Současné hydroizolační krystalizační látky
Partneři sekce:
Principy hydroizolací pomocí krystalizačních hmot jsou známé již delší dobu. V článku se budeme zabývat vývojem nových druhů hydroizolačních krystalizačních nátěrů a stěrek zvyšujících plynotěsnost a vodotěsnost betonů založených na principech vnitřní krystalizace a zároveň využívajících druhotné suroviny.
Z hlediska použití betonu jako konstrukčního materiálu je jednou z mnoha důležitých vlastností jeho trvanlivost a vodotěsnost. Na trvanlivost betonu má pak jednoznačně škodlivý vliv zvýšený obsah vody v kapilárách a pórech.
Rychlost a stupeň poškození betonové struktury závisí na pórovitosti, míře provlhčení a množství zmrazovacích cyklů. Vše může být navíc doprovázeno dalšími vlivy, jakými jsou působení kyselých plynů, ve vodě rozpustných chloridů, nitrátů, karbonátů a síranů. Vlivem zvýšeného množství CO2 v nich společně s přítomností vody v kapilárách pak dochází k reakci s Ca(OH)2 za vzniku CaCO3. Tento proces doprovází snížení hodnoty pH až na hodnotu 9 a ztrácí se tak alkalická ochrana proti korozi výztuže. Tyto jevy jsou v teorii trvanlivosti velmi dobře známé.
Cílem ochrany betonových konstrukcí je tedy zamezit působení výše zmíněných vlivů jak primární, tak sekundární ochranou. Obecnou snahou je proto maximálním možným způsobem blokovat průnik oxidu uhličitého a kyslíku k ocelové výztuži, aby bylo možné vyloučit vznik její elektrochemické koroze. To je možné zajistit navrhováním vyšších tříd betonu, které jsou však často ze statického hlediska nevyužity. Jedním z důležitých prostředků, jak chránit betonovou strukturu, je využití krystalizačních látek, jednak v podobě krystalizačních přísad, jednak ve formě krystalizačních nátěrů a stěrek.
Krystalizační proces a izolační hmoty
Krystalizace či růst krystalů – tedy vytváření pravidelné struktury – je druh fázové přeměny, při které dochází k pravidelnému uspořádání částic do krystalové mříže. Krystalizace je sice spojena s pevnou fází látky, avšak amorfní (tj. nekrystalické) látky mohou být za daných podmínek stejně tak pevné.
Všechny typy krystalizačních izolačních hmot jsou založeny na obdobném funkčním principu. Jeho základem je chemická reakce, díky které proběhne v pórovém a kapilárním systému betonu dodatečný krystalizační proces, katalytická reakce, jehož důsledkem je zaplnění prakticky všech kapilárně aktivních pórů betonu speciálními krystaly. Tento proces probíhá vždy ve hmotě (nikoli pouze na povrchu), a to i v případě aplikace formou nátěru nebo vsypu.
Nezbytnou podmínkou pro dodatečné krystalizace je však přítomnost vody v kapilárních pórech betonu po určitou minimální dobu nezbytnou k tomu, aby dodatečná krystalizace proběhla v požadovaném rozsahu. Proto je výhodné použít systém v podmínkách, kde je konstrukce neustále zatížená vodou. Platí, že čím více voda prosakuje, tím více se póry zaplňují krystaly. S výhodou se proto krystalizační izolační hmoty využívají pro sanaci starších betonových konstrukcí (ve formě nátěru), které vykazují neustálé známky plošného průsaku.
Krystalizaci ovlivňují tyto faktory:
- pórovitá struktura cementového kamene,
- přítomnost vody,
- způsob použití krystalizační hmoty.
Rozdělení krystalizačních látek
Krystalizační látky dělíme do dvou hlavních skupin podle použití:
- Krystalizační komplexně anorganické přísady. Krystalizační komplexně anorganické přísady se používají jako přísada při výrobě betonové směsi, ve které účinné látky migrují do párového systému betonu a následnou řízenou krystalizací ho zcela utěsní. Tyto přísady jsou schopny utěsnit i běžné smršťovací nebo teplotní trhliny a pracovní spáry. Výsledkem této technologie je zajištění mimořádné vodotěsnosti betonové, respektive železobetonové konstrukce.
- Krystalizační izolační hmoty. Krystalizační izolační hmoty se aplikují nejčastěji formou nátěrů (popřípadě nástřiků) na povrch konstrukce. Tento typ je v podstatě jediný plošný způsob sanace starších betonových konstrukcí zatížených vlhkostí, který přímo spolupůsobí s původní konstrukcí. Při použití k sanaci tohoto typu aplikace nezáleží na stáří betonové konstrukce. Před aplikací je ovšem vždy nutná úprava stávajícího povrchu, a to zejména očištění od povrchových nečistot a důkladné navlhčení povrchu konstrukce. Úpravou zajistíme, aby povrchové póry a kapiláry byly otevřené. Samotná krystalizační izolační hmota se nanáší speciálním štětcem v jedné nebo ve dvou vrstvách o tloušťce 1 až 1,5 mm nebo se nastřikuje. Aby krystalizace proběhla v dostatečné míře, je nutné zajistit přítomnost vody v kapilárách – povrch konstrukce je tedy nutné vlhčit.
Aplikace a způsoby použití
Silikátové hydroizolační materiály s krystalizačními účinky lze aplikovat na betonovou konstrukci několika způsoby. Konkrétní typ aplikace a tomu odpovídající druh krystalizačního materiálu se volí v závislosti na typu konstrukce.
