Súčasné hydroizolačné kryštalizačné látky

Princípy hydroizolácií pomocou kryštalizačných hmôt sú známe už dlhší čas. Článok sa zaoberá vývojom nových druhov hydroizolačných kryštalizačných náterov a stierok zvyšujúcich plynotesnosť a vodotesnosť betónov, ktoré sú založené na princípoch vnútornej kryštalizácie a zároveň využívajú druhotné suroviny.

Z hľadiska použitia betónu ako konštrukčného materiálu je jednou z mnohých dôležitých vlastností jeho trvanlivosť a vodotesnosť. Na trvanlivosť betónu má škodlivý vplyv zvýšený obsah vody v kapilárach a póroch.

Rýchlosť a stupeň poškodenia betónovej štruktúry závisí od pórovitosti, miery prevlhčenia a množstva zmrazovacích cyklov. Môžu ho však sprevádzať aj ďalšie vplyvy, akými sú pôsobenie kyslých plynov, vo vode rozpustných chloridov, nitrátov, karbonátov a síranov. Vplyvom zvýšeného množstva CO₂ v kapilárach spolu s prítomnosťou vody v kapilárach následne dochádza k reakcii s hydroxidom vápenatým Ca(OH)₂ za vzniku uhličitanu vápenatého CaCO₃. Tento proces je spojený so znížením hodnoty pH až na hodnotu 9, čím sa stráca alkalická ochrana proti korózii výstuže.

Tieto javy sú v teórii trvanlivosti dobre známe, preto cieľom ochrany betónových konštrukcií je zamedziť pôsobeniu vyššie spomenutých vplyvov tak primárne, ako aj sekundárne. Všeobecnou snahou je maximálnym možným spôsobom blokovať prienik oxidu uhličitého a kyslíka k oceľovej výstuži, aby sa zabránilo vzniku jej elektrochemickej korózie. To možno zabezpečiť navrhovaním vyšších tried betónu, ktoré sú však často zo statického hľadiska nevyužité. Jedným z dôležitých prostriedkov, ako chrániť betónovú štruktúru, je využitie kryštalizačných látok – jednak v podobe kryštalizačných prísad, jednak vo forme kryštalizačných náterov a stierok.

Kryštalizačný proces a izolačné hmoty
Kryštalizácia či rast kryštálov – vytváranie pravidelnej štruktúry – je druh fázovej premeny, pri ktorej dochádza k pravidelnému usporiadaniu častíc do kryštálovej mreže. Kryštalizácia je síce spojená s pevnou fázou látky, avšak aj látky amorfné (t. j. nekryštalické) môžu byť za daných podmienok rovnako pevné.

Všetky typy kryštalizačných izolačných hmôt sú založené na podobnom funkčnom princípe. Jeho základom je chemická reakcia, vďaka ktorej prebehne v pórovom a kapilárnom systéme betónu dodatočný kryštalizačný proces, katalytická reakcia, ktorej dôsledkom je zaplnenie prakticky všetkých kapilárne aktívnych pórov betónu špeciálnymi kryštálmi (obr. 1). Tento proces prebieha vždy v hmote (nikdy nie iba na povrchu), a to aj v prípade aplikácie formou náteru alebo vsypaním.

Nevyhnutnou podmienkou na dodatočnú kryštalizáciu je však prítomnosť vody v kapilárnych póroch betónu na určitý minimálny čas nevyhnutný na to, aby dodatočná kryštalizácia prebehla v požadovanom rozsahu. Preto je vhodné použiť systém v podmienkach, kde je konštrukcia neustále zaťažená vodou. Platí, že čím viac voda presakuje, tým viac sa póry zapĺňajú kryštálmi.

Kryštalizačné izolačné hmoty sa využívajú na sanáciu starších betónových konštrukcií (vo forme náteru), ktoré vykazujú neustále známky plošného priesaku.

Kryštalizáciu ovplyvňujú faktory ako:

• pórovitá štruktúra cementového kameňa,
• prítomnosť vody,
• spôsob použitia kryštalizačnej hmoty.

Rozdelenie kryštalizačných látok
Kryštalizačné látky sa podľa použitia delia do dvoch skupín na:

• kryštalizačné komplexne anorganické prísady – používajú sa ako prísada pri výrobe betónovej zmesi, v ktorej účinné látky migrujú do pórového systému betónu a následnou riadenou kryštalizáciou ho úplne utesnia. Tieto prísady sú schopné utesniť i bežné pracovné škáry a trhliny, ktoré vznikli zmrašťovaním alebo pod vplyvom teploty. Výsledkom tejto technológie je zabezpečenie extrémnej vodotesnosti betónovej, resp. železobetónovej konštrukcie;
• kryštalizačné izolačné hmoty – aplikujú sa väčšinou formou náterov (prípadne nástrekov) na povrch konštrukcie. Tento typ je v podstate jediný plošný spôsob sanácie starších betónových konštrukcií zaťažených vlhkosťou, ktorý priamo spolupôsobí s pôvodnou konštrukciou. Pri použití tohto typu aplikácie na sanáciu nezáleží na veku betónovej konštrukcie. Pred aplikáciou je, samozrejme, potrebná úprava existujúceho povrchu, najmä očistenie od povrchových nečistôt a dôkladné navlhčenie povrchu konštrukcie. Úpravou sa zabezpečí, aby povrchové póry a kapiláry boli otvorené. Samotná kryštalizačná izolačná hmota sa nanáša jednou alebo dvoma vrstvami hrúbky 1 až 1,5 mm špeciálnym štetcom, prípadne sa strieka. Aby kryštalizácia prebehla v dostatočnej miere, treba zabezpečiť prítomnosť vody v kapilárach – povrch konštrukcie sa preto musí vlhčiť.

