Stanovení vlastností betonové podlahy po požáru a postup sanace

1. Úvod

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. Požární odolnost stavebních konstrukcí dle ČSN 730821 ED.2 Požární bezpečnost staveb – Požární odolnost stavebních konstrukcí [1] je doba, po kterou jsou konstrukce schopny odolávat účinkům plamene a vysokým teplotám. Beton je klasifikován jako nehořlavý stavební materiál, ale při působení vysokých teplot značně mění své vlastnosti. Vlivem 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. Už při teplotách 200 až 250 °C dochází k výrazné degradaci betonu. Prudká expanze páry způsobuje odprýsknutí horní vrstvy betonu. Dochází ke snížení pevnosti betonu. 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. Při teplotách výrazně vyšších než 1000 °C začínají vznikat keramické vazby, které nahrazují hydraulické vazby [2].

2. Hlazené průmyslové betonové podlahy

Hlazené průmyslové betonové podlahy se díky svým vlastnostem staly nedílnou součástí provozu průmyslových objektů. Provádí se uložením čerstvé betonové směsi s přídavkem rozptýlené výztuže. Jako rozptýlená výztuž se nejčastěji používají ocelové drátky v dávkách od 20 kg/m3, případně v kombinaci s polypropylenovými vlákny. Po 3 až 4 hodinách od uložení následuje hlazení jednorotorovými nebo dvourotorovými hladičkami. Po zavadnutí uhlazené betonové podlahy se aplikuje vsyp. Díky vysoké odolnosti použitých minerálních vsypů vůči obrusnosti jsou tyto podlahy v kategoriích XM2 až XM3 dle ČSN EN 206 Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda [3]. Proto pokud zhotovitel nepodcenil přípravu nebo průběh betonáže a následné hlazení nenarušilo nějaký neočekávaný děj (např. prudký déšť při venkovní betonáži apod.), mají tyto podlahy dlouhou životnost i při nešetrném zacházení. Nicméně ani takováto podlaha není nezničitelná, zejména při vystavení extrémním podmínkám při působení vysokých teplot při požáru. Beton je materiál nehořlavý, ale v případě vystavení vysokých teplot dochází v betonu k fyzikálním i chemickým změnám. Rozsah těchto změn má vliv na výsledné vlastnosti materiálu. Tyto změny ovlivňuje průběh teplot, délka tepelné zátěže, namáhání konstrukce a způsob přestupu tepla.

3. Průzkum a sanace vyhořelého objektu

3.1. Popis situace

Na přelomu let 2013–2014 proběhla rekonstrukce části průmyslové haly určené ke galvanování železných výrobků. Byla zde provedena nová průmyslová podlaha v tloušťce 180 mm s využitím betonu třídy C 25/30 vyztuženého ocelovými drátky v dávce 25 kg/m³ betonu. Povrchová úprava byla provedena zahlazením minerálního vsypu strojními hladičkami. Celková plocha podlahy byla cca 1200 m².

Výše uvedený objekt byl po 4 měsících od realizované rekonstrukce zasažen požárem. Důvodem byla s největší pravděpodobností závada na přívodním kabelu jednoho z čerpadel používaných v galvanovně na cirkulaci chemických látek v lázni (odmašťovadla, kyselina chlorovodíková, zinečnatý roztok apod.).

Požár byl ohlášen na Hasičský záchranný sbor zhruba za hodinu od vznícení a hašení proběhlo již za 5 minut od ohlášení. Zhruba hodinu a půl po začátku hasebního zásahu se zdálo, že požár je zcela uhašen a požářiště nevykazovalo známky nebezpečí. Krátce na to však došlo k nečekanému vznícení nahromaděných horkých plynů ve stropních prostorách budovy. Takzvaný backdraft, neboli explozivní hoření pravděpodobně iniciovalo odvětrávání prostoru, při kterém se horké plyny okysličily a vzňaly. Jedná se o podobný efekt, jako když je do ohně nalitý benzín. Následně začala hořet celá konstrukce střechy a velmi rychle došlo k zasažení téměř celého objektu průmyslové haly. Poté se na podlahu zřítila dřevěná konstrukce tvořící střechu, čímž vznikly lokální body s vyšší teplotou.

