Sekundárna ochrana pojazdných plôch hromadných podzemných garáží

V tuneloch a garážach je zvýšená koncentrácia CO₂ vo vzduchu, ktorá urýchľuje karbonatáciu betónu spojenú s poklesom jeho alkality. Pre výstuž, ktorá sa nachádza v betóne s pH < 9, sú tým často splnené podmienky (pH < 10, vlhkosť a prítomnosť kyslíka) pre koróziu. Chloridové ióny z chemických rozmrazovacích látok (CHRL) bývajú v zime vozidlami zavlečené do garáže, kde vyvolávajú akcelerovanú koróziu výstuže. Na pojazdných plochách vznikajú ohybové trhliny od účinkov priameho zaťaženia a deliace trhliny od nepriameho zaťaženia. Trhliny uľahčujú prienik CO₂ a chloridov do betónu. Neutesnené trhliny urýchľujú koróziu výstuže a tým skracujú životnosť základových a stropných dosiek i rámp hromadných garáží. Elektrochemická korózia ocele zmenšuje prierezovú plochu výstuže a porušuje súdržnosť výstuže s betónom, čo spôsobuje statické problémy a skrátenie životnosti najmä stropných dosiek. Systém na ochranu horného povrchu pojazdných plôch hromadných garáží treba navrhnúť na základe skutočných alebo predpokladaných príčin zhoršenia stavu železobetónových dosiek podľa zásad a metód na ochranu povrchu betónu, ktoré stanovuje STN EN 1504 – 9 [1].

Na zabezpečenie plánovanej životnosti pojazdných plôch hromadných garáží sa používajú sekundárne ochranné prostriedky. Na nové pojazdné plochy stropných dosiek sa najčastejšie nanášajú pružné náterové systémy so schopnosťou premosťovať trhliny, na základové dosky kombinácia nepružných náterových systémov a injektovanie trhlín. Na utesnenie existujúcich trhlín môže byť vhodné aj bandážovanie trhlín. V prípade, že je betonárska výstuž depasivovaná a prebieha elektrochemická korózia ocele, je možné koróziu spomaliť alebo zastaviť pomocou inhibítorov korózie alebo katódovou ochranou výstuže.

Povrch pojazdných plôch hromadných podzemných garáží je najčastejšie vystavený stupňom prostredia XC3 (pojazdné plochy s celoplošnou povrchovou ochranou), XD3 (pojazdné plochy bez sekundárnej ochrany alebo len s lokálnou ochranou trhlín) a XM1 (mierny stupeň obrusovania betónu).

Pri odhadovaní rizika korózie výstuže v betóne treba zohľadniť vlhkostné pomery v podzemnej garáži, kvalitu betónu a použitú sekundárnu ochranu pojazdných plôch.

V priebehu novembra a decembra bola v podzemnej garáži sledovaná teplota a vlhkosť vzduchu pomocou termo-hygrometra umiestneného v 3. PP. Zaznamenané priemerné teploty a vlhkosť vzduchu v sledovanom období sú uvedené v tab. 1.

Relatívna vlhkosť vzduchu väčšia ako 70 % umožňuje koróziu výstuže v betóne. Betón s obsahom chloridov má zvýšenú schopnosť prijímať vlhkosť zo vzduchu (hygroskopicitu) a korózia výstuže prebieha aj pri relatívnej vlhkosti vzduchu 50 až 60 %.

Na základe uvedeného možno konštatovať, že vlhkosť vzduchu v podzemných garážach má hodnoty, ktoré umožňujú koróziu výstuže v betóne iniciovanú karbonatáciou betónu aj chloridmi.

Obsah CO₂ sa v bežnom prostredí vyskytuje v množstve približne 0,03 obj. %. V garážach dosahuje koncentrácia CO₂ niekoľkonásobne vyššie hodnoty, v priemere 0,2 %. Karbonatácia betónu je spojená s poklesom alkality betónu na hodnotu pH < 10, kedy sa stráca stabilita pasivujúceho povlaku na výstuži (depasivácia), čo vedie k plošnej korózií oceľovej výstuže.

Z obr. je zrejmé, že v konštrukciách hromadných garáží zhotovených z betónu pevnostnej triedy C30/37 (a vyššej) a s hrúbkou krycej vrstvy c_nom > 25 mm je výstuž dlhodobo chránená proti korózii iniciovanej karbonatáciou betónu aj napriek zvýšenému obsah CO₂.

