Biele vane

19. februára 2007

Partneri sekcie:

Vodotesnosť betónu sa v minulosti požadovala predovšetkým pri vodohospodárskych stavbách, no v posledných rokoch sa rozšírila aj na konštrukcie, ktoré sú vystavené účinkom podzemnej vody. Ide napríklad o podzemné časti pozemných stavieb, podzemné garáže a tunely. Dlhoročné skúsenosti s používaním vodotesného betónu v kombinácii s konštruktívnymi opatreniami viedli ku koncepcii vodotesných stavieb, kde betón okrem nosnej funkcie svojou vodotesnosťou zabezpečuje aj izoláciu proti vode. V minulosti boli tieto konštrukcie chránené povrchovými hydroizoláciami na báze bitúmenov alebo polymérov. Keďže sa v súčasnosti tieto izolácie vynechávajú, nazývajú sa biele vane.

Požiadavky na vodotesnosť betónu

Vodotesnosť betónu v rozhodujúcej miere závisí od veľkosti „otvorených“ pórov v cementovom kameni a ich objemového podielu v cementovom kompozite. Otvorené póry sú v zásade identické s kapilárnymi pórmi. V tejto súvislosti sa vyskytujú pochybnosti, či samotný betón môže zabezpečiť požadovanú izolačnú funkciu – vodotesnosť. Ako vodotesný sa označuje betón, ktorý odoláva tlakovej vode tak, že na jeho vzdušnej strane nevzniknú viditeľné priesaky [1]. Aj keď betón z fyzikálneho hľadiska nie je vodonepriepustný, stenami prechádza na vzdušnú stranu len veľmi malé množstvo vody – v závislosti od rôznych parametrov denne rádovo 1 g/m². Na vzdušnej strane zostáva betónový povrch suchý, pretože transportná kapacita vzduchu je pri bežnom vetraní o jeden rád vyššia.

Požiadavky na vlhkosť

Významnou podmienkou pri návrhu bielej vane sú požiadavky na vlhkosť podzemných priestorov. Dajú sa rozdeliť na dve triedy využitia [4]: v triede A sa nepripúšťa transport vlhkosti v kvapalnej forme, ktorý spôsobuje tvorbu vlhkých miest na betónovom povrchu, v triede B je to v obmedzenej miere prípustné.

Tab. 1 Požiadavky a dôkazy v zmysle smernice pre vodotesné stavby [7]
(pre väčšie zobrazenie klikni na tabuľku )

Povrchy bez kondenzovanej vody si vyžadujú dodatočné opatrenia na úpravu vnútornej klímy (vykurovanie, odvetrávanie). Ak je povolený dočasný začiatočný priesak vody, môže sa uvažovať o samoutesnení betónu. Na to je však potrebné, aby pasívne trhliny v závislosti od hydraulického spádu (výška vody/hrúbka steny) neprekročili prípustnú šírku.

Výroba vodotesného betónu

Na výrobu vodotesného betónu možno použiť všetky cementy podľa EN 197-1 [5]. Vhodné sú pomaly vytvrdzujúce cementy triedy pevnosti 32,5 a najmä cementy s nízkym hydratačným teplom. Čiara zrnitosti kameniva má byť plynulá a má sa nachádzať medzi čiarami A a B podľa DIN 1045-2 [6]. Pri bežných hrúbkach prvkov sa odporúča max. zrno kameniva Dmax = 32 mm. Pre tenšie alebo husto vystužené prvky sa odporúča Dmax = 16 mm. Obsah jemných častíc nemá prekročiť hodnoty uvedené v tab. 2.

Tab. 2 Maximálny obsah jemných častíc do betónu s maximálnym zrnom kameniva 16 až 63 mm [4]

¹⁾Pre medziľahlé obsahy cementu sa max. množstvo fileru a jemného piesku lineárne interpolujú.
²⁾Hodnoty možno zvýšiť o max. 50 kg, ak je obsah cementu vyšší ako 350 kg/m³.

