Životnosť panelových budov

Na Slovensku je približne 650 000 bytov v bytových domoch postavených hromadnými formami výstavby, väčšinou s využitím panelových technológií. Prvé panelové budovy boli postavené v roku 1955, posledné s pôvodnými konštrukčnými systémami v roku 1993. Počas takmer 40 rokov výstavby sa pri ich stavbe uplatňovalo niekoľko konštrukčných systémov, technických noriem, použitých materiálov a menila sa aj kvalita práce. Prvé  panelové domy sa v tomto roku dožívajú 54 rokov. Vzhľadom na množstvo a vek panelových budov ako aj skutočnosť, že údržbe sa nevenovala potrebná pozornosť, je zrejmé, že posúdenie ich stavu a predĺženie životnosti je aktuálna téma.

Životnosť panelových budov ovplyvňuje najmä agresivita prostredia, odolnosť betónu a výstuže, ako aj konštrukcie. Z hľadiska okolitého prostredia sa prvky panelových budov rozdeľujú predovšetkým podľa toho, či sú alebo nie sú vystavené atmosférickým podmienkam. Odolnosť betónu ovplyvňuje kvalita návrhu a zhotovenia jednotlivých panelov. Odolnosť konštrukcie je podmienená najmä kvalitou a účinnosťou stykov i tým, či sa vo fáze návrhu dostatočne zohľadnil vplyv objemových zmien betónu.

Práve z hľadiska uvedených skutočností bolo na panelových budovách zaznamenané množstvo chýb a porúch, ktoré významne znižujú mieru ich spoľahlivosti najmä z hľadiska používateľnosti a trvanlivosti. Najvýraznejšie sa tieto poruchy prejavujú na vystupujúcich a ustupujúcich konštrukciách.

Agresivita prostredia obytných budov
Z faktorov agresivity prostredia sú najdôležitejšie chemické zloženie, koncentrácia a rýchlosť výmeny agresívneho média. V obytných budovách je výskyt chemicky agresívneho prostredia ojedinelý a lokálne obmedzený, takže nepredstavuje reálne riziko pre životnosť domu. Aj v bežnom ovzduší sa, predovšetkým v priemyselných oblastiach, vyskytuje množstvo plynných exhalátov, ktoré vyvolávajú koróziu cementových kompozitov, kovov, ale aj ostatných stavebných materiálov. Najrozšírenejší je CO₂, ktorého koncentrácia kolíše v závislosti od regionálnych podmienok. Normálna hodnota je približne 600 mg/m³, vo veľkomestách boli namerané aj hodnoty okolo 2 000 mg/m³.

Kvapalné korózne prostredie pôsobí všeobecne agresívnejšie ako plynné. Podľa pôvodu sa vody delia na prírodné (zrážkové, povrchové a podzemné) a odpadové (komunálne a priemyslové). Chemické zloženie zrážkovej vody ovplyvňuje stupeň znečistenia ovzdušia. Hladná (mäkká) voda vyvoláva koróziu I. druhu, ktorej podstatou je rozpúšťanie a vylúhovanie hydratačných produktov, najmä hydroxidu vápenatého Ca(OH)₂ a chemické reakcie spojené s hydrolytickým rozkladom jednotlivých produktov hydratácie cementu. Korózia II. a III. druhu, spôsobená kyselinami, resp. síranmi, sa v obytných súboroch vyskytuje výnimočne.

Odolnosť betónu a výstuže
Odolnosť betónu je predovšetkým funkciou fyzikálnych vlastností betónu. Ešte v nedávnej minulosti sa na charakterizovanie kvality betónu používali takmer výlučne pevnostné parametre. Dnes je jasné, že najvýznamnejší parameter charakterizujúci odolnosť betónu voči obklopujúcemu prostrediu je priepustnosť betónu voči kvapalinám a plynom. Všetky agresívne látky vyvolávajúce koróziu betónu prenikajú do betónu cez póry, ktoré sú dostatočne veľké, aby umožnili voľný pohyb molekúl alebo iónov.

Odolnosť panelových budov
Dĺžka užívania budov významne ovplyvňuje ich technický stav. Mnohé zabudované doplnkové stavebné konštrukcie a zariadenia panelových bytových domov sú už po čase svojej životnosti alebo sa k nej blížia.
Vo veľkom rozsahu sa na postavených bytových domoch, najmä starších, prejavuje vplyv nedodržaných projektovaných parametrov, zabudovanie stavebných materiálov nižšej kvality, nedodržanie technologickej disciplíny, zjednodušovanie konštrukčných detailov a úspora materiálov. Nedostatky stavebných konštrukcií, jednotlivých detailov a budovy ako celku počas používania ešte zvýrazňuje nedodržiavanie podmienok na údržbu bytov a bytových domov. Fyzický stav budov sa zhoršoval aj zlým vzťahom užívateľov k majetku, ktorý v minulosti nebol ich vlastníctvom.

Poruchy a ich vplyv na trvanlivosť panelových budov
Významnou skutočnosťou je, že väčšina porúch vyskytujúcich sa na panelových konštrukciách, sú poruchy aktívne, ktoré spôsobujú postupné zhoršovanie fyzického stavu a úžitkových vlastností panelových budov. Z tohto hľadiska možno medzi najzávažnejšie zaradiť koróziu výstuže dielcov a stykov a koróziu betónu dielcov vystavených priamemu pôsobeniu vonkajšieho prostredia, postupné znižovanie tuhosti nosného systému a nedostatočné zabezpečenie pred účinkami mimoriadneho zaťaženia havarijného charakteru.
Poruchy statického charakteru možno všeobecne rozdeliť podľa početnosti výskytu, miesta výskytu a príčin vzniku.

Z hľadiska početnosti výskytu porúch panelových budov ich možno rozdeliť do troch základných skupín:

• systémové poruchy,
• typové poruchy,
• individuálne poruchy.

Systémové poruchy bytových domov sú poruchy, ktoré sa vyskytujú všeobecne v rámci určitej panelovej sústavy. Nevznikli zanedbaním údržby a opráv, ale v dôsledku nesprávne použitej technológie výstavby, nesprávne navrhnutých materiálov a ich stykov alebo nedodržaním navrhnutého postupu realizácie stavieb.

Výsledky diagnostiky potvrdili, že u časti panelových budov sa objavujú statické nedostatky prechádzajúce do systémových porúch. Z celkového hodnotenia fyzického stavu bytového fondu boli vytipované systémové poruchy [4], ktorých dôsledkom môže byť zníženie bezpečnosti a používateľnosti, ako aj vznik hygienických nedostatkov. Zoznam systémových porúch sa každoročne upravuje – v súčasnosti ho tvorí 12 položiek prejavu systémových porúch, ktoré sa týkajú 26 konštrukčných sústav, resp. ich krajských variantov. Po odbornom posúdení možno klasifikáciu systémovej poruchy použiť aj na iný podobný konštrukčný systém. Na financovanie odstránenia systémových porúch možno požadovať štátnu dotáciu, aby sa tento fond budov mohol prednostne zachrániť.

Typové poruchy sa vyskytujú vo veľkom rozsahu v rámci jedného objektu alebo viacerých objektov rovnakého typu, nemožno však hovoriť o všeobecnom výskyte v rámci všetkých, resp. väčšiny objektov konkrétnej stavebnej sústavy. Z uvedeného dôvodu sa tieto poruchy nepovažujú za systémové.

Individuálne poruchy sú obyčajne viazané na konkrétny objekt. V iných objektoch rovnakého typu sa nevyskytujú.

Na panelovej budove sa môžu vyskytnúť súčasne všetky tri typy porúch.
Posúdením z hľadiska statickej bezpečnosti sa preukazuje, že stav panelových budov postavených do roku 1970 zodpovedá ich veku. Zaznamenali sa aj poruchy, ktoré znižujú mieru bezpečnosti. Najväčšiu pozornosť je potrebné venovať vystupujúcim a doplnkovým konštruk­ciám (balkóny, lodžie a zábradlia), ktoré sú poškodené v dôsledku korózie výstuže, korózie zábradlia, najmä v jeho kotvení. V mnohých prípadoch nemajú zábradlia potrebnú výšku. Závažné sú systémové poruchy, ktoré vznikli v dôsledku materiálového a konštrukčného riešenia, nezávisle na spôsobe užívania bytu a bytového domu aj u budov postavených po roku 1983: oddeľovanie obkladových dielcov v štíte, trhliny v hmote obkladových dielcov, oddeľovanie vystupujúcich schodísk od ostatnej časti budovy, otváranie škár medzi prvkami spínaného pórobetónového obvodového dielca a možný vznik korózie spojovacej výstuže v dôsledku častého zatekania stykov.