Dalším kritériem volby je rovněž finanční hledisko, neboť zejména u nových konstrukcí se dá výběrem vhodné formy aplikace výrazně ušetřit. Materiály aplikujeme formou:
- nátěru,
- nástřiku,
- příměsi,
- vsypu,
- krystalizačních rychlotuhnoucích tmelů.
Souhrnné informace o typech produktů, včetně firem dodávajících tento produkt na český trh
Možnosti využití druhotných surovin
Výběr vhodné druhotné suroviny je založen na charakterizujících parametrech, a to jak technických, technologických nebo ekonomických (např. je-li nutná úprava před použitím). Jako příklad použití multikriteriální analýzy uvádíme parametry, kde jsou uvedeny vlastnosti jednotlivých druhotných surovin, a to především nevhodné až kritické chemické a mineralogické složení, zrnitost, měrná hmotnost. Červená pole v tabulce znázorňují parametr, který krajně limituje možnosti využití druhotné suroviny pro krystalizační hydroizolační stěrky.
Z chemického složení odpadů vyplývá obsah škodlivých látek a limitní obsahy sledovaných látek: SO3 max. 4 %, MgO max. 5 %, CaO max. 4 %, Cl max.1 %, alkálie K2O, Na2O max. 4 %. Mineralogické složení ukazuje přítomnost nežádoucího volného CaO, MgO a ettringitu. Zrnitost by neměla přesáhnout 0,5 mm, což je maximální zrnitost cementu. Cena druhotných surovin je přibližná, ovšem měla by splňovat podmínku cenové výhodnosti odpadu vůči ceně cementu, což je cca 3000 Kč/t. Parametry balení popisují, zda je možné odpad exportovat nebo zda je třeba zajistit vlastní dopravu. Nutné úpravy před použitím zvyšují energetickou náročnost a limitují možnost použití odpadu; výjimku tvoří velké množství, ale je nutno porovnávat výdaje na druhotné suroviny s cenou cementu.
Optimalizační parametry druhotných surovin
Vlastnosti krystalických nátěrů a stěrek
V současné době probíhá zkoušení nově navržených hmot, u nichž došlo k částečné modifikaci odpadními surovinami, řeší se otázky technologických kritérií, jako je snadné nanášení, nestékavost, aplikovatelnost v co největším teplotním rozmezí, přijatelný vzhled ošetřené konstrukce, vyhovující skladovatelnost i snadnou přípravu in situ.
Kromě toho je třeba splňovat i řadu zkoušek, které jsou na vzorcích prováděny:
- povrchová nasákavost (731357) ČSN 73 1357-2,
- nasákavost (731357) ČSN 73 1357-2,
- kapilární vzlínavost (731357) ČSN 73 1357-2,
- objemová hmotnost (731302) ČSN EN 12390-7,
- charakteristika vzduchových pórů (722325) ČSN EN 480-11,
- vzduchová propustnost (73 0572) ČSN EN 12114,
- odolnost proti karbonataci (73 2142) ČSN EN 13295,
- hloubka průsaku tlakovou vodou (73 1302) ČSN EN 12390-8,
- pevnost v tlaku (731302) ČSN EN 12390-3,
- pevnost v tahu ohybem (731302) ČSN EN 12390-5,
- pevnost v příčném tahu (731302) ČSN EN 12390-6.
Při zkoušení se řeší jednotlivé modifikační poměry, vyhodnocování technologických parametrů, zaznamenávání a optimalizace parametrů aplikovatelnosti aj. Na základě prvotních výsledků lze konstatovat, že při vývoji nových modifikovaných hmot na bázi krystalizace lze vhodně využít druhotných surovin při zachování požadovaných vlastností, které jsou na tyto nátěry kladeny, a jeví se zde reálná možnost využití nových receptur v praxi. S jistotou však bude možné toto tvrzení prohlásit až v roce 2010 po uzavření celého výzkumného projektu.
Uvedená problematika se řeší v rámci vědeckovýzkumného záměru MSM 0021630511 s názvem Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí a v rámci projektu MPO FT-TA4/013 s názvem Výzkum a vývoj speciálních plynotěsných hydroizolačních nátěrů a stěrek proti průniku ekologicky nebezpečných látek.
prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., Ing. Pavla Matulová, Ing. Pavel Dohnálek, MSCE
Foto: autoři
Rostislav Drochytka pracuje jako vedoucí Ústavu technologie stavebních hmot a dílců Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně. Jeho vědeckou specializací je především trvanlivost stavebních materiálů a predikace životnosti staveb, kromě toho se zabývá i možností ochran stavebních konstrukcí aplikací vhodných typů sekundárních ochran, jakož i vývojem různých druhů hmot s využitím odpadních surovin.
Pavla Matulová pracuje v Ústavu technologie stavebních hmot a dílců Fakulty stavební Vysokého učení technického VUT v Brně.
Pavel Dohnálek pracuje jako technický manažer firmy Betosan, s. r. o., a je doktorand Fakulty stavební VUT v Brně se zaměřením na hydroizolační materiály.
Literarura
1. Drochytka, R. – Matulová, P.: Byproduct Optimalization for Fine Spreaded Coating with Secondary Crystalization 2008. In: XII. International Conference of Research Institute of Building Materials.
2. Pazderka J.: Principy použití krystalizačních hydroizolací. Katedra konstrukcí pozemních staveb Fakulty stavební ČVUT v Praze.
3. Janovský, R.: Metody zajištění vodotěsnosti a plynotěsnosti betonu. VUT FAST v Brně 2008.
4. Bohuš, Š.: Kapalinotěsnost a plynotěsnost betonu a možnosti jejich ovlivňování. VUT FAST v Brně 2008.
5. Pytlík, P.: Optimalizace a užití stavebních látek. Brno: VUT, 1991.
Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.
