SSBK - SLEDOVÁNÍ VLASTNOSTÍ POVRCHOVÝCH VRSTEV BETONU

Metody pro hodnocení trvanlivostních parametrů povrchové vrstvy betonu, včetně výsledků experimentálního programu, ve kterém byl sledován vliv složení betonu.

            SLEDOVÁNÍ VLASTNOSTÍ POVRCHOVÝCH VRSTEV BETONU

                                 PRO ODHAD JEHO TRVANLIVOSTI

OBSERVAT ION OF CONCRETE SURFACE LAYER PROPERTIES

TO ESTIMATE ITS DURABILITY

Ing. Pavel Reiterman (1)

Ing. Zlata Kadlecová (2)

Prof. Ing. Jiří Adámek, CSc. (2)

Doc. Ing. Karel Kolář, CSc. (1)

Ing. Martin Keppert, Ph.D. (3)

(1) Experimentální centrum, Fakulta stavební ČVUT v Praze, http://ecentrum.fsv.cvut.cz/

(2) Ústav stavebního zkušebnictví, Fakulta stavební VUT v Brně, http://www.fce.vutbr.cz/SZK

(3) Katedra materiálového inženýrství a chemie, Fakulta stavební ČVUT v Praze, http://tpm.fsv.cvut.cz/

 

Klíčová slova: trvanlivost; propustnost; odolnost vůči CHRL

Key words: durability; permeability; de-icing salts resistance

 

Anotace:

V příspěvku jsou představeny metody pro hodnocení trvanlivostních parametrů povrchové vrstvy betonu, včetně výsledků experimentálního programu, ve kterém byl sledován vliv složení betonu, ale především srovnání výsledných dat použitých metod.

Abstract:

In the contribution are introduced methods for durability prediction including experimental program results, where are observated composition influence and especially evaluated data of single methods.

1. úvod

V kontextu trendů udržitelného rozvoje klademe v moderním stavebnictví důraz nejen na statické vlastnosti nově projektovaných staveb, ale i na jejich trvanlivost a odolnost zajišťující co možná nejdelší dobu bez nutné rekonstrukce či opravy dílčích částí. Beton již neplní pouze mechanické požadavky materiálu pro nosné konstrukce, ale zároveň může mít i funkci estetickou. V takovém případě hovoříme o pohledových betonech. Specifickou vlastností pohledových betonů je, že jejich povrch není nikterak chráněn formou obkladů či jiných mechanických zábran proti pronikání agresivních látek z okolního prostředí do vnitřní struktury betonové konstrukce [8]. Při jejich návrhu a také realizaci pak musíme dbát zvýšené opatrnosti, aby výsledný produkt byl kvalitní nejen po stránce estetické ale i mechanické. Důležitým parametrem určující trvanlivost takovéto konstrukce je kvalita povrchové vrstvy, neboť ta je přímo vystavena působení okolního prostředí a svými parametry pak chrání celý betonový prvek. Z hlediska trvanlivostních vlastností má smysl hlouběji sledovat parametry povrchové vrstvy, zejména transportní děje, kdy tyto poznatky poslouží k další optimalizaci nově vznikající konstrukce a zajistí tak její lepší estetické i funkční vlastnosti.

I když je beton nejrozšířenější stavební materiál a používá se více než 100 let, na hodnocení jeho trvanlivostních vlastností stále neexistuje jednoznačný názor. Na mnoha vědeckých pracovištích probíhají rozsáhlé výzkumy za účelem stanovit kritéria hodnocení trvanlivosti betonu.

Jako rozhodující se stále jeví vlastnosti povrchové vrstvy betonu (tzv. „covercrete“) v tloušťce 25 ~ 50 mm a její propustnost pro vodu a vzduch. Domnívají se, že právě těmito zkouškami lze nejlépe popsat pórovitou strukturu betonu a tím i trvanlivost betonu. Lze konstatovat, že trvanlivost je funkcí propustnosti. Pro měření propustnosti povrchových vrstev betonu existuje celá řada metod založených na podobných principech. V tomto příspěvku budou představeny výsledky měření metodami TPT, GWT, ISAT [7] a vysokotlakého permeametru. Všemi těmito postupy lze srovnávat kvalitu betonu, ovšem je třeba přihlédnout k vlastnímu charakteru měření, neboť každou uvedenou metodou je měřena nepatrně jiná vlastnost a snadno tak může dojít k desinterpretaci výsledků. Uvedené zkoušky propustnosti byly doplněny dalšími běžnými zkouškami mechanických vlastností. Na daném množství vzorků tak vznikl poměrně rozsáhlý soubor dat.

Při hodnocení povrchových vrstev betonu hraje významnou roli jeho povrchová vlhkost a její měření je důležité provést před každou zkouškou propustnosti. Pro měření povrchové vlhkosti byl použit kapacitní vlhkoměr Kakaso (Obr. 1), jímž bylo provedeno měření vždy před měřením vzduchové, resp. vodní propustnosti. Z kalibrační křivky byla následně odečtena povrchová hmotnostní vlhkost v %.

Následně byl na prvním zkušebním místem stanoven součinitel vzduchové propustnosti kT metodou TPT (Torrent Permeability Tester – Obr. 1) švýcarské firmy Proceq. Zařízení se skládá z dvoukomorové vakuové buňky a regulátoru tlaku, který koriguje proudění vzduchu do vnitřní komory, a z vakuového čerpadla. Třída kvality krycí vrstvy betonu z hlediska trvanlivosti se určí z tabulky deklarované výrobcem.

 

Po této zkoušce bylo stejné zkušební místo podrobeno zkoušce ISAT (Initial Surface Absorption)

Toto italské zařízení stanovující propustnost betonu tlakovou vodu je specifikováno britskou normou BS 1881/208. Metoda spočívá v měření množství tlakové vody (0,2 bar) vtékající do betonu přes akrylátovou komůrkou. Po naplnění komůrky vodou je přívod vody z nálevky uzavřen a probíhá měření pohybu vody po 10, 30 a 60 min. Počet dílků na měřítku po prvních pět sekundách měření určuje interval měření a tím i v podstatě třídu kvality povrchu betonu.

Na druhém zkušebním místě byl po změření povrchové vlhkosti a součinitele vzduchové propustnosti kT metodou TPT změřen součinitel propustnosti tlakovou vodou k1 metodou GWT (Germanns Water Permeability Test). Toto dánské zařízení (Obr. 1) firmy Germann Instrumentsse skládá z tlakové komůrky připevněné pomocí svorek, těsnění a silikonu na zkušební místo.

Po naplnění komůrky vodou měříme čas a množství tlakové vody (0,2 bar) vsáknuté do povrchu betonu pomocí mikrometrického šroubu, který nahrazuje objem vody vsáknuté do betonu.

Německá norma DIN 1045 považuje za trvanlivé ty betony, které mají součinitel propustnosti k1 < 1,0.10-16 m².

K experimentálnímu stanovení hydraulické vodivosti byla použita metoda založená na přímém využití definičního vztahu. Měření bylo prováděno na zařízení vyrobeném firmou CNE Technology. Design tohoto zařízení vychází z práce [2]. Hlavní součástí je ocelová Hasslerova komora. V ní je umístěn válcový vzorek (vývrt) o průměru 1,5‘‘ a délce 50 mm.