Z hodnotenia fyzického stavu bytového fondu vyplýva, že chyby a poruchy sú rôzneho charakteru, pričom stanovenie potreby ich odstránenia neovplyvňuje pôvod vzniku (projekcia, montáž, užívanie). Poruchy bytových domov možno podľa závažnosti a možných dôsledkov rozdeliť do troch kategórií:
1. poruchy, ktoré ohrozujú bezpečnosť,
2. poruchy, ktoré znižujú úžitkovú hodnotu, zvyšujú prevádzkové náklady a časom môžu viesť k vzniku porúch ohrozujúcich zdravie,
3. poruchy, ktoré sú spôsobené prekročenou životnosťou a opotrebovaním konštrukcií.

Najčastejšie a najnápadnejšie sa prejavujú poruchy ohrozujúce bezpečnosť:

• trhlinami,
• koróziou výstuže.

Trhliny v paneloch a stykoch panelov
V železobetónových konštrukciách sa pri bežnej prevádzke panelového domu pripúšťa vznik vlasových trhlín v nosných prvkoch s obmedzenou šírkou wlim. Šírka trhlín je obmedzená požiadavkou na odolnosť zabetónovanej výstuže proti korózii a závisí od prostredia, v ktorom sa nosný prvok nachádza. Podľa STN EN 1992-1-1 [2] nemá najväčšia šírka trhliny pri takmer stálej kombinácii zaťaženia prekročiť limitnú šírku wlim, ktorá môže mať na obvodových konštrukciách (na otvorenom priestore) hodnotu 0,3 mm a na vnútorných konštrukciách (v suchom prostredí) hodnotu 0,4 mm, ak sa dodrží normou predpísaná hrúbka krycej vrstvy výstuže.

V panelových budovách sa problémy sústreďujú najmä v stykoch, pretože styk medzi betónom dielcov, panelov a zálievkovým betónom predstavuje slabé miesto z viacerých dôvodov:

• rozdielny vek betónu,
• konštrukčné chyby pri navrhovaní stykov,
• technologické chyby pri zhotovovaní stykov.

Z hľadiska trvanlivosti panelových budov je preto v stykoch najväčšie riziko korózie výstuže. Trhliny vznikajúce v stykoch sú širšie ako trhliny v dielcoch. Vznik trhlín v stykoch, ktoré nie sú pod stálym tlakom (napríklad v zvislých stykoch), je veľmi pravdepodobný aj vplyvom zmrašťovania zálievkového betónu v počiatočnom období užívania panelového domu a neskôr v dôsledku sezónne sa opakujúcich objemových zmien vplyvom teplotných účinkov nosnej konštrukcie ako celku.

Preto sa musí v miestach stykov s trhlinami počítať. Šírka týchto trhlín v stykoch môže byť väčšia ako uvedené w_lim.V STN 73 1211 [3] sa udáva ako limitná hodnota šírka trhlín až 1 mm. V tom prípade treba styk upraviť tak, aby trhlina v styku nebola príčinou porúch pri užívaní budovy, ktoré by viedli k zmenšeniu životnosti z dôvodu korózie výstuže alebo k zhoršeniu tepelnej a akustickej pohody vnútorného prostredia. Styky vonkajšieho plášťa je potrebné zvonka chrániť proti prenikaniu zrážkovej vody a vonkajšieho vzduchu vhodným tvarovaním a trvale pružným tesnením.

Korózia výstuže
Korózia výstuže nepriaznivo ovplyvňuje trvanlivosť železobetónových konštrukcií. Zmenšuje prierezovú plochu výstuže, vyvoláva expanzné tlaky v krycej vrstve vedúce k vzniku trhlín a následne k jej odpadnutiu, čím sa čiastočne, resp. úplne poruší súdržnosť medzi betónom a výstužou. Protikoróznu ochranu výstuže v betóne zabezpečuje vysoká alkalita betónu (pH = 12,5 až 13,5) tým, že sa na povrchu výstuže vytvorí stabilný pasivujúci povlak. Z uvedeného vyplýva, že pri skúmaní podmienok pre koróziu výstuže je potrebné zamerať sa na príčiny zníženia alkality betónu v okolí výstuže. Najčastejšie dochádza k zníženiu alkality betónu pod hranicu pasivity (pH < 10) v dôsledku pôsobenia CO₂ zo vzduchu.

Na obr. 1 je vykreslený predpokladaný priebeh karbonatácie betónov rôznych tried. Z obrázku je zrejmé, že kvalitnejší betón poskytuje výstuži dlhší čas alkalickú ochranu.