Chloridy v betóne sú schopné iniciovať urýchlenú lokálnu koróziu výstuže aj v alkalickom prostredí betónu. Zvlášť citlivé sú stropné dosky viacpodlažných podzemných garáží, ak chloridmi kontaminovaná voda preniká trhlinami k výstuži pri jednom alebo pri oboch povrchoch dosky.

Obsah chloridov v betóne sa vyjadruje percentuálnym podielom chloridových iónov k hmotnosti cementu. Koncentrácia chloridov v úrovni výstuže sa porovnáva s kritickým obsahom chloridov vyvolávajúcim depasiváciu výstuže. Kritický obsah chloridov v betóne závisí na zložení betónu a environmentálnych podmienkach prostredia. Kritická úroveň chloridov pre železobetón je v intervale od 0,2 do 0,4 % [2]. Bolo však zistené, že ani pri hodnote Cl = 1 % neboli zistené stopy korózie, kým na druhej strane pri hodnote 0,1 % korózia výstuže zaznamenaná bola. Transport chloridov v povrchovej vrstve betónu prebieha predovšetkým formou kapilárnej nasiakavosti vody kontaminovanej chloridmi. Vo väčších hĺbkach od povrchu betónu prebieha najmä difúzia chloridových iónov k výstuži na základe rozdielu ich koncentrácie.

Trhliny v stropných doskách garáží urýchľujú karbonatáciu betónu a prienik chloridových iónov do betónu v mieste trhlín. V zásade rozlišujeme trhliny statické a technologické. Od statického zaťaženia vznikajú čiastočné trhliny pri hornom alebo dolnom povrchu, podľa znamienka ohybových momentov v doske. Deliace trhliny vyvolávajú objemové zmeny v betóne od zmeny teploty a/​​alebo vlhkosti betónu. Typický tvar trhlín v lokálne podopretých stropných doskách je zobrazený na obrázku. 

Z hľadiska trvanlivosti sú nebezpečné najmä deliace trhliny (príklad a) a d) na obrázku), ktoré môžu vzniknúť v stropnej doske jeden až tri dni po betonáži (označujeme ich ako skoré trhliny), alebo neskôr počas prevádzky (označujeme ich ako neskoré trhliny). Skoré trhliny vznikajú v dôsledku veľkej vodorovnej tuhosti masívnych stien a objemových zmien betónu, najmä od zmeny teploty. Neskoré trhliny vznikajú, resp. zväčšujú svoju šírku po priťažení konštrukcie úžitkovým zaťažením a od zmrašťovania betónu. Z klimatických vplyvov je najčastejšie rozhodujúce ochladenie konštrukcie počas prvej zimy.

V trhlinách možno očakávať výrazne vyššie hodnoty obsahu chloridov v betóne, čo poukazuje na význam ich včasného utesnenia a pravidelnej kontroly tesnosti počas celej životnosti dosiek.

Chloridmi kontaminovaná voda preniká cez trhlinu od horného povrchu dosky k výstuži a následne sa môže vodorovne šíriť na spodnom povrchu výstuže v dutine od sadania a plastického zmrašťovania betónu. Touto cestou môžu chloridy vyvolať koróziu výstuže na veľkej ploche dosky.

Z uvedeného vyplýva, že ak sa včas neprijmú opatrenia na utesnenie trhlín, môže v dôsledku v malej anodickej a veľkej katodickej oblasti korózneho článku prebiehať akcelerovaná bodová korózia výstuže. V nenápadnej trhline šírky 0,25 mm na povrchu pojazdnej plochy bola po 15 rokoch prevádzky garáže zistená 75 % strata prierezovej plochy výstuže Ø 10 mm pri hornom povrchu stropnej dosky (obr. 4). Z uvedeného je zrejmé, že najväčšie riziko trvanlivosti dosiek v hromadných garážach predstavuje kombinácia trhlín a chloridmi kontaminovanej vody.

Takmer všetky trhliny v stropných doskách hromadných garáži sú aktívne, to znamená, že v čase menia svoju šírku. Z hľadiska trvanlivosti a výberu sekundárnej ochrany pojazdných plôch je dôležité ohraničiť šírku trhlín a jej periodické zmeny. Súvisí to s obmedzenými schopnosťami sekundárnej ochrany premosťovať trhliny. Šírka trhlín v železobetónových konštrukciách sa kontroluje množstvom a priemerom výstuže. Stropné dosky garáží by mali byť preto kontinuálne vystužené po celej ploche dosky pri oboch povrchoch.

Na obmedzenie množstva a šírky trhlín je možné použiť aj smernicu pre vodonepriepustné betónové konštrukcie [5]. Vodonepriepustná doska bez deliacich trhlín sa dosiahne konštrukčnými, technologickými a výrobnými opatreniami. Základným konštrukčným opatrením pre stropné dosky je klzné uloženie dosky na steny, čo zmenší vynútené napätia od objemových zmien.

Hlavné technologické opatrenia pre stropné a základové dosky sú:

Primárnym výrobným opatrením je včasné ošetrovanie betónu proti vysychaniu, zohrievaniu (v lete) a ochladzovaniu (v zime).

Aj v prípade, že na pojazdnej ploche trhliny nevzniknú, sa odporúča plošná sekundárna ochrana. Pojazdné plochy s plošným ochranným systémom majú stupeň prostredia XC3, bez plošnej ochrany XD3. Hrúbka betónovej krycej vrstvy pre stupeň XC3 je 25 mm, pre stupeň XD3 45 mm. S narastajúcou hrúbkou krycej vrstvy klesá schopnosť výztuže prenášať tahové napätie v povrchovej vrstve a tým obmedziť šírku trhlín, ktoré sa môžu prejaviť počas prevádzky garáže.

V masívnych základových doskách treba deliace trhliny utesniť nielen pred vozidlami zavlečenou kontaminovanou vodou, ale aj pred tlakovou podzemnou vodou [6]. Táto by mohla plošný ochranný systém porušiť. V trhlinách, v závislosti od pomeru výšky hladiny podzemnej vody k hrúbke základovej dosky a šírke trhlín, môže dôjsť k samoutesneniu trhlín [7]. Pre základové dosky sa preto odporúča urobiť termodynamický a napätostný výpočet, ktorý môže zmenšiť riziko vzniku presakujúcich trhlín a tým aj náklady na ich dodatočné utesnenie [8].

Na zabezpečenie plánovanej životnosti konštrukcií hromadných garáží sa používajú primárne a sekundárne opatrenia. V prípade, že sa pri návrhu alebo zhotovovaní dostatočne nezohľadnili požiadavky primárnej ochrany betónu, alebo je táto ochrana vzhľadom na agresivitu prostredia nedostatočná, vyžaduje sa sekundárna ochrana betónu pojazdných plôch. Zásada a metódy na ochranu proti vnikaniu škodlivých činiteľov, ktoré sú vhodné na sekundárnu ochranu pojazdných plôch, sú uvedené v tab. 2.

Pri návrhu sekundárnej ochrany pojazdných plôch hromadných garáží sa zohľadňuje aj aktuálny stav pojazdných plôch. V  železobetónových doskách s trhlinami so šírkou w ≤ 0,4 mm je vhodná aplikácia pružného náterového systému so schopnosťou premostenia aktívnych trhlín na pojazdných plochách. Ak sa v doskách vyskytujú alebo očakávajú aj širšie trhliny, potom je v závislosti od šírky trhlín možné použiť kombináciu pružného náterového systému s injektovaním alebo bandážovaním trhlín. Ak výstuž v doske už koroduje, je potrebné tento proces zastaviť. V posledných rokoch bola zaznamenaná zvýšená účinnosť inhibítorov korózie výstuže, ktoré sa v kvapalnej forme striekajú na povrch betónu.

Problematika životnosti pojazdných plôch hromadných garáží je veľmi aktuálna, najmä pre stropné dosky a rampy. Kombinácia agresívneho prostredia, predovšetkým prítomnosť chloridov, v kombinácii s výskytom trhlín významne zmenšuje ich trvanlivosť. Vhodne vybrané a včasne aplikované ochranné náterové systémy sú účinný spôsob sekundárnej ochrany na predĺženie životnosti dosiek hromadných garáží.

Požiadavky na vlastnosti, kontrolu kvality a hodnotenie zhody povrchových ochranných systémov uvádza EN 1504 – 2 [9], ale aj viaceré národné predpisy. Najviac prepracované a rozšírené sú nemecké predpisy, ktoré uvádzajú pre pojazdné plochy parkovacích garáží povrchové ochranné systémy (OS) triedy OS 8, OS 10 a OS 11.

