1. Wprowadzenie

Właściwie zaprojektowany, wykonany, wbudowany i pielęgnowany beton jest wyjątkowo trwałym materiałem budowlanym.
Wówczas można stwierdzić, że taki beton stanowi sam dla siebie najlepszą ochronę i gwarantuje trwałość konstrukcji w standardowych warunkach eksploatacji i ekspozycji środowiska [1].
W praktyce jednak konstrukcje wykonane z betonu, w tym żelbetowe, są eksploatowane w różnorodnych warunkach, stąd też w zależności od środowiska narażone są na oddziaływanie różnorodnych czynników agresywnych. Dla należytej ochrony trzeba wykonać odpowiednie zabezpieczenie dla utrzymania własności użytkowych budulca na satysfakcjonującym poziomie.

W środowisku agresywnym chemicznie we wszystkich przypadkach wymagana jest ochrona materiałowo–strukuralna. W środowisku o średniej agresywności dodatkowo stosuje się ochronę powierzchniową – ograniczającą dostęp czynników agresywnych, a w środowisku silnie agresywnym – ochronę odcinającą dostęp do tych czynników. Ochrona materiałowo–strukturalna oznacza zwiększenie odporności betonu lub żelbetu przez odpowiedni dobór składu mieszanki betonowej i ukształtowanie właściwej struktury podczas jego wykonywania. Wynika z tego, że ochrona materiałowo–strukuralna powinna stanowić przesłankę dla doboru materiaów zarówno do konstrukcji nowo wznoszonej, jak również do napraw. Ochrona powierzchniowa, jeśli nie została przewidziana projektem i wykonana podczas budowania, może być naniesiona w dowolnym momencie użytkowania. Z reguły jest wymagana po naprawie i to w odniesieniu do całego naprawianego obiektu [2].

Wobec obiektu w stanie użytkowania zastosowanie znajdują trzy główne kierunki działań:
• Właściwe zaprojektowanie i wykonanie zapewniające odpowiednią trwałość budowli nowo wznoszonej;
• Ochrona przed korozją i zabiegi konserwacyjne podczas użytkowania;
• Naprawa i ochrona po naprawie obiektów, które uległy uszkodzeniu w czasie użytkowania.

W poniższym tekście zaprezentowane zostały zagadnienia dotyczące powstawania uszkodzeń konstrukcji z betonu oraz sposoby ich napraw i ochrony wraz z przykładami odpowiednich wyrobów produkowanych przez światowy koncern Mapei. W Polsce grupa ta obecna jest jako producent (nowoczesny Zakład Produkcyjny w Gliwicach) i dostawca wysokiej jakości klejów do płytek ceramicznych, kolorowych i trwałych fug a także materiałów do wykonywania prac parkieciarskich.

W ostatnim czasie na rynek polski wprowadzone zostały także systemy ociepleń MAPETHERM®. Wraz z ugruntowaniem swojej pozycji w poszczególnych krajach, gdzie Mapei rozwija działalność, sukcesywnie wprowadzane są dalsze linie produktowe. Stąd obecnie Mapei Polska oddaje do dyspozycji profesjonalnym firmom wykonawczym szeroką gamę produktów Linii Budowlanej. W tej grupie znajdują się systemy naprawcze i ochronne dla betonu.

2. Uszkodzenia konstrukcji betonowych

Profesor L. Czarnecki klasyfi kuje spękania i ubytki jako dwa podstawowe rodzaje uszkodzeń betonu [2] – por. rys. 1.
Natomiast przyczyny uszkodzeń konstrukcji z betonu przedstawia poniższy schemat – rys. 2.
Przy czym wpływ oddziaływania środowiska, w którym pracuje dana budowla ma tutaj kluczowe znaczenie. Norma EN 206-1:2000 klasyfi kuje środowiska ze względu na występujące zagrożenia wobec betonu:
• Zagrożenie korozyjne nie występuje – X0;
• Korozja spowodowana karbonatyzacją – XC1–XC4;
• Korozja spowodowana chlorkami, które nie pochodzą z wody morskiej – XD1-XD3;
• Korozja spowodowana chlorkami z wody morskiej – XS1-XS3;
• Korozja mrozowa – XF1-XF4;
• Korozja chemiczna – XA1-XA3.Postępująca degradacja i niszczenie betonu mogą być potęgowane przez dodatkowe okoliczności, a to:
– nieodpowiednie w danych warunkach rozwiązanie konstrukcyjne bądź materiałowe,
– nieodpowiednie wymieszanie i zagęszczenie mieszanki betonowej,
– niewystarczająco szczelna i o zbyt małej grubości otulina zbrojenia,
– niewłaściwa pielęgnacja betonu w okresie dojrzewania,
– prądy upływowe,
– podwyższona temperatura użytkowania, powodująca przyspieszenie przebiegu reakcji chemicznych.
Przykłady uszkodzeń konstrukcji betonowych pokazane zostały na rys. 3.

