelovými vlákny, což přispívá k rovnoměrnějšímu rozložení energie nárazu v celé konstrukci.

Eroze

Eroze je speciální případ opotřebení způsobeného větrem, vodou nebo ledem, který je doprovázen úběrem materiálu z povrchu. Charakter procesu je dán rychlostí pohybu, koncentrací pevných prachových částic a kvalitou betonu. Jediným prostředkem ochrany jsou v tomto případě speciální opatření při výrobě betonu. Měli byste použít stejná doporučení jako pro abrazi.

kavitace

Kavitace je pozorována tam, kde dochází k proudění vody (při rychlostech nad 12 m/s). Rychlý pohyb vody a nerovný povrch koryta, kterým protéká, přispívají ke vzniku turbulentního proudění a vzniku zón nízkého tlaku, kde se tvoří víry způsobující erozi stěn. Vzduchové bubliny, které se tvoří ve vodě, proudí po proudu, vstupují do oblastí s vysokým tlakem, praskají a způsobují silný náraz, což vede k erozi. Při velmi vysokých rychlostech průtoku vody může být rozsah kavitace docela vážný. Kavitaci lze předejít vytvořením hladkých povrchů bez překážek proudění vody.

• Posilování struktur
• Oprava betonu
• Ochrana betonu
• Hydroizolace
• požární ochrana
• Kontakty