Ako sekundárne opatrenia sú vhodné pružné náterové systémy so schopnosťou prekrývať trhliny (OS 10 a OS 11), resp. kombinácia nepružných náterových systémov (OS 8) s injektovaním alebo bandážovaním trhlín. Pružné náterové systémy sa vzhľadom na celkovú životnosť, prevádzkové náklady a náklady na údržbu považujú za najvýhodnejší variant sekundárnej ochrany betónu pojazdných stropných dosiek. Nepružné náterové systémy v kombinácii s injektovaním sú vhodné na sekundárnu ochranu pojazdných základových dosiek vystavených tlaku podzemnej vody. Pracovné škáry medzi doskami a stenami (stĺpmi) sa utesňujú vytiahnutím ochranného systému minimálne 150 mm nad pojazdnú plochu.

O spáde stropnej dosky rozhoduje investor. Projektant by mal investora upozorniť na výhody a nevýhody spádového, resp. bezspádového variantu.

Systém na ochranu horného povrchu pojazdných plôch hromadných garáží sa volí na základe existujúcich alebo očakávaných chýb a porúch dosiek a zásad a metód na ochranu povrchu betónu, ktoré stanovuje EN 1504 – 9 [1]. Varianty ochranných systémov podľa smernice [10] sú uvedené v tab. 4.

Pri výbere náterového systému boli často problémy s požiadavkami na jeho pružnosť, mechanickú odolnosť a protišmykové vlastnosti. V posledných rokoch sa osvedčili dvojzložkové polymočovinové (polyurea) nátery, ktoré spĺňajú všetky uvedené požiadavky. Vzhľadom na rýchle tuhnutie, rozťažnosť pri pretrhnutí ~400 %, pevnosť v ťahu väčšiu ako 20 MPa a schopnosť premosťovať dynamické trhliny triedy B 4.2. [12] sa dá očakávať ich široké uplatnenie na sekundárnu ochranu betónu.

Tlaková injektáž trhlín je popri povrchových ochranných systémoch najrozšírenejšia metóda tesnenia trhlín. Požiadavky na riadenie kvality a hodnotenia zhody pri injektovaní trhlín uvádza STN

EN 1504 – 5 [13].

V podzemných garážach vznikajú v 1. PP od synergického účinku teplotných zmien a úžitkového zaťaženia väčšie zmeny šírky trhlín. V nižších podzemných podlažiach sú teplotné rozdiely menšie, tam vyvolávajú väčšie zmeny šírky trhlín najmä účinky úžitkového zaťaženia. Trhliny v stropných doskách a rampách preto treba považovať za aktívne. Navrhnutý pružný náterový systém zabezpečí sekundárnu ochranu stropnej dosky premostením trhlín so šírkou w₀ < 0,4 mm. Zmeny šírky trhlín so šírkou w₀ ≥ 0,4 mm náterový systém nepremostí (s výnimkou vyššie uvedených polyurea náterov), preto sa tieto trhliny utesňujú pružným injektážnym materiálom, najčastejšie na báze nízkoviskóznej polyuretánovej živice. Cieľom injektovania je úplné vyplnenie trhliny tlakom živice cez injektážny ventil a šikmý vrt. Pre stropné dosky je vhodný vrt pod uhlom približne 45° (križovanie trhliny približne v strede hrúbky dosky), pre základové dosky pod uhlom 45 až 60° (križovanie trhliny v 2/3 hrúbky dosky).

Po zatvrdnutí polyuretánovej živice sa pre trhliny šírky w ≥ 0,3 mm môže uvažovať so zmenou šírky Δw ≤ 0,05 w a pre w ≥ 0,5 mm so zmenou Δw ≤ 0,1 w. To znamená, že trhliny so šírkou w < 0,3 mm budú trvanlivo utesnené iba v prípade, ak zmeny šírky trhliny budú veľmi malé [14]. Injektovanie trhlín je optimálne v čase ich najväčšej šírky, pri trhlinách od objemových zmien betónu pri nižších teplotách (minimálne 6 °C). Vzdialenosť medzi injektážnymi ventilmi nemá byť väčšia ako polovina hrúbky dosky [15].

V súvislosti s injektovaním trhlín treba upozorniť, že zaliatie alebo injektovanie aktívnych trhlín materiálom na báze epoxidových živíc nie je vhodné. Epoxidové živice majú väčšiu pevnosť v ťahu ako betón, pri obmedzení skrátenia betónovej dosky vzniknú v blízkosti pôvodnej trhliny nové trhliny.