Po uhašení požáru bylo provedeno statické prozkoumání, kdy bylo zjištěno, že okolní části objektu nejsou narušeny. Došlo tedy k odstranění trosek a vyklizení vyhořelého objektu.

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. Došlo pouze k odprýskání horní vrstvy betonu vlivem prudké expanze páry do hloubky cca 25 mm.

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 toho lze usuzovat, že požár zde byl i vlivem uskladněných chemikálií mnohem silnější.

Pro navržení vhodného sanačního zásahu bylo nutné provedení stavebně technického průzkumu pro posouzení stavu betonové podlahy. Provedený průzkum mohl objasnit, zda by pro obnovu použitelnosti nepostačovalo pouze odfrézování několika milimetrů z tloušťky desky s následným vytvořením nové povrchové úpravy. Při výraznějším narušení povrchových partií by bylo nutné kompletní obnovení betonové podlahy po předchozím vybourání. Pro odstranění povrchových vrstev betonu nebo pro odstranění celé tloušťky porušeného betonu je možné použít různé technologie – např. frézování, broušení, technologii vodního paprsku a další [4,5].

3.2. Stavebně technický průzkum

Rekonstrukce průmyslové haly byla provedena jen několik měsíců před požárem, byly tedy známy detailní informace o složení a tloušťce betonové podlahy. Nebyl tedy důvod obávat se nějakých nečekaných zjištění v podobě malé tloušťky podlahy, nižší předpokládané pevnosti betonu v tlaku apod.

Při zhodnocení využití rekonstruované haly však vyplynulo, že vlivem montáže nové technologie v části výroby bude navýšeno užitné zatížení podlahy oproti původnímu stavu. Proto bylo statikem rozhodnuto, že se tato část (cca 550 m²), která byla nejvíce narušena požárem, se kompletně vyjme a nahradí zcela novou betonovou deskou navrženou dle nového stavu užívání. V části expedice (cca 650 m²) bylo rozhodnuto o provedení stavebně technického průzkumu, který měl rozhodnout, zda je možné tuto část podlahy sanovat.

Po dešti bylo zjištěno, že nedochází k odtoku srážkové vody a celá zkoumaná plocha se nachází pod vodou. Z tohoto důvodu bylo prozkoumáno odtokové potrubí a byly zde identifikovány jeho výrazné deformace, což svědčí o intenzivním působení vysokých teplot. Poté co odtekla dešťová voda, byly započaty práce na samotném stavebně technickém průzkumu. Na nejvíce narušených místech byly vyříznuty trámečky do hloubky cca 50 mm k provedení laboratorních analýz. Dále byly provedeny odtrhové zkoušky (zjištění pevnosti v tahu povrchových vrstev betonu) na předem vysušených a očištěných místech betonové podlahy.

3.3 Provedené zkoušky

Přímo na staveništi byly provedeny zkoušky pevnosti v tahu povrchových vrstev betonu a byly vyříznuty vzorky o tloušťce cca 50 mm pro rentgenovou difrakční analýzu.

Pevnost v tahu povrchových vrstev betonu podle ČSN 731318 Stanovení pevnosti betonu v tahu [6]. Celkem bylo provedeno 5 měření, z nichž 3 vyhověla požadavku na minimální pevnost 1,5 MPa a 2 měření těsně nevyhověla.

Tabulka 1 Hodnoty pevnosti v tahu
povrchových vrstev betonu naměřených během stavebně technického průzkumu

Měření číslo	Pevnost v tahu povrchových vrstev [MPa]
1	1,61
2	2,79
3	1,38
4	1,87
5	1,44

Rentgenová difrakční analýza je metoda sloužící pro identifikaci krystalických látek ve vzorku. Její princip je založen na detekci odraženého RTG záření vznikajícího interferencí na krystalické mřížce látky, která je charakterizována vzdáleností atomů v mřížce. 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. Předpokládáme, že výraznějšímu narušení betonu zabránil zaleštěný povrch betonové podlahy s minerálním vsypem, který prodloužil časový interval natolik, že přivolané hasičské jednotky dokázaly rychle dostat oheň pod kontrolu.