3. Naprawa betonu

Proces ten można zdefi niować jako złożony sposób postępowania, którego celem jest całkowite lub częściowe przywrócenie obiektowi szeroko rozumianego stanu użytkowania zakłóconego na skutek złego wykonania (usterki) lub uszkodzenia podczas użytkowania.
Zgodnie z normą EN 1504-9 wyróżniamy następujące zasady i metody napraw betonu:
• Ochrona przed wnikaniem – ograniczenie lub uniemożliwienie wnikania szkodliwych substancji (wody, innych cieczy, par, gazów, czynników chemicznych i biologicznych).
Do dyspozycji mamy tu kilka sposobów – impregnacja, powłoki ochronne, lokalne scalanie rys, wypełnienie rys, przekształcanie rys w złącza, zewnętrzne osłony, wykładziny.
• Ograniczanie zawilgocenia – utrzymanie zawilgocenia betonu na dopuszczalnym poziomie dzięki zastosowaniu hydrofobizacji, powłok ochronnych, osłon i okładzin bądź przez ochronę elektrochemiczną.
• Odbudowanie elementu – przywrócenie elementowi betonowemu założonego kształtu i funkcji; częściowa wymiana betonu. Można to uzyskać przez ręczne nakładanie zaprawy naprawczej, nałożenie warstwy betonu, natryskiwanie betonu lub zaprawy naprawczej lub przez wymianę elementu.
• Wzmacnianie konstrukcji – przywrócenie lub zwiększenie nośności elementu konstrukcji. Do wykorzystania jest tutaj kilka metod: uzupełnienie lub wymiana prętów zbrojeniowych lub zewnętrzne zbrojenie, zabetonowanie prętów w uprzednio przygotowanych otworach w betonie, doklejenie płyt, nadkład zaprawy lub betonu, iniekcja rys, pustek i przerw, wypełnienie rys, pustek, przerw, sprężenie.
• Odporność fizyczna – zwiększenie odporności na oddziaływania mechaniczne lub inne fizyczne, stosując powłoki lub wykładziny ochronne lub impregnację.
• Odporność chemiczna – zwiększenie odporności powierzchni betonu na destrukcję czynnikami chemicznymi, stosując powłoki lub wykładziny ochronne lub impregnację.
Rodzaje materiałów naprawczych przedstawiono na rys. 4.

Szczegółowe kategorie wyrobów i systemów naprawczych podaje norma EN 1504-1:1998:
• Do ochrony powierzchniowej, poprawiające trwałość konstrukcji,
• Do napraw niekonstrukcyjnych, przywracające geometrię powierzchni lub estetyczny wygląd konstrukcji,
• Zapewniające przyczepność, w celu uzyskania trwałej przyczepności między betonem a stosowanym materiałem,
• Do iniekcji, przywracające po wprowadzeniu do konstrukcji jej integralność i/lub trwałość,
• Do kotwienia, zapewniające odpowiednią współpracę zakotwionego zbrojenia z betonem,
• Do ochrony zbrojenia i/lub innych elementów stalowych, stosowane do zabezpieczania zbrojenia, poprawiające trwałość naprawy.
W tych kategoriach materiałów z szerokiej oferty Mapei należy wskazać tutaj uniwersalną zaprawę naprawczą typu PCC (dodatkowo zawierającą włókna syntetyczne i mikrokrzemionkę) – MAPEGROUT Thixotropic. Wersja rozlewna tej zaprawy występuje pod nazwą MAPEGROUT Hi-Flow. Dalej – zaprawy naprawcze stosowane zarówno do napraw ręcznych, jak i do nakładania mechanicznego metodą mokrą – MAPEGRO-UT T40 i T60 (różniące się wytrzymałością na ściskanie po 28 dniach dojrzewania, odpowiednio 40 i 60 N/mm2).