Prísady

Prísady do betónu môžu uľahčiť dosiahnutie vodotesnosti, ale nedokážu odstrániť chyby pri návrhu zloženia alebo spracovaní betónu. Plastifikačné prísady zlepšujú spracovateľnosť čerstvého betónu, umožňujú znížiť obsah zmesovej vody, čo prispieva k výraznému zvýšeniu vodotesnosti betónu. Pri použití superplastifikátorov možno dosiahnuť vodotesnosť betónu aj bez ďalších opatrení alebo úprav v zložení betónu [7]. Vodotesnosť betónu možno podstatne zvýšiť použitím puzolánových prímesí (napr. kremičitého úletu) v kombinácii s plastifikačnými prísadami alebo špeciálnych tesniacich prísad [8].

Betón ako pórovitý materiál môže byť vodotesný, ale nemôže byť vodonepriepustný. To sa dá dosiahnuť jeho povrchovou úpravou – sekundárnou ochranou (nátermi, fóliami a pod.).

Spracovanie

Ukladanie čerstvého betónu do debnenia má prebiehať plynulo. Pri doprave a ukladaní čerstvého betónu treba dávať pozor, aby sa nerozmiešal. Výška ukladanej vrstvy závisí od účinnosti zhutňovacieho prostriedku a od pevnosti debnenia. Tá by nemala prekročiť 500 mm pri ponorných a 300 mm pri príložných vibrátoroch. Veľmi dôležité je opätovné zhutnenie (dohutňovanie). Ďalšia vrstva sa musí uložiť a dohutniť skôr, ako predchádzajúca vrstva začne tuhnúť.

Mladý betón treba ošetrovaním chrániť pred nadmerným vysúšaním, extrémnymi teplotami a prudkými zmenami teploty. Kotevné prvky, ktoré zostávajú v debnení, musia byť vodotesné.

Všeobecne sa v betónových konštrukciách vytvárajú pracovné a dilatačné škáry, v niektorých prípadoch sa namiesto dilatačných zhotovujú nepravé škáry. Pri vodotesných betónových konštrukciách treba v okolí škár zabezpečiť rovnakú vodotesnosť ako v ostatných častiach. Na utesnenie pracovných škár sa do nich vkladajú expanzné profily (bentonitové alebo z hydrofilných polymérov), tenkostenné plechy alebo injektážne hadičky. Iný spôsob utesnenia poskytuje sekundárna kryštalizácia betónu v okolí škáry. Zhotovenie dilatačnej škáry musí byť vodotesné. Túto funkciu v dilatačných škárach zabezpečujú zvárané tesniace pásy z polymérnych materiálov. Uprednostňujú sa pásy v priereze pred povrchovými pásmi.

Trhliny

Pri nedostatočnom ošetrovaní betónu nastáva jeho predčasné zmrašťovanie, a ak sa táto deformácia nemôže voľne realizovať, vznikajú v mladom betóne ťahové napätia, čo môže spôsobiť trhliny. Veľkosť zmrašťovania okrem priameho ošetrovania ovplyvňujú najmä hodnota vodného súčiniteľa, druh a množstvo použitého cementu.

Podobne pri nedostatočnej ochrane pred nerovnomerným oteplením, ale najmä ochladením môžu pri bránenej deformácii vzniknúť trhlinky, ktoré nemusia byť voľným okom viditeľné. Oslabujú betónový prierez a pri interakcii s ďalšími účinkami vytvárajú základ na vznik širších trhlín. Pri vodotesných konštrukciách je preto potrebné podniknúť opatrenia na zmiernenie účinkov nadmerného vývinu hydratačného tepla. Medzi rozhodujúce príčiny vzniku a zväčšovania šírky trhlín patria teplotné zmeny a dlhodobo prebiehajúce zmrašťovanie betónu.

Vodotesnosť betónu je ohrozená predovšetkým trhlinami prechádzajúcimi cez celý prierez. Šírky deliacich trhlín musia byť také, aby boli vytvorené podmienky na samoutesnenie trhlín.

Priesaky

Na podzemné časti budov pôsobí z vonkajšej strany tlaková voda alebo zemná vlhkosť. Priesaky sa prejavujú na povrchu ohraničujúcich konštrukcií:

vlhkým alebo lesklým povrchom,
rosením vody,
únikom vody v kvapkách,
sústredeným únikom.

Príčinou plošných priesakov je nedostatočná vodotesnosť betónu.
Z hľadiska veľkosti plochy priesakov sa rozlišujú plošné priesaky alebo miestne výrony, najčastejšie líniové. Lokálne výrony vznikajú v miestach:

deliacich trhlín,
pracovných a dilatačných škár,
lokálnych porúch betónu (napr. štrkových hniezd),
potrubných prestupov.

