Vlastník stavby si objednal posouzení stropní nosné konstrukce, s popisem problému, že mu začaly z ničeho nic, po mnoha letech bezproblémového používání stavby najednou odpadávat spodní části stropní betonové konstrukce a má obavu, že se strop může zřítit.
Při provedeném šetření jsem zjistil následující skutečnosti. Jde o obytnou budovu vystavěnou v roce 1922. Stavba má jedno podzemní a čtyři nadzemní podlaží. Problematickou a zkoumanou konstrukcí je stropní nosná konstrukce nad podzemním podlažím. Stropní konstrukce je monolitická železobetonová. Jde o masivní železobetonový trámový strop, v podhledu s viditelnými trámy o šířce 19 cm a výšce 22 cm. Šířka pole železobetonové desky mezi nosnými trámy je 130 cm. Podhled stropní konstrukce je upraven pouze malbou. Podlaha nad stropem je betonová. Pod stropem jsou skladové místnosti. V místnostech je vlhko s teplotou vzduchu 230C a relativní vlhkostí vzduchu kolísající v rozmezí 85-90 %. Prostor je z provozních důvodů málo větrán. Stropní konstrukce byla údajně několikrát vytopena vodou. Na podhledu stropu byly zjištěny žluté výkvěty, místy odprýsklé části betonu desky mezi nosnými trámy v ploše cca 20x10 cm, a to až na výztuž, která je na několika místech obnažena a částečně zkorodována.
Příčina:
Beton je pórovitý materiál, a to umožňuje vnikání vodní páry a vlhkosti do jeho vnitřní struktury (krystalové mřížky tmelu mezi zrny). Ve vzduchu a vodě je obsažen kysličník uhličitý (CO2), který proniká s vlhkostí do betonu a zde dochází k tzv. karbonataci. Karbonatace je přirozený přírodní proces a způsobuje škody především na ocelové výztuži umístěné v betonu, ale se současnou ztrátou pevnosti betonového tmelu. Na nosných trámech se tento negativní vliv působení vlhkosti a CO2 ve zkoumaném případě doposud neprojevuje, protože krytí výztuže betonem je na nosných trámech 2 cm, kdežto u desky mezi trámy je krytí pouze 1 cm. U trámu proto vlhkost neprostoupí tak snadno až k ocelové výztuži, jako u desky a účinky karbonatace proto nejsou u trámu zatím patrné. Vápenaté sloučeniny, které jsou obsaženy v betonu a tvoří krystalovou mřížku zajišťující pevnost betonu, přecházejí působením oxidu uhličitého na uhličitan vápenatý a způsobují tak chemickou přeměnu (karbonataci) betonu. S postupnou karbonatací je spojeno snižování pevnosti betonu a také snižování jeho pH. Vysoké pH betonu chrání výztuž před korozí. V karbonatovaném betonu není ocelová výztuž proti korozi chráněná a začíná velmi rychle korodovat. Korozní zplodiny železa mají několikanásobně větší objem než původní železo, a protože beton má malou tažnost, korozní zplodiny jej trhají, výztuž přestává spolupůsobit s betonem a železobetonová konstrukce ztrácí pevnost, rozpadá se. To způsobuje projev odprýskávání krycí vrstvy betonu v oblasti výztuže a viditelnou zkorodovanou výztuž. Podobně působí na betonovou konstrukci také jiné kyselé plyny (např. oxid siřičitý).
Průběh karbonatace:
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O
Přičemž klesá hodnota pH z pH=12,5 na méně než pH=9
Zároveň dochází ke korozi výztuže
2Fe+1,5O2+H2O=2FeO(OH)
Přičemž objem výztuže se ze 100 % zvyšuje na 250 %
Mikrotrhlina, která umožní průnik oxidu uhličitého do betonové konstrukce... Oxid uhličitý způsobuje karbonataci a korozi výztuže, která zvětšuje svůj objem... Karbonatací zeslabený beton neodolá tlaku korodované výztuže a odpadá....
