Poruchy a obnova nosných železobetónových častí balkónov

Doplňujúcou a architektonicky dôležitou súčasťou bytových a nebytových budov sú balkóny. Tieto horizontálne nosné plošné konštrukcie, vystupujúce pred obvodový plášť, sú vzhľadom na svoju polohu výrazne namáhané klimatickými vplyvmi, ktoré ich zaťažujú objemovými zmenami, vyvolanými striedaním teplôt, vlhkosti a vplyvmi korózie z vonkajšieho prostredia.

Svojím konštrukčným riešením a prechodom tepla cez obvodový plášť sú dôležitým prvkom z pohľadu tepelnotechnických vlastností budovy.

Konštrukcie balkónov vykazujú v súčasnosti veľa chýb a porúch, ktoré veľmi ovplyvňujú ich technicko-konštrukčný stav a mnohé dokonca nevyhovujú svojmu pôvodnému účelu z dôvodu straty funkcie niektorej konštrukčnej časti alebo celej stavebnej konštrukcie.

Príčinami súčasného stavu sú hlavne:

• systémové poruchy, ktoré majú pôvod v nesprávne navrhnutých materiáloch a detailoch už pri projektovaní, nesprávne použitej technológii pri výstavbe alebo v nedodržaní navrhnutých technologických postupov pri realizácii stavby,
• poruchy spôsobené zanedbaním údržby a opráv, ako aj nesprávnou prevádzkou užívateľov bytov.

Pri odstraňovaní týchto porúch je veľmi dôležité správne diagnostikovať chyby a poruchy a hlavne zistiť ich príčiny. Diagnostika by mala obsahovať vizuálno-technickú obhliadku poškodených častí balkónových konštrukcií, odber vzoriek a fotodokumentáciu. Pri obhliadke by sa mal zistiť skutočný stav:

• nosnej konštrukcie: identifikovať odlúpené, odpadnuté a popraskané plochy spodných a okrajových častí balkónov, odobrať vzorku na zistenie hĺbky karbonatácie, zistiť stav obnaženia a korózie oceľovej výstuže, urobiť test priemeru výstuže;
• podlahovej konštrukcie: stav nášľapnej vrstvy podlahy (trhliny, odpadávanie časti nášľapnej vrstvy, nesprávny spád, degradované škáry v dlažbe, možnosť zatekania do skladby podlahy a podobne), poškodenie a stupeň korózie oplechovania odkvapov;
• súvisiacich konštrukcií : zatekanie (obr. 1) v styku balkóna a obvodovej steny, vznik plesní v interiéri v oblasti osadenia balkónovej konštrukcie v obvodovej stene, poruchy osadenia zábradlia, koróziu v osadení zábradlia a na jeho ostatných častiach.

Na záver vizuálnej technickej obhliadky sa vypracuje protokol, v ktorom sa uvádzajú hlavne:

• poznatky z miestneho zisťovania skutočného technického stavu balkónových konštrukcií,
• popis zrealizovaných prieskumov a dokumentácia miest odberu vzoriek a ich laboratórnej analýzy (len v prípade odberu vzoriek),
• fotodokumentácia skutočného stavu,
• formulácie príčin skutočného stavu balkóna,
• spôsobov a rozsahu obnovy balkóna,
• základné technické charakteristiky odporúčaných sanačných technológií, materiálov a spôsobu ich aplikácie (projektová dokumentácia obnovy, detaily a podobne).

Na základe požiadavky objednávateľa (stavebníka) možno po obhliadke vypracovať aj rozpočet, predpokladaný čas opravy alebo obnovy, prístup k opravenému miestu na budovách (lešenie, lávky) a podobne.

Obr. 1 Zatekanie balkónov	Obr. 2 Degradácia balkónovej konštrukcie – odpadnutá krycia vrstva, korózia nosnej oceľovej konštrukcie a oplechovania

Príčiny porúch nosnej betónovej časti balkóna
Železobetónová konštrukcia vykazuje dve základné poruchy, a to buď poruchu betónovej časti, alebo poruchu oceľovej výstuže. Poruchu ocele spôsobujú prevažne poveternostné podmienky, ktoré sa vyznačujú chemickými a fyzikálnymi účinkami. Na vývoj porúch majú významný vplyv aj chyby pri projektovaní, návrhu rozmerov a realizácie častí stavieb.

Chemické účinky vedú k chemickým reakciám, ktoré následne pôsobia na stavebné časti zvonku počas dlhého časového obdobia. V exteriéri pôsobia napríklad kyselinotvorné plyny ako oxid uhličitý (CO₂), oxid siričitý (SO₂) alebo oxidy dusíka (NOx), ktoré účinkujú v spojení s vysokou relatívnou vlhkosťou vzduchu a vlhkosťou betónu. Ak látky účinkujúce na betón reagujú s cementovým kameňom, prímesami alebo oceľovou výstužou, hovorí sa všeobecne o chemických útokoch. Nezanedbateľnými chemickými reakciami z pohľadu vzniku porúch na konštrukcii sú karbonatácia, reakcie s chloridmi a tvorba hrdze.

Nepredvídateľné zaťaženie alebo mechanické namáhanie, ako aj vplyv poveternostných podmienok možno zaradiť k fyzikálnym účinkom. Extrémne teploty a prudké zmeny teplôt spôsobujú zmeny formy stavebných častí. Najmä účinky mrazu v prevlhčenej stavebnej časti sú zdrojom napätia, ktoré sa v kombinácii so zrážkovými soľami zosilňuje. Zrážky, zmeny vlhkosti vzduchu a vietor patria tiež k fyzikálnym účinkom. Zmeny formy stavebných častí treba zohľadniť v projekte. Aby nedošlo k vzniku porúch, nemalo by sa zabudnúť na návrh zodpovedajúcich dilatácií, škár a kĺzavých vrstiev. Väčšina škôd sa prejavuje na hrúbke a tesnosti ochrannej vrstvy výstuže (obr. 2).

Karbonatácia betónu
Karbonatáciou sa rozumie chemická reakcia hydroxidu vápenatého (Ca (OH)₂) s oxidom uhličitým (CO₂) zo vzduchu. Vzduch obsahujúci oxid uhličitý (CO₂) preniká do pórov betónu a reaguje s hydroxidom vápenatým (Ca(OH)₂), ktorý je obsiahnutý v cementovom kameni, pričom vzniká kalcium karbonát (CaCO₃) a voda (H₂O). S tou­to reakciou, ktorá pokračuje smerom dovnútra konštrukcie, je spojený pokles pH hodnoty – asi na hodnotu 8 až 9. Dochádza k zníženiu alkalického účinku betónu, následnému rozkladu pasívnej vrstvy, a tým k neutralizovaniu protikoróznej ochrany výstuže.

Karbonatácii sa v zásade nedá zabrániť, možno ju len spomaliť, pričom pri vyšších triedach pevnosti betónu prebieha pomalšie a má nižšiu hĺbku vzniku, ako pri betóne nižšej triedy pevnosti (obr. 3, 4).

Obr. 4 Karbonatácia betónu, korózia výstuže a oplechovania

Karbonatácia betónu sa prejavuje asi do 15 až 40 mm hĺbky stavebnej konštrukcie, pričom krycia vrstva výstuže sa navrhuje v hrúbke od 5 do 25 mm. Na miestach oddeľujúcich sa krycích vrstiev je hrúbka koróznych zvyškov 0,5 až 1 mm.

Korózia betonárskej výstuže
Na trvanlivosť vystužených betónových konštrukcií má veľký vplyv korózia výstuže, pretože znižuje súdržnosť, nepriaznivo pôsobí na okolie betónu a oslabuje vlastný prierez.

Korózia výstuže vzniká v prípade, keď je pasívna vrstva povrchu ocele v dôsledku karbonatácie úplne alebo čiastočne rozpustená. Nedostatočné alebo chybné krytie výstuže, trhliny v povrchovej vrstve betónu spôsobené fyzikálnymi vplyvmi alebo vysoko pórovitý betón môžu byť príčinou prenikania škodlivých solí, napríklad chloridov, k povrchu ocele a jej znehodnocovania. Okrem tohto môžu dovnútra betónovej konštrukcie prenikať vlhkosť a kyslík, čo vedie k hrdzaveniu betonárskej výstuže.

Hrdza vzniká, keď na oceľ výstuže účinkuje kyslík alebo vlhkosť. S tvorbou hrdze je spojené zväčšovanie objemu, ktoré má za následok odpadávanie povrchu betónových častí balkónov a lodžií na bytových domoch. Objem hrdze je asi 2,5-krát väčší ako objem zabudovanej ocele.

Pri korózii oceľovej výstuže dochádza v betóne k elektromechanickej reakcii v elektrolytickom prostredí vlhkého betónu. Na anóde sa z výstuže odlučujú ionty železa a prechádzajú do elektrolytu. Korózia zastavanej výstuže prebieha vo vlhkom prostredí, ktoré pôsobí ako elektrolyt. Z iontov Fe2+ a OH– sa v elektrolyte vytvára hrdza a ukladá sa na povrchu výstuže.

V dôsledku hydratácie zložiek cementu vzniká v betóne alkalické prostredie s pH > 12,5, ktoré vo zvyčajných prípadoch zabezpečí imunitu alebo pasiváciu (obr. 5). V prípade imunity ku korózii nedochádza. Pasivácia znamená, že vrstva oxidov, ktorá pokrýva výstuž, pôsobí ako inhibítor a bráni korózii výstuže.