Opravy

Plošné priesaky spôsobené nedostatočnou vodotesnosťou betónu možno obmedziť použitím špeciálnych materiálov, ktoré ho utesňujú. Pri oprave trhlín je dôležité predovšetkým poznanie, či ide o pasívne, alebo aktívne trhliny. Ako aktívne označujeme trhliny, ktorých šírka sa v čase mení. Vznikajú v procese zmien teplôt (denné a ročné cykly) a sadania v základovej škáre.

Pri úzkej pasívnej trhline a malom množstve presakujúcej vody možno očakávať samoutesnenie trhliny. V opačnom prípade sa na utesnenie trhliny najčastejšie používa tlaková injektáž. Na injektovanie sa používajú najmä materiály na báze epoxidových a polyuretánových živíc. Výber vhodného injektážneho materiálu závisí od okolností a požiadaviek na opravu [9].

Na betónové stavby sa v súčasnosti kladú väčšie požiadavky, čo vedie k rozvoju technológie výroby betónu. Optimalizácia receptúr tradičných betónov a presun výroby do centrálnych betonární umožňuje zlepšiť kvalitu betónov. Na druhej strane sa úspešne uplatňujú nové betóny a výstuže. V tejto súvislosti možno pozorovať najmä v zahraničí výraznejšie presadzovanie nových materiálov (vysokohodnotný a samozhutňujúci betón, vláknová výstuž) a nových technologických postupov (zakladanie na bielej vani, recyklácia betónu). Splnenie zvýšených požiadaviek možno dosiahnuť len celkovou koncepciou konštruovania, navrhovania, technológie betónu a zhotovovania, čo vyžaduje dobrú spoluprácu investora, projektanta a zhotoviteľa. To sa týka najmä vodotesných betónových stavieb, kde betón má okrem nosnej aj izolačnú funkciu. Podrobnejšie údaje o návrhu a spôsoboch zakladania na bielych vaniach sú v publikácií Stavebnícka ročenka 2006 [10].

Príspevok vznikol za podpory výskumného projektu VEGA č. 1/0315/03 Teoretické podklady pre uplatnenie nových materiálov na návrh a obnovu betónových konštrukcií.

prof. Ing. Juraj Bilčík, PhD.
GRAFY a SCHÉMY: autor

Autor je absolventom Stavebnej fakulty SVŠT (dnešnej SvF STU) v Bratislave. Od ukončenia štúdia je takmer nepretržite pedagógom na katedre betónových konštrukcií a mostov SvF STU, kde prednáša navrhovanie betónových konštrukcií. V roku 1995 sa podieľal na založení Združenia pre sanáciu betónových konštrukcií na Slovensku, kde je podpredsedom. Na jeho podnet vznikla tradícia Betonárskych dní. Publikuje v Čechách aj na Slovensku.

Literatúra:
1. STN 73 1210: Vodotesný betón a trvanlivý betón osobitných vlastností. Návrh, výroba a kontrola kvality, september 1996.
2. EN 12390-8: Skúšanie zatvrdnutého betónu. Časť 8: Hĺbka presiaknutia tlakovou vodou, 2001.
3. EN 206–1 Betón. Časť 1: Špecifikácia, vlastnosti, výroba a zhoda, apríl 2002.
4. DAfStb-Richtlinie: Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton. Berlin 11/2002.
5. EN 197-1 Cement. Časť 1: Zloženie, špecifikácie a kritériá na preukazovanie zhody cementov na všeobecné použitie.
6. DIN 1045-2 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 2: Beton-Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität, Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1, 2005.
7. Unčík, S.: Ovplyvňovanie vlastností betónu prísadami. Habilitačná práca. Bratislava: SvF STU 2000.
8. Bajza, A., Rouseková, I.: Technológia betónu. Bratislava: STU 1994.
9. Bilčík, J.: Oprava trhlín v betónových konštrukciách. Stavebnícka ročenka 2004. Bratislava: Jaga 2003, str. 160 – 164.
10. Bilčík, J.: Zakladanie stavieb technológiou bielej vane. Stavebnícka ročenka 2006. Bratislava: Jaga 2005.
11. Betone mit besonderen Eigenschaften. Zementmerkblatt Betontechnik, Beton 10/2000, str. 582-589
12. Iványi G.: Entwurf und Ausführungen von Wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton