Diagnostika trhlin v průmyslových vsypových betonových podlahách

1. Vsypové průmyslové podlahy

Vsypy jsou materiály pro povrchovou úpravu betonových podlah, prováděnou současně s betonáží desky. Vsypy obsahují speciální tříděná plniva, vysokopevnostní cementy jako pojiva a aditiva, usnadňující zapracovatelnost vsypů mechanickými hladičkami. Vsypová vrstva na povrchu betonové desky výrazně zvyšuje odolnost proti obrusu, snižuje nasákavost a prašnost budoucí podlahy. Vsypy se aplikují přímo na povrch betonové desky asi 4–6 hodin po nalití a zvibrování betonu. Na 1 m² připadá cca 3–5 kg suché směsi, která po opakovaném zahlazení hladičkami vytvoří asi 3 mm silnou, vysoce odolnou nášlapnou vrstvu. Celý proces hlazení trvá přibližně 8 hodin. Jako součást ošetření betonu je vhodné bezprostředně po aplikaci na povrch desky nanést ochranný nástřik, který jednak ošetří beton v počátečním stádiu zrání, ale současně i dodatečně utěsní a vytvrdí povrch podlahy. Na kvalitu vsypu a následně nášlapné vrstvy podlahy mají vliv tyto parametry: tvrdost agregátu, tvar zrn agregátu, plynulá křivka zrnitosti a minimální mezerovitost, kvalita cementového pojiva. Kvalitu vsypové vrstvy měříme nejčastěji zkouškou obrusnosti podle Böhma. Nevýhodou tohoto postupu je, že zkoušky mohou probíhat pouze v laboratorních podmínkách na vzorcích, kde kvalita zpracování povrchu je zcela odlišná od reálné podlahy. [1]

2. Trhliny v průmyslových betonových podlahách se vsypovou povrchovou úpravou

Trhliny v průmyslových betonových podlahách se vsypovou úpravou jsou poměrně běžné a posouzení příčin jejich vzniku není stanoveno žádným přesně definovaným metodickým předpisem. Trhliny se objevují i v delším časovém horizontu po zhotovení podlahy. V čase se projevuje tendence jejich rozšiřování, a to až do tří let po zhotovení.

Trhliny mají zásadní vliv na životnost průmyslové betonové podlahy. Pro stanovení způsobu údržby a opravy je rozhodující znalost důvodu vzniku trhlin. Nesprávné určení příčiny může znamenat opakování poruchy ve stejném místě nebo v těsné blízkosti opravy, případně i zhoršení celkového stavu podlahy.

Zanedbaná údržba a neodborně uskutečněné, zejména drobné opravy, povrchových vrstev mají vesměs krátkou životnost, což je spojeno se zvýšenými náklady na opakované realizace oprav a negativně ovlivňuje celkovou užitnou hodnotu a životnost průmyslové podlahy. [2]

3. Diagnostika trhlin

V rámci stavebně-technického průzkumu konstrukce je třeba kromě jiných parametrů zjistit i parametry vzniklých trhlin. Pro následné provedení úspěšné sanace trhlin je třeba zjistit:

• Druh trhliny a její průběh (povrchové, dělící, procházející celým průřezem, trhliny vedoucí od povrchu k výztuži zejména v tahem namáhané části průřezu);
• Šířku trhliny a její hloubku;
• Změny šířky trhliny (krátkodobé – např. vyvolané rázy při dopravním zatížení, denní – v souvislosti s osluněním, dlouhodobé – závislé na ročním období apod.);
• Příčiny vzniku trhlin;
• Stav trhlin (z hlediska vlhkosti – suché, vlhké, zavodněné, cyklické působení vlhkosti, tlaková voda, znečištění);
• V souvislosti s určením příčiny vzniku trhlin je třeba stanovit i její stáří.

3.1. Určení šířky a hloubky trhlin

Základem je vizuální prohlídka, v rámci níž se zaznamená poloha trhlin. Ke každé trhlině je třeba současně určit její šířku. Tu lze stanovit pomocí příložného měřítka s vyznačeným systémem postupně se rozšiřujících čar. Porovnáním šířky čáry s šířkou trhliny lze stanovit šířku s přesností 0,1 mm. Pro přesnější měření lze využít měřicí lupu se stupnicí, kdy lze dosáhnout přesnosti měření až 0,01 mm.