Obr. 1: Predpokladaný postup karbonatácie betónu

Pri dostatočnej vlhkosti betónu a možnosti difúzie kyslíka sú tak vytvorené podmienky pre koróziu výstuže. Ak jedna z nich nie je splnená, korózia nemôže prebiehať. Vlhkosť vnútorných priestorov obytných budov nedosahuje hodnotu umožňujúcu koróziu výstuže, naopak, betón vystavený atmosférickým podmienkam má dostatočnú vlhkosť. Pre železobetónové konštrukcie, vystavené atmosférickým podmienkam, je preto treba zabezpečiť trvanlivosť, zodpovedajúcu plánovanej životnosti objektu, dostatočne hrubou a nepriepustnou betónovou krycou vrstvou. Vzhľadom na kvalitatívny rozdiel medzi procesmi karbonatácie betónu a korózie výstuže a ich časovú nadväznosť sa rozlišuje pasívne a aktívne štádium stavu výstuže v betóne. Pasívne štádium (t₀) sa definuje ako časový interval od zabudovania výstuže do betónu až do porušenia pasívnej vrstvy na jej povrchu. Počas aktívneho štádia prebieha korózia výstuže. Aktívne štádium (t₁) je časovo ohraničené stratou bezpečnosti, resp. používateľnosti konštrukcie.

Korózia oceľovej výstuže v betóne prebieha najčastejšie elektrochemickým procesom. Reakcie prebiehajú na katóde a anóde, vytvorených na oceľovej výstuži, spojených pórovým roztokom, ktorý pôsobí ako elektrolyt. Na základe dlhodobého sledovania korózie betonárskych ocelí boli stanovené korózne úbytky ocelí pri atmosférickej korózii. Betonárske ocele tvarované za studena (O 10 338) majú väčšie korózne úbytky ako ocele valcované za tepla (O 10 216 a O 10 425).

Podľa zistených hodnôt koróznych úbytkov betonárskych ocelí možno konštatovať, že problematika korózie oceľovej výstuže má dominantný vplyv na životnosť železobetónových stavieb. Zvýšenú pozornosť treba venovať najmä výstužným prútom malých priemerov a oceli tvarovanej za studena.

Záver
Významným faktorom trvanlivosti panelových budov sú vplyvy objemových zmien vo fyzikálnej (teplota, vlhkosť), chemickej alebo technologickej (zmrašťovanie) forme. Majú opakovaný, často cyklický charakter a prejavujú sa vo vzájomnej synergii s postupnou deštrukciou materiálov v dôsledku korózie betónu a výstuže.

Požadovaná životnosť stavebných sústav panelových budov je všeobecne 80 rokov. Vzhľadom na dlhý čas užívania a pomerne veľké množstvo zistených porúch, pre prejavenie ktorých je čas významným faktorom, majú prehliadky panelových objektov a ich diagnostikovanie veľký význam. Ak sa poruchy včas nezistia, môže to mať za následok ohrozenie spoľahlivosti panelovej budovy.

V súčasnosti sa prehliadky obytných budov robia väčšinou až po zistení porúch. Voči takému pasívnemu postupu možno mať výhrady aj z hľadiska bezpečnosti. Za uváženie však stojí aj skutočnosť, že náklady na odstránenie poruchy v pokročilom štádiu niekoľkonásobne prevyšujú náklady na včas realizovanú ochranu. Táto skutočnosť je na obr. 2 znázornená na príklade železobetónovej konštrukcie ohrozenej koróziou výstuže. Náklady na včas realizovanú sekundárnu ochranu dosahujú úroveň (A) a sú zlomkom nákladov na rekonštrukciu v pokročilom štádiu korózie výstuže.

Obr. 2: Náklady na sanáciu v závislosti na čase

Z uvedených súvislostí vyplýva, že majiteľom panelových budov odporúčame pravidelne sledovať, diagnostikovať a vyhodnocovať stav týchto budov a v prípade potreby včas zabezpečiť ich ochranu, resp. sanáciu.

prof. Juraj Bilčík, PhD., Ing. Alexander Lörincz
Foto: Dano Veselský

Autori pôsobia na Stavebnej fakulte STU v Bratislave.

Literatúra
1. Bilčík, J.–Dohnálek, J: Sanace betonových konstrukcí. Bratislava: JAGA, 2003. 151 s.
2. STN EN 1992-1-1: Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 1: General rules and rules for buildings, 2004, 225 s.
3. STN 73 1211: Navrhovanie betónových konštrukcií panelových budov. 1987, 48 str.
4. Výnos Ministerstva výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky, zo 7. decembra 2006, č. V-1/2006 o poskytovaní dotácií na rozvoj bývania

Článok bol uverejnený v magazíne Správa budov.