Mieszanka
MAPEGROUT T40 może być stosowana do naprawiania powierzchni betonowych zbiorników przeznaczonych do kontaktu z woda pitną. Zaprawa MAPEGROUT T60 charakteryzuje się wysoką odpornością na siarczany. W przypadku pompowania mieszanki na duże odległości zarówno w pionie, jak i poziomie proponowana jest zaprawa MAPEGROUT Easy Flow – parametrami mechanicznymi nieodbiegająca od kompozycji T60. W tej grupie materiałów do dyspozycji jest również dwukomponentowa zaprawa natryskowa MAPEGROUT BM o obniżonym module sprężystości (22000 N/mm2) i wytrzymałości na ściskanie na poziomie 50 N/mm2, szczególnie zalecana do napraw elementów konstrukcji ulegającym podczas eksploatacji znacznym odkształceniom i pracującym w ekstremalnie zmiennych warunkach temperaturowo–wilgotnościowych. Dla wykonywania wzmocnień konstrukcyjnych można użyć mieszanki do nanoszenia mechanicznego metodą mokrą MAPEGROUT FMR z dodatkiem specjalnych giętkich włókien stalowych FIBRE FF. Z kolei mieszanka MAPEGROUT Gunite
przeznaczona jest do nakładania mechanicznego metodą suchą. Zastosowanie tych zapraw obejmuje bardzo szeroki zakres obiektów, od konstrukcji słupowo-ryglowych budownictwa ogólnego i przemysłowego, po zbiorniki, kanały, silosy, tunele, mosty, estakady, wiadukty i zapory.

Do wyrównywania i wygładzania naprawianych powierzchni betonowych proponowane są szpachlówki MONOFINISH lub dwukomponentowa MAPEFINISH.
Dla zapewnienia odpowiedniej przyczepności nowej warstwy do starego podłoża z oferty Mapei należy wskazać dwukomponentowy preparat na bazie żywicy epoksydowej EPORIP, znajdujący również zastosowanie jako materiał do wypełniania i sklejania rys w betonie.
Z grupy materiałów do wykonywania prac iniekcyjnych scalajacych proponowane są żywice epoksydowe EPOJET (o lepkości 380 mPas) oraz EPOJET LV (o lepkości 140 mPas).
Natomiast do uszczelniania rys i likwidacji wycieków wody przez rysy w betonie przeznaczone są żywice poliuretanowe – jednokomponentowa RESFOAM 1KM (mieszana z akceleratorem Resfoam 1KM-AKS) oraz dwukomponentowa FOAMJET F (do rys wilgotnych) lub FOAMJET T (do rys przewodzących wodę pod ciśnieniem).
Do ochrony zbrojenia przed korozją w ofercie Mapei są dwa preparaty – jedno- i dwukomponentowy, MAPEFER 1K i MAEFER.
Osobnym zagadnieniem wchodzącym w zakres napraw jest wzmacnianie konstrukcji w celu przywrócenia utraconej nośności lub dla jej zwiększenia. W ofercie Mapei znajduje się rozbudowany system wzmacniania konstrukcji taśmami i matami z włókien węglowych. Taśmy CARBOPLATE dostępne są w trzech modułach sprężystości – 170, 200 i 250 GPa, grubości 1,4 mm i szerokości 50, 100 i 150 mm. Z kolei maty MAPEWRAP C (dwu- i czetokierunkowe) produkowane sąw dwóch odmianach zarówno ze względu na moduł sprężystości (230 i 390 GPa), jak i gęstość (300 i 600 g/m2).

4. Ochrona betonu

Proces karbonatyzacji następuje w betonie w wyniku oddziaływania dwutlenku węgla (CO2) z powietrza. Otulina zbrojenia z warstwy betonu o małej przepuszczalności jest konieczną i wystarczającą do ochrony zbrojenia przed korozją. Dla podniesienia trwałości konstrukcji dodatkowo można zabezpieczyć beton powierzchniowo poprzez impregnację lub za pomocą powłok.
Impregnacja to nasączanie odpowiednim preparatem powierzchni betonu, które nie powoduje zmiany ukształtowania tej powierzchni. Celem impregnacji jest hydrofobizacja – ograniczenie wnikania wody i pary wodnej. Nasiąkliwość betonu zmniejszana jest wówczas o 40 % [2]. Wzrasta również odporność na ścieranie i zmniejsza się pylenie. Hydrofobizację przeprowadza się mineralnymi preparatami, zawierającymi krzemiany, silikony i siloksany (np. ANTIPLUVIOL S). Zabieg ten ma charakter ochrony czasowej i powinien być odnawiany co
kilka lat. Impregnację uszczelniającą przeprowadza się w celu odcięcia dopływu wody w głąb betonu. Ma ona na celu wypełnienie porów przypowierzchniowych łącznie z utworzeniem ciągłej cienkiej warstwy. Do tego celu stosowane są preparaty żywiczne (epoksydowe, poliuretanowe, akrylowe) o małej lepkości oraz preparaty smołowo-woskowe. Impregnacja uszczelniająca zapobiega nie tylko wnikaniu wody, ale również niektórych substancji chemicznie agresywnych, na przykład chlorków.