Obr. 5 Vplyv hodnoty pH na chemickú koróziu ocele [2]

V prípade oceľovej výstuže v betóne prichádza do úvahy rovnomerná, jamková a medzikryštálová korózia.

Rovnomerná korózia sa prejavuje na povrchu výstuže plynulo a spôsobuje pos­tupné zmenšovanie účinného prierezu výstuže. So zmenšovaním prierezu výstuže sa zmenšuje sila, ktorú je výstuž schopná preniesť. Zvyšky korózie sa zhromažďujú na povrchu výstuže a ich objem je väčší ako objem železa, z ktorého vznikli. Na styku výstuže a betónu preto pôsobí napätosť – vnútorné pnutie. V extrémnom prípade vedie k odtrhnutiu betónu, ktorý kryje výstuž, a to hlavne v rohoch prierezu konštrukcie a pri vystužení vložkami veľkého prierezu. Obnažená výstuž je potom súčasne vystavená chemickej korózii, ktorá prebieha v prostredí s nízkou hodnotou pH. V dôsledku rovnomernej korózie dochádza k zmenšeniu podielu výstuže na nosnej funkcii konštrukcie.

Bodová korózia sa prejavuje na miestach poruchy ochrannej vrstvy výstuže. Tá mohla byť porušená napríklad pôsobením chloridov. Pretože anóda má v mieste poruchy ochrannej vrstvy malý rozsah, postupuje bodová korózia rýchlo do hĺbky výstuže, oslabuje jej prierez a vytvára v nej zárezy. Dôsledky hĺbkovej korózie sú rovnaké ako dôsledky rovnomernej korózie.

Koróziu podporuje hlavne obsah sírnikov, siričitanov a chloridov v betóne, nedostatočná alkalita betónu (hlavne pri použití hlinitanového cementu), ďalej malé krytie výstuže betónom, nedokonalé zhutnenie krycieho betónu a betónu škár delených konštrukcií, trhliny v krycom betóne, priamy vplyv škodlivého prostredia (vlhkosti, sírovodíka, dusičnanov a podobne). Korózia je dôsledkom pôsobenia niekoľkých činiteľov súčasne. Obvykle sa prejavuje vo vlhkom prostredí, pokiaľ má k výstuži prístup kyslík a chemický vplyv. Špecifickou skupinou sú poškodené povrchy balkónov panelových domov. Poruchy sú spôsobené hlavne karbonatáciou betónu a koróziou betonárskej výstuže vplyvom zvýšeného obsahu oxidu siričitého a oxidu uhličitého v ovzduší spolu s vysokou relatívnou vlhkosťou vzduchu a vlhkosťou betónu. Korózia výstuže spôsobuje oddeľovanie vonkajších krycích vrstiev a postupnú degradáciu celej konštrukcie (obr. 6, 7).

Obr. 6 Odpadávanie krycej vrstvy výstuže, karbonatácia betónu, korózia výstuže, oplechovania a nosných stĺpikov zábradlia	Obr. 7 Konštrukčne nedoriešená dilatačná škára balkóna na panelovom dome

Korózia oplechovania a oceľového zábradlia
Tieto konštrukčné prvky úzko súvisia s nosnou časťou balkónovej konštrukcie. V miestach styku oplechovania alebo oceľového zábradlia a nosnej konštrukcie sa často vplyvom ich korodovania vyskytujú poruchy.

Nosné prvky zábradlia balkónov a lodžií sú väčšinou z oceľových tenkostenných profilov otvoreného prierezu alebo z oceľových trubiek uzatvoreného obdĺžnikového alebo kruhového prierezu. Do balkónov a zapustených lodžií sa oceľové zábradlia kotvia spravidla do dielcov obvodového plášťa, na predsadených lodžiách do ich bočných stien. Často je zábradlie kotvené do horného povrchu stropných dielcov lodžií alebo do konzol balkónov, pričom kotviace prvky prechádzajú podlahovými vrstvami. Výplne zábradlia sú realizované z najrôznejších materiálov. Spoločným znakom týchto prvkov zábradlia sú nedokonalé detaily osadenia, ktoré vedú ku korózii oceľových zábradlí, hlavne nosných stĺpikov v mieste kotvenia do podlahy, korózii plechových výplní zábradlí a podobne.

Na prvý pohľad sa poruchy balkónov a lodžií prejavujú hlavne:
•    koróziou zábradlia balkónov a lodžií a
•    koróziou oplechovania okrajov balkónov a lodžií.