Obr. 1 Povrchové uspořádání pro měření hloubky trhlin ultrazvukovou impulsovou metodou [1]

Pro stanovení hloubky trhlin lze využít destruktivní i nedestruktivní metody. Mezi nedestruktivní metody lze zařadit ultrazvukovou impulsovou metodu, jejíž princip je patrný z obrázku číslo 1. Na měření má velký vliv vzdálenost okolních trhlin, míra vyztužení a také to, jestli trhliny jsou do větší hloubky, než je krycí vrstva betonu nad výztuží. V takovém případě může dojít k natolik významnému zkreslení výsledků, že z nich nebude možno hloubku trhlin zjistit a spolehlivé výsledky podá pouze destruktivní metoda. Při povrchovém měření (uspořádání viz obr. 1) se hloubka trhliny h určí ze vztahu:

kde je

v_L

– rychlost šíření čela impulsů podélných ultrazvukových vln v neporušeném betonu dle vztahu
   

a

– délka měřící základny

t_u2

– doba průchodu ultrazvukového impulsu v neporušeném betonu na měřící základně

t_u1

– doba průchodu ultrazvukového impulsu v místě trhliny na měřící základně.

Obr. 2 Odběr jádrových vývrtů z betonové konstrukce [3]

Další metodou je destruktivní zjištění hloubky trhliny, kdy se provedou tzv. jádrové vývrty přes místo postižené trhlinou (viz obr. 2) a hloubka trhliny se určí vizuálně (viz obr. 3).

Pro stanovení změny šířky trhlin je také běžně užívanou metodou tzv. metoda osazení měřících bodů, jejichž spojnice je kolmá na trhlinu, a opakované měření dilatace s přesností na 0,001 mm. Principem metody je umístění jednoduchého měřicího kontrolního prvku na předem připravený očištěný povrch zkoumané konstrukce s trhlinou. Měříme-li v interiéru, používáme jako měřící kontrolní prvky sádrové terče. Doporučený tvar terče je obdélník o délce 100–150 mm, šířce 50 mm a výšce 10 mm. Nejdelší rozměr terče by měl být kolmý na směr trhliny. Před zatuhnutím sádry se na terč vyznačí datum osazení a kolmo na trhlinu se do sádry vyryje čára, která umožňuje zjistit, zda nedošlo zároveň k posunu ve směru trhliny. Dojde-li k porušení terče, následuje měření šířky trhliny.

A

B

C

Obr. 3 Vývrt s trhlinou (A), která je lépe patrná po namočení vývrtu (B) a při jeho postupném osychání (C) [3]

Ke sledování šířek trhlin se také používají sázecí tenzometry, kdy jsou nejprve na konstrukci pomocí lepidla fixovány terčíky a do nich se pak vkládají hroty tenzometru. Terčíky jsou umístěny ve dvojících tak, aby jejich spojnice byla kolmá na průběh trhliny.

U krátkodobých měření se s výhodou používají indukční snímače délek nebo stabilní tenzometry, které zaznamenávají průběh přetvoření v reálném čase. Přesnost metody závisí na zvoleném měřicím zařízení.

3.2. Stanovení stáří trhlin

Pro posouzení stáří trhlin je nutné z betonové konstrukce v místech, ve kterých je beton těmito trhlinami narušen, odebrat jádrové vývrty. Z těchto vývrtů je pak třeba připravit vzorky, které se podrobí fyzikálně-chemickým stanovením, umožňujícím analyzovat složení betonu, resp. posoudit míru jeho atmosférické koroze (karbonatace). Stanovení stáří trhlin v betonu pak bude založeno na komparaci míry karbonatace betonu líce pláště a betonu v bezprostřední blízkosti trhliny.

Vzorky pro fyzikálně chemické analýzy je nutné odebírat tak, aby reprezentovaly jednak beton v bezprostřední blízkosti trhliny dále pak povrchové vrstvy, tedy beton, po celou dobu exploatace konstrukce vystavený přímému působení vnějšího prostředí. Způsob odběru vzorků je znázorněn na obrázku číslo 4.

Obr. 4 Způsob odběru vzorků [3]

Stanovení doby vzniku trhlin v železobetonových prvcích je založeno na následujícím principu:

Je-li beton kompaktní (tj. bez trhlin), pronikají molekuly CO₂ do vnitřní masy betonu difúzí, tzn. množství molekul, které do hloubky betonu proniká je relativně malé a míra karbonatace betonu z „vnitřní masy konstrukce“ je pochopitelně nižší než je tomu na jejím povrchu. Trhliny narušující beton jsou místem, kudy mohou do struktury betonu intenzivně vnikat plyny z vnějšího prostředí a v takto zasažených místech jsou vytvářeny podmínky pro rozvoj karbonatace. Znamená to tedy, že je-li míra karbonatace betonu v bezprostředním okolí trhliny srovnatelná s mírou karbonatace betonu tvořícího povrch konstrukce (tj. betonu, který je vystaven přímému působení atmosférických plynů), jedná se o trhlinu, jejíž stáří je relativně vysoké. Naopak, je-li míra karbonatace betonu v těsné blízkosti trhliny výrazně nižší, než je tomu v případě betonu tvořícího povrch konstrukce, svědčí tato skutečnost o faktu, že stáří trhlin je relativně nízké.