Souhrn veškerých výsledků tedy vedl k závěru, že po plošném odstranění 20 mm narušeného betonu (v místě lokálních poruch byla navýšena tloušťka odebírané vrstvy) bude podklad vhodně připravený pro aplikaci nových povrchových vrstev.

3.4 Sanace

Dle předchozího stavebně technického průzkumu 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. Tato varianta byla vybrána proto, že stěrka je bezespará, chemicky odolná a dostatečně únosná pro technologii plánovanou v průmyslové hale.

Před započetím prací byly opětovně ověřeny parametry ofrézovaného podkladu pomocí odtrhových zkoušek. Následně započaly práce na nové finální povrchové úpravě. 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. Plastbeton byl použitý i na nájezdy do přilehlých prostor. Po zatvrdnutí byly opětovně proříznuty dilatační spáry, které byly následně přetmeleny polyuretanovým tmelem. Nakonec byla provedena finální barevná epoxidová stěrka.

4. Závěr

Na základě výše uvedeného lze konstatovat, že využití komplexu fyzikálně-mechanických a chemických metod při diagnostice konstrukcí zasažených nahodilým tepelným šokem je jedním z nezbytných kroků pro adekvátní sanační zásah. Provedením vhodných zkoušek a analýz v řádu tisíců korun lze předejít zbytečné investici statisíců korun při neopodstatněné demolici porušené konstrukce a následné výstavbě nové konstrukce.

V současné době, kdy se neustále rozvíjí vědní disciplíny včetně studia stavebních materiálů, je vhodné zvážit výhodu jejich zařazení pro diagnostické účely narušených konstrukcí. Konkrétně lze poukázat na výhodu využití rentgenového tomografu. Rentgenovým tomografem je možné vidět trojrozměrnou vnitřní strukturu daného materiálu. V tomto konkrétním případě by bylo možno odebrat vývrt ze zasažené podlahy a sledovat změny struktury, konkrétně vznik vnitřních trhlin v matrici či v kontaktní zóně matrice a kameniva.

Při provedení sanace betonové průmyslové podlahy zasažené požárem byl jako první krok proveden stavebně-technický průzkum konstrukce a byly využity metody odborné diagnostiky stavu konstrukce. Na základě výsledků stavebně-technického průzkumu byla provedena volba technologie pro odstranění degradovaného betonu a byl navržen způsob opravy betonové podlahy. Provedená sanace byla úspěšná a hala je v současné době užívána pro provoz galvanovny. Samotné sanační práce odstranění degradované vrstvy betonu a aplikace nové epoxidové průmyslové podlahy byly provedeny během 14 dnů.

Poděkování

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 „AdMaS UP – Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie“ podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“.

Literatura

• [1] ČSN 730821 ED.2 Požární bezpečnost staveb – Požární odolnost stavebních konstrukcí.
• [2] Hager, I., Behaviour of cement concrete at high temperature, BULLETIN OF THE POLISH ACADEMY OF SCIENCES-TECHNICAL SCIENCES . 2013. Volume: 61, Issue: 1, pp. 145–154.
• [3] ČSN EN 206 Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda.
• [4] HELA, R.; BODNÁROVÁ, L.; SITEK, L.; FOLDYNA, J. High-speed water jet technology for renovation of concrete structures. Cement-wapno-beton. 2010. 2010(5). pp. 268–278.
• [5] SITEK, L.; FOLDYNA, J.; MARTINEC, P.; ŠČUČKA, J.; BODNÁROVÁ, L.; HELA, R. Use of pulsating water jet technology for removal of concrete on repair of concrete strucutres. Baltic Journal of Road and Bridge Engineering. 2011. 4(6). pp. 235–242.
• [6] ČSN 731318 Stanovení pevnosti betonu v tahu.