Vzorek musí být před vlastním měřením nasycen kapalinou, v tomto případě vodou. Během měření pak protéká vzorkem ve směru podélné osy voda jako „vedená“ kapalina. Aby byl zajištěn její jednosměrný tok vzorkem a aby bylo zabráněno obtékání vzorku, je vzorek utěsněn rukávem z nitridového kaučuku; potřebný těsnící tlak vně rukávu je zajištěn pomocí tlakové lahve s dusíkem (plná láhev 20 MPa) a prostřednictvím zásobníku tlaku a destilované vody je tlak přiveden do těsnícího prostoru Hasslerovy komory. Konstantní nastavený průtok kapaliny transportované vzorkem je zajišťován chromatografickým čerpadlem, schopným poskytnout kapalině tlak až 40 MPa. Měření

je prováděno tak, že se nastaví požadovaný průtok kapaliny a měří se tlak (resp. tlakový spád) potřebný k jeho dosažení. Směrnicí této závislosti je právě hydraulická vodivost. Více měřených bodů závislosti samozřejmě poskytuje lepší výsledek. Vycházíme z předpokladu, že ve vzorku platí Darcyho zákon a závislost průtoku na tlaku prochází počátkem. Obdobná metoda pro stanovení hydraulické vodivosti stavebních materiálů není v Evropě standardizována, známa je pouze americká ženijní norma [3]. Více o použité metodě měření viz [4].

 

2. experimentální program

 

Veškerá data pocházejí z analýzy vzorků o stáří 90 dnů. Mladé betony jsou typické svojí větší vlhkostí, která jistě ovlivní každé měření, proto byla kapacitním vlhkoměrem změřena a zohledněna při určování součinitele propustnosti kT. Pro účely experimentálních měření byly na vyrobeny čtyři betonové bloky (s označením 6, 12, 18 a 22) bez povrchové úpravy o rozměrech 690 x 400 x 150 mm, které byly postupně podrobeny šesti zkušebním metodám

 

Pro experimentální program byly navrženy čtyři betonové směsi (Tab. 1), které se svým složením blíží běžně používaným recepturám pohledových betonů. Při jejich návrhu byl kladen důraz zejména na konzistenci čerstvé směsi, která byla laděna tak, aby výsledné směsi vykazovaly sednutí okolo 140 mm. Zpracovatelnost u pohledových betonů je jeden ze základních předpokladů pro jejich úspěšnou výrobu, neboť defekty vzniklé nedokonalým hutněním snižují estetickou hodnotu prvku, ale navíc, v souvislosti s tématem tohoto příspěvku, každá dutinka či kaverna tvoří přístupovou cestu pro pronikání agresivních látek. Výroba a následné měření probíhalo ve spolupráci Ústavu stavebního zkušebnictví Fakulty stavební VUT v Brně, Experimentálního centra a Katedry materiálového inženýrství a chemie Fakulty stavební ČVUT v Praze.

 

Vzhledem k tomu, že hydraulická vodivost uvedených směsí byla nízká, byl experiment na hranici použitelnosti metody vysokotlakého permeametru. Tlakový spád potřebný pro navození ustáleného toku kapaliny vzorkem se i při minimálním nastavitelném průtoku (0,02 ml/min) blížil maximálnímu těsnícímu tlaku. Ten dosahoval hodnoty 15 MPa, při použití vyššího těsnícího tlaku docházelo k praskání vzorků kvůli překročení jejich pevnosti v příčném tahu. Proto nebyla bohužel změřena závislost průtoku na tlakovém spádu, ale měření bylo prováděno tzv. jednobodově.

 

3. Závěr

Výsledky experimentálního měření prokazují, ze složením betonové směsi výrazným způsobem ovlivňuje vlastnosti povrchové vrstvy betonu. Předmětem diskuze může být, zda-li je použitá metoda vysokotlakého permeametru, nebo dokonce hydraulická vodivost jako parametr, vhodná k odhadu trvanlivosti pohledových betonů. Popsaná zkouška neindikuje rozdíly mezi jednotlivými pohledovými betony a neumožňuje tedy popsat vliv složení směsi a vodního součinitele na trvanlivost, což by jistě byl žádoucí výstup z provedených experimentů. Uvedené hodnoty, vzhledem k popsanému pohybu na hranici použitelnosti metody, není možné brát jako absolutně fyzikálně správné, nicméně ukazují velkou podobnost a dostatečnou trvanlivost zkoušených pohledových betonů.