Posouzení doby vzniku trhlin je tedy založeno na komparaci míry karbonatace betonu, který byl atmosférickým vlivům vystaven po celou dobu exploatace konstrukce s mírou karbonatace betonu, který se nachází v bezprostřední blízkosti trhliny.

Míru karbonatace v okolí trhliny lze rozdělit do tří časových proudů:

Obr. 5 Míra a tvar karbonatace v závislosti ke stáří trhlin [1]

• Původní trhlina – karbonatace v okolí trhliny vzniklé při procesu výstavby konstrukce nebo vzniklé bezprostředně po zahájení užívání konstrukce. V takovém případě lze předpokládat, že průnik molekul CO₂ do masy betonu odhaleného trhlinou byl po celou dobu exploatace stejný jako u povrchu konstrukce. Za tohoto předpokladu je tedy míra zkarbonatovaného betonu v okolí trhliny konstantní po celé její hloubce a je stejná jako na povrchu konstrukce (degradace betonu probíhala stejně tak na povrchu konstrukce jako na konci trhliny).
• Trhlina vzniklá při užívání – karbonatace v okolí trhliny vznikající dlouhodobě a postupně vlivem užívání konstrukce. Vzhledem k dlouhodobému prohlubování a rozevírání trhliny dochází k degradaci masy betonu v okolí trhliny postupně. Míra karbonatace se tedy bude měnit respektive snižovat s hloubkou trhliny.
• Čerstvá trhlina – trhlina vzniklá v nedávné době v relativně krátkém časovém období. V takovém případě ještě nedošlo k žádné nebo nikterak markantní karbonataci masy betonu v okolí trhliny a to po celé hloubce trhliny. [3]

A

B

C

Obr. 6 Detail původní trhliny (A), detail trhliny vzniklé při užívání (B) a detail čerstvé trhliny (C) [3]

Konkrétní případy výše popsaných druhů trhlin jsou znázorněny na fotografii č. 6, kde lze změnu pH v důsledku karbonatace betonu v okolí trhlin sledovat pomocí fenolftaleinového testu.

4. Závěr

Výskyt trhlin ve vsypových průmyslových podlahách je běžnou záležitostí a pro zhotovitele i objednavatele průmyslové vsypové podlahy je často příčinou sporu, zda trhliny vznikly nesprávným návrhem podlahy, při zhotovování podlahy, bezprostředně po něm, a nebo v důsledku špatného užívání podlahy. Obě výše popsané metody (určení hloubky a řířky trhlin a stanovení stáří trhlin) jsou kvalitativní metody s velkou vypovídající schopností a vedle systematizace trhlin nám poskytnou přesné informace o konkrétních trhlinách. V případě ultrazvukové impulzové metody se jedná o nedestruktivní zkoušku, která je založena na principu rychlosti šíření ultrazvukového impulzu porušenou konstrukcí. Stanovení šířky a hloubky trhliny má zásadní vliv na volbu vhodného typu sanace vzniklých trhlin. Stanovení stáří trhliny je založeno na posuzování míry karbonatace betonu v bezprostřední blízkosti trhliny, které je způsobeno difuzí vzdušného oxidu uhličitého. Tato metoda vyžaduje zvýšenou přesnost při odběru vzorků, aby bylo možné přesně určit míru degradace betonu, ale její vyhodnocení nám dá přesný údaj o momentě jejího vzniku a tím pádem i o příčině jejího vzniku. Další výzkum bude zaměřen především na jednoznačnou systematizaci šířky trhlin a návrhy vhodné technologie sanace s ohleden na zjištěnou hodnotu systemizované šířky.

Tento příspěvek byl vypracován v rámci řešení juniorského projektu FAST-J-12-7/1637 a za podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu, projektu FR-TI3/290 „Ucelený systém materiálů nové generace pro sanace železobetonových konstrukcí s využitím technologie inhibitorů koroze“.

Literatura

• [1] JURÁNKOVÁ E., Vývoj nových cementových vsypových podlah s využitím vybraných druhotných surovin, Diplomová práce Brno: VUT v Brně, Fakulta stavební, 2010, 109 s.
• [2] MAŠTA L., Metodika ochrany povrchu průmyslových betonových podlah, Diplomová práce Brno: VUT v Brně, Fakulta stavební, 2010, 116 s.
• [3] DROCHYTKA R., BYDŽOVSKÝ J., DUFKA A., Possibilities of Determination Properties of Cracks in Concrete and their Repair by using the Method of Injection, WTA 2011