V bezporuchovém stavu je beton alkalický s pH=12,5 (nezkarbonatovaný) a ocelová výztuž v něm uložená je betonovým krytím v zásaditém prostředí dokonale chráněna proti působení vnějších vlivů a korozi.
Působením negativních vlivů prostředí dochází ke změnám v povrchových vrstvách betonu např. v důsledku karbonatace. Karbonatace snižuje alkalitu prostředí kolem výztuže, čímž se snižuje její ochrana a výztuž začne korodovat.
Zkorodovaná vrstva ocelové výztuže nabývá na objemu a působí tlakem na zkarbonatovanou krycí vrstvu betonu, čímž způsobuje rozrušování betonu, které usnadňuje další nežádoucí změny betonu a výztuže až po úplné odtržení krycí vrstvy betonu.
Konstrukce před poškozením odolává nepříznivým vlivům... Po průniku oxidu uhličitého do konstrukce je nastartována karbonatace a koroze výztuže... Poškozený železobetonový povrch s obnaženou výztuží...
Návrh na řešení:
Nejprve je nutné očistit povrch výztuže, zjistit míru jejího poškození a posoudit, zda zmenšením průřezu výztuže korozí není snížena únosnost konstrukce pod požadovanou bezpečnost, při normovém zatížení. Potom je možné zabývat se samotnou opravou konstrukce. Proti karbonataci je možné beton chránit protiarkobonatačními nátěry. Tyto nátěry musí být co nejméně propustné pro oxid uhličitý, musí mít velký difuzní odpor pro oxid uhličitý a přitom malý difuzní odpor pro vodní páru, aby konstrukce mohla vysychat. Současně musí nátěr dlouhodobě odolávat prostředí, ve kterém je konstrukce postavena. Pro tyto účely je vhodný například nátěr ETERNAL elast. Tento nátěr kromě toho, že má velký difuzní odpor pro oxid uhličitý, odolává dobře působení vlhkosti a má současně malý difuzní odpor pro vodní páru. Umožňuje tedy odvětrávání vodní páry z konstrukce a přitom zabraňuje proniknutí CO2 do konstrukce. Tento účinek je možný proto, že molekuly vodní páry jsou téměř 2,5 krát menší než molekuly oxidu uhličitého. Další dobrou vlastností ETERNAL elastu je schopnost trvale překlenout trhlinky podkladu do šířky až 0,5 mm. Díky této vlastnosti je povlak stále souvislý a jeho ochranná funkce není narušována trhlinkami v povrchu konstrukce.
Nejprve je však nutné provést opravu poškozené konstrukce. Povrch konstrukce musí být zbaven všech uvolněných, nesoudržných, nepevných a mechanicky nebo chemicky narušených části, které by mohly způsobit snížení adheze nových vrstev. Tyto uvolněné části musí být odstraněny (oškrábány, obroušeny, otlučeny nebo otryskány). Potom se výztuž mechanicky očistí ocelovým kartáčem od zbytků koroze, prachu, nečistot a mastnot. Očištěný, odmaštěný a korozních zplodin zbavený povrch výztuže se následně opatří dvojnásobným antikorozním nátěrem, který má pasivační účinky na betonářskou ocel a zároveň výrazně zvýší adhezi následné vrstvy. Mechanická pevnost betonu a adheze nové betonové vrstvy se zvýší nátěrem adhézním kontaktním můstkem. Po povrchovém obeschnutí adhezívního spojovacího můstku se chybějící objem betonu nahradí speciální hrubou reprofilační maltou zrnitosti v závislosti na tloušťce doplňované krycí vrstvy (např. reprofilační cementovou maltou Mapegrout Tixotropní). Hmoty se nanášejí v jedné vrstvě stěrkováním nebo stříkáním, povrch se urovná a zahladí nerezovým hladítkem. Opravená konstrukce bude nakonec opatřena protiarkobonatačním nátěrem. Práce provede odborná stavební firma.