Vhodný poměr cementu a vody je klíčovým parametrem pro kvalitní povrchovou vrstvu betonu. Aby byly výsledky zkoušek mezi sebou srovnatelné, musí mít betonový povrch stejnou povrchovou vlhkost. Proto byly provedeny srovnávací zkoušky měření propustnosti a v současné době se na Ústavu stavebního zkušebnictví Fakulty stavební VUT v Brně dokončují kalibrační vztahy, které umožní přepočet aktuální vlhkosti na střední hmotnostní vlhkost betonu 3 % a tím umožní i srovnatelnost výsledků obecně.

Propustnost povrchových vrstev betonových stavebních konstrukcí pro vodu a vzduch je jedním z nejzávažnějších ukazatelů životnosti a trvanlivosti těchto materiálů. Kvalitu zpevňovacích a těsnících technologií lze monitorovat a vyhodnocovat provedením zkoušek propustnosti povrchových vrstev pro vodu a vzduch. Lze předpokládat, že měřením propustnosti před sanací a po ní se získají závažné podklady pro zhodnocení sanačních technologií. Zhodnocení získaných měření se provádí podle kritérií zahraničních standardů, případně podle metodiky autorů měřících přístrojů.

 

PODĚKOVÁNÍ

Příspěvek vznikl za přispění projektu MŠMT ČR pro podporu mobility výzkumných pracovníků ČR – Polsko MEB051004 a GAČR 103/09/1951.

 

LITERATURA

[1] ASTM C 1202-97: Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability

to Resist Chloride Ion Penetration, American Society for Testing and Materials, 1997.

[2] Green, K. M. – Hoff, W. D. – Carter, M. A. – Wilson, M. A. – Hyatt, J. P.: A high pressure permeameter for the measurement of liquid conductivity of porous construction materials. Review of Scientific Instruments, 1999, Vol. 70, pp. 3397 – 3401.

[3] CRD C 163-92: Test method for water permeability of concrete using triaxial cell, U.S. Army Corps of Engineers Standards, 1992.

[4] Keppert, M. – Vytlačilová, V. – Reiterman, P. – Dvorský, T. – Černý, R.: Vodotěsnost

a permeabilita vysokohodnotného betonu. Stavební obzor, 2010, Vol. 19, pp. 145 – 148.

[5] RILEM Report 12: Performance criteria for concrete durability. Ed. by J. Kropp

and H. K. Hilsdorf, E. and F.N. Spon, 1995.

[6] ADÁMEK, J.; JURÁNKOVÁ, A. Detection of Imperfection in Concrete Structure from

Durability Viewpoint. XVI International Conference MCM - Mechanics of Composite

Materials. Latvia. 2010. p. 20 - 20.

[7] KADLECOVÁ, Z.; ADÁMEK, J. Porovnání vodní a vzduchové propustnosti povrchových

vrstev betonu. In XIV. MEZINÁRODNÍ KONFERENCE Ekologie a nové stavební hmoty

a výrobky (id 18292). VUSTAH a.s. 2010. p. 364 - 367. ISBN 978-80-87397-02-2.

[8] Reiterman, P. - Kolář, K. - Kadlecová, Z. - Adámek, J. - Holčapek, O. Experimentální

vyšetřování povrchových vrstev In: 7. konference speciální betony - sborník konference.

Praha: Sekurkon, 2010, s. 31-38. ISBN 978-80-86604-50-3.

 

Zdroj: SSBK – Sanace 2011

Datum zveřejnění: 23.5.2011

Zpět na všechny novinky

Novinky

Potřebujete pomoci s Betonserverem?

Ozvěte se nám

E-mail info@betonserver.cz