Korózia stĺpikov zábradlia
Príčinou korózie stĺpikov zábradlia, hlavne na miestach osadenia, sú chloridy, ktoré sa dostávajú cez trhliny v mieste osadenia do betónu najčastejšie zrážkami s obsahom solí zahŕňajúcich chlór. Ak sa na povrchu oceľovej výstuže nahromadí obsah chlóru, môže sa pasívna vrstva lokálne znehodnotiť (zničiť), a to aj v inak vysoko alkalickom prostredí. Zlúčeniny chloridov spôsobujú dierovú koróziu, ktorá sa nedá spozorovať odpadávaním povrchu betónových častí. Kým sa poškodenie vôbec spozoruje, je už veľká časť prierezu výstuže alebo stĺpika zábradlia často zničená.

Väčšinu porúch v oblasti oplechovania balkónov a lodžií možno rozdeliť do troch skupín. Patria sem poruchy na plechoch (korózia, zlé spájkované miesta), poruchy v mieste prechodu povlakovej krytiny na plech (napríklad trhliny, oddeľovanie) a poruchy v mieste prechodu plechu na dosku (napríklad nútené vytmelenie škáry).

Korózia oplechovania
Životnosť plechov do v značnej miery ovplyvňuje výber materiálu, ako aj podmienky, ktorým sú plechy na balkóne a lodžii vystavené, pričom by mali byť vždy natreté ochranným náterom (obr. 8).

Príčinou vzniku korózie oplechovania balkónov a lodžií je nízka odolnosť pozinkovanej vrstvy proti alkalickému prostrediu stavebného materiálu viazaného cementom.

Aby sa zabránilo vzniku korózií, musí sa pozinkovaný oceľový plech v oblasti styku s materiálmi na báze cementu (cementové dosky alebo cementový poter) natrieť ochranným náterom. Riešením je aj použitie systémových riešení na oplechovanie balkónov, ktoré sú na trhu už bežne dostupné.

Obr. 8 Korózia oplechovania balkóna asi rok po realizácii	Obr. 9 Nesprávna obnova balkóna

Obnova balkónovej konštrukcie
Obnova balkónovej konštrukcie sa realizuje vo dvoch základných etapách. V prvej etape sa zhotoví obnova nosnej časti balkónovej konštrukcie a v druhej obnova podlahovej konštrukcie balkóna.

Hlavnou úlohou pri obnove nosnej konštrukcie balkóna, ktorá vykazuje menšie poruchy, je oprava skorodovanej výstuže, rohov, hrán a príprava na realizáciu novej podlahy balkóna. Pri väčšom rozsahu degradácie nosnej balkónovej konštrukcie je vhodné realizovať čiastočné nahradenie balkónovej dosky alebo jej úplné nahradenie novou konštrukciou balkóna.

Na obnovu nosnej balkónovej konštrukcie ako aj ostatných častí balkóna (hydroizolácia, potery, lepidlá a podobne) sa v súčasnosti používajú klasické materiály a technológie alebo novodobé materiály na báze nanotechnológie, ktoré svojím charakterom zaručujú priľnavosť na podklad, a tým zvyšujú hodnotu a trvanlivosť opravovanej balkónovej konštrukcie.

Medzi materiály vyrobené na báze nanotechnológie patrí aj vláknami vystužená, modelovateľná reprofilačná malta, ktorá tvrdne bez zmrašťovacích trhlín a je určená na reštruktuálne opravy betónov. Ako doplnok k reprofilačnej malte sa vyrába ochranný antikorózny náter. Možno ho využiť aj ako adhéznu suspenziu pri opravách väčších hrúbok.

Pri aplikácii všetkých nových materiálov a technológii, ako aj pri aplikácii systémového riešenia balkónov sa treba riadiť platnými technickými listami výrobkov (obr. 9).

Záver
Na balkóny a lodžie, ako aj na budovu samotnú, pôsobia rôzne vplyvy, ktoré sú premenné v čase a priestore. Z uvedeného dôvodu treba vždy pri návrhu obnovy balkónov a lodžií zohľadniť synergický účinok ich pôsobenia. Dôležitým podkladom na určenie príčin vzniku porúch vystupujúcich konštrukcií je ich dôsledná analýza.

Text: Ing. Milan Držka, PhD.
FOTO: autor

Ing. Milan Držka, PhD., pracuje na Katedre konštrukcií pozemných stavieb Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Recenzovala prof. Ing. Zuzana Sternová, PhD., ktorá je riaditeľkou Technického a skúšobného ústavu stavebného, n. o.

Tento príspevok vznikol vďaka podpore grantovej výskumnej úlohy VEGA 1/0647/09.

Literatúra
1.    Držka, M.: Balkóny – poruchy a sanácie. Dom a byt. č. 6/2004. s. 17 – 21
2.    Hansjörg, F. a kol.: Bautechnik – Fachkunde Bau, Haan-Gruiten: VERLAG Europa – Lehrmittel, 2003
3.    Olster, N.: Schäden an Balkonen, Stuttgart: Frauhofer IRB Verlag, 2004

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.