Pri sekundárnej ochrane pojazdných plôch sa osvedčili pevné náterové ochranné systémy OS 8 na báze epoxidových živíc. Sú trvanlivé, mechanicky odolné a cenovo dostupné. Ich nevýhodou je neschopnosť premostenia aktívnych trhlín. Utesnenie aktívnych trhlín pojazdných plôch sa pri aplikácii ochranného systému OS 8 najčastejšie kombinuje s pružným injektovaním trhlín. V súčasnosti sa uplatňuje aj alternatíva lokálneho utesnenia aktívnych trhlín pomocou bandáže.

Bandáž musí zabezpečiť:

Postup bandážovania trhliny na pojazdnú plochu s existujúcim náterovým systémom:

Bandážovanie aktívnych trhlín je cenovo výhodná alternatíva k celoplošnej sekundárnej ochrane pojazdných plôch. Rýchlo reaktívny polymetylmetakrylát umožňuje rýchle, provizórne alebo dlhodobé utesnenie trhlín pojazdných plôch bandážovaním.

Ak sa počas prevádzky garáže zistia podmienky pre koróziu výstuže v betóne alebo sa na povrchu betónu prejavia účinky korózie výstuže, je treba urobiť okamžité opatrenia na pasiváciu výstuže. STN EN 1504 – 9 [1] uvádza zásady 10 a 11, ktoré umožňujú katodickú ochranu výstuže, resp. úpravu anodickej oblasti korodujúcej výstuže.

V posledných rokoch bola zaznamenaná zvýšená účinnosť multifunkčných inhibítorov korózie výstuže, ktoré sa v kvapalnej forme striekajú na povrch betónu. Jedná sa o látky, ktoré migrujú k výstuži a v jej bezprostrednom okolí vytvárajú chemickú bariéru. Tá bráni prístupu chloridových iónov k výstuži a eliminuje katodické a anodické reakcie korózie výstuže. Na overenie účinnosti nízko viskózneho jednozložkového inhibítora korózie výstuže na báze silanov boli v roku 2015 urobené skúšky na Ústave Eduardo Torroja v Madride [16]. Výstuž bola uložená v štandardných maltových vzorkách s 2% obsahom NaCl v zámesovej vode. Inhibítor bol nanesený na povrch vzoriek podľa technického listu výrobcu a v rôznych časových obdobiach bola vyhodnotená rýchlosť korózie výstuže Icorr [µA/​​mm2], výsledky sú zobrazené na obrázku.

Z obrázku je zrejmé, že použitím inhibítora sa znížila rýchlosť korózie pod hodnotu 0,001 µA/​​mm². Oceľová výstuž v betóne sa považuje za pasivovanú, ak rýchlosť korózie je menšia ako 0,002 µA/​​mm². Podobné výsledky boli dosiahnuté aj pre karbonatáciou betónu iniciovanú koróziu výstuže.

Vzhľadom na zvýšené požiadavky na statickú dopravu je problematika životnosti pojazdných plôch hromadných garáží veľmi aktuálna. Kombinácia agresívneho prostredia (chloridy) a výskytu trhlín významne zmenšuje trvanlivosť najmä stropných dosiek a rámp. Sekundárna ochrana pojazdných plôch hromadných garáží musí byť navrhnutá tak, aby zohľadňovala aktuálny stav konštrukcie, agresivitu prostredia a plánovanú životnosť. Vhodne vybrané a včasne aplikované ochranné náterové systémy, injektovanie a bandážovanie trhlín alebo ich kombinácie sú účinné spôsoby sekundárnej ochrany na predĺženie životnosti pojazdných plôch stropných i základových dosiek hromadných garáží. Na zastavenie korózie výstuže sa odporúča použitie multifunkčných inhibítorov korózie výstuže.

Na základe skúseností autorov je možné konštatovať, že závažné poruchy pojazdných plôch hromadných garáží sa často neprejavujú v záručnej dobe, ale až po 15 až 30 rokoch prevádzky. Požadovaním intenzívnej údržby sa riziko pripíše majiteľovi (správcovi) garáže, pravdepodobne bez toho, aby si ten uvedomoval dôležitosť údržby. Takýto scenár môže byť prospešný pre projektanta a zhotoviteľa, je však v rozpore so zásadami trvalo udržateľného rozvoja.