W środowiskach średnio agresywnych chemicznie stosuje się powłoki malarskie, na przykład chlorokauczukowe, poliwinylowe, epoksydowe i poliuretanowe, o grubości od 0,2 do 1 mm oraz powłoki bitumiczne o grubości od 0,2 do 2 mm.
W środowisku silnie agresywnym chemicznie stosuje się powłoki grubowarstwowe (chemoodporne żywice epoksydowe lub epoksydowo-bitumiczne) lub wyprawy z zapraw i betonów żywicznych oraz laminaty żywiczne zbrojone włóknami szklanymi w postaci mat i tkanin. W środowisku silnie agresywnym można również stosować wykleiny z elastomerowych wyrobów rolowych i arkuszowych.
Do barwnej ochrony betonu przed karbonatyzacją i wodą opadową proponowane są wodorozcieńczalne akrylowe farby w szerokiej gamie kolorystycznej, możliwej do uzyskania dzięki unikatowemu systemowi barwienia farb ColorMap^® System.
Farba tzw. sztywna to COLORITE PERFORMANCE a elastyczna o zdolności mostkowania rys z podłoża to ELASTOCOLOR.
Impregnację uszczelniającą betonu można przeprowadzić, stosując barwny lakier epoksydowy MAPECOAT I 24 (wodna emulsja dwukomponentowej żywicy epoksydowej). Preparat ten tworzy system otwarty dla dyfuzji pary wodnej, dzięki czemu może być stosowany do powierzchniowej ochrony posadzek przemysłowych, gdy płyta betonowa usytuowana jest
poniżej poziomu wód gruntowych. Z kolei wodorozcieńczalny epoksydowy lakier MAPECOAT DW 25 może znaleźć także zastosowanie jako ochrona betonu w zbiornikach na wodę pitną. Natomiast tam, gdzie wymagana jest powłoka elastyczna, do ochrony betonu lub jako warstwa wykończeniowa na uszczelnieniu wykonanym z elastycznej mikrozaprawy MAPELASTIC proponowany jest wodoodporny preparat akrylowy ELASTOCOLOR Waterproof.
W zakresie ochrony betonu w środowisku agresywnym w oczyszczalniach ścieków można znaleźć system do zabez-pieczenia i ochrony betonu w strefi e poniżej lustra wody (np. w zbiornikach fermentacyjnych czy osadnikach). Jest to DURESIL EB - powłoka epoksydowo–bitumiczna.

Na zakończenie kilka słów na temat systemu powierzchniowej ochrony betonu przed agresją chuliganów. Obecnie graffiti stanowi plagę dla właścicieli obiektów budowlanych w tym także budynków mieszkalnych i zabytkowych. Niezwykle skutecznym sposobem zabezpieczenia i ułatwienia zmywania niepożądanych napisów i rysunków są powłoki ochronne WallGard Graffiti Barier. Dodatkową korzyścią z zastosowania tego typu zabezpieczenia jest ochrona elewacji przed działaniem czynników atmosferycznych. Środkiem czyszczącym jest strumień gorącej wody z agregatu ciśnieniowego. Zaletami tego systemu jest: możliwość nanoszenia preparatów na zróżnicowane, co do struktury i chłonności podłoża (tynk, cegła, beton, kamień), prosta aplikacja, brak barwy preparatów, dzięki czemu nie ulega zmianie wygląd zabezpieczanej powierzchni, możliwość nakładania preparatów na powłoki malarskie, brak konieczności stosowania do czyszczenia i usuwania graffi ti rozpuszczalników organicznych, nieobojętnych dla zdrowia ludzi i ochrony środowiska.

5. Przykład aplikacji materiałów Mapei

Na terenie Elektrowni Wodnej Żarnowiec zastosowane zostały produkty Mapei podczas wykonywania prac remontowych kanału wylotowego pod jedną z turbin. Elementy żelbetowe kanału zostały poddane renowacji. Produktami Mapei naprawiano komory zastawek i krat.
Skorodowany beton został usunięty i podłoże oczyszczono metodą hydromonitoringu.
Na tak przygotowane podłoże nałożone zostały dwa produkty Mapei. Do wyrównania ubytków i wygładzenia powierzchni wybrany został materiał MAPEFINISH, charakteryzujący się dobrą przyczepnością do podłoża i wysoką odpornością na ścieranie. Jako zabezpieczenie powierzchniowe i uszczelnienie zastosowano produkt MAPELASTIC, elastyczny mineralny szlam.

dr inż. Krzysztof Pogan – Product Manager Building Line, Mapei Polska

Literatura
[1] Fagerlund G. „Trwałość konstrukcji betonowych”.
Arkady, Warszawa 1997.
[2] Czarnecki L., Emmons P. H. „Naprawa i ochrona konstrukcji
betonowych”. Polski Cement, Kraków 2002.

Autor: Mapei - zobacz wizytówkę firmy