Aplikácie
Silikátové hydroizolačné materiály s kryštalizačnými účinkami možno aplikovať na betónovú konštrukciu niekoľkými spôsobmi. Konkrétny typ aplikácie a tomu zodpovedajúci druh kryštalizačného materiálu sa volia v závislosti od typu konštrukcie. Ďalším kritériom voľby je finančné hľadisko, pretože najmä pri nových konštrukciách sa dá výberom vhodnej formy aplikácie ušetriť.

Materiály možno aplikovať formou:
•    náteru,
•    nástreku,
•    prímesi,
•    vsypaním,
•    kryštalizačných rýchlotuhnúcich tmelov.

Možnosti využitia druhotných surovín
Výber vhodnej druhotnej suroviny je založený na charakterizujúcich parametroch, a to technických, technologických alebo ekonomických (napr. ak je potrebná úprava pred použitím). Príkladom použitia multikriteriálnej analýzy je tab. 1, ktorá uvádza vlastnosti jednotlivých druhotných surovín – predovšetkým nevhodné až kritické chemické a mineralogické zloženie, zrnitosť a mernú hmotnosť. Červené polia v tabuľke znázorňujú parameter, ktorý krajne limituje možnosti využitia druhotnej suroviny na kryštalizačné hydroizolačné stierky.

Tabuľka opisuje jednotlivé parametre odpadov. Z chemického zloženia vyplýva obsah škodlivých látok a limitné obsahy sledovaných látok: SO₃ max. 4 %, MgO max. 5 %, CaO max. 4 %, Cl max. 1 %, alkálie K₂O, Na₂O max. 4 %. Mineralogické zloženie poukazuje na prítomnosť nežiaduceho voľného CaO, MgO a ettringitu. Zrnitosť by nemala presiahnuť 0,5 mm, čo je maximálna zrnitosť cementu. Cena druhotných surovín je približná; mala by, samozrejme, spĺňať podmienku cenovej výhodnosti odpadu oproti cene cementu. Parametre balenia opisujú, či možno odpad exportovať, alebo treba zabezpečiť vlastnú dopravu. Nevyhnutné úpravy pred použitím zvyšujú energetickú náročnosť a limitujú možnosť použitia odpadu. Výnimku tvorí veľké množstvo, ale treba porovnávať výdavky na druhotné suroviny s cenou cementu.

Tab. 1: Optimalizačné parametre druhotných surovín

Vlastnosti kryštalických náterov a stierok
V súčasnosti prebieha skúšanie novonavrhnutých hmôt, pri ktorých došlo k čiastočnej modifikácii odpadovými surovinami. Riešia sa otázky technologických kritérií, ako je jednoduché nanášanie, nestekavosť, aplikovateľnosť v čo najväčšom teplotnom rozpätí, prijateľný vzhľad ošetrenej konštrukcie, vyhovujúca skladovateľnosť i jednoduchá príprava in situ.

Okrem toho sa na vzorkách vykonáva niekoľko ďalších skúšok:

• povrchová nasiakavosť (731357) ČSN 73 1357-2,
• nasiakavosť (731357) ČSN 73 1357-2,
• kapilárna vzlínavosť (731357) ČSN 73 1357-2,
• objemová hmotnosť (731302) ČSN EN 12390-7 (zodpovedá STN EN 12390-7)
• charakteristika vzduchových pórov (722325) ČSN EN 480-11 (zodpovedá STN EN 480-11)
• vzduchová priepustnosť (73 0572) ČSN EN 12114 (zodpovedá STN EN 12114)
• odolnosť proti karbonizácii (73 2142) ČSN EN 13295 (zodpovedá STN EN 13295)
• hĺbka priesaku tlakovou vodou (73 1302) ČSN EN 12390-8 (zodpovedá STN EN 12390-8)
• pevnosť v tlaku (731302) ČSN EN 12390-3 (zodpovedá STN EN 12390-3)
• pevnosť v ťahu ohybom (731302) ČSN EN 12390-5 (zodpovedá STN EN 12390-5)
• pevnosť v priečnom ťahu (731302) ČSN EN 12390-6 (zodpovedá STN EN 12390-6)

Pri skúšaní sa riešia jednotlivé modifikačné pomery, vyhodnocovanie technologických parametrov, zaznamenávanie a optimalizácia parametrov aplikovateľnosti a pod. Na základe prvotných výsledkov možno konštatovať, že pri vývoji nových modifikovaných hmôt na báze kryštalizácie možno vhodne využiť druhotné suroviny pri zachovaní požadovaných vlastností, ktoré sa na tieto nátery kladú. Ako reálna sa javí možnosť využitia nových receptúr v praxi. Viac sa bude dať prehlásiť až v roku 2010 po uzavretí celého výskumného projektu.

Uvedená problematika sa rieši v rámci vedecko-výskumného zámeru MSM 0021630511 Progresívne stavebné materiály s využitím druhotných surovín a ich vplyv na životnosť konštrukcií a v rámci projektu MPO FT-TA4/013 Výskum a vývoj špeciálnych plynotesných hydroizolačných náterov a stierok proti prieniku ekologicky nebezpečných látok.

prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., Ing. Pavla Matulová, Ing. Pavel Dohnálek
Foto: autori, archív JAGA

Rostislav Drochytka pracuje ako vedúci Ústavu technológie stavebných hmôt a dielcov FAST VUT v Brne. Jeho vedeckou špecializáciou je predovšetkým trvanlivosť stavebných materiálov a predikácia životnosti stavieb. Okrem toho sa zaoberá i možnosťou ochrany stavebných konštrukcií aplikáciou vhodných typov sekundárnej ochrany, ako aj vývojom rôznych druhov hmôt s využitím odpadových surovín.

Pavla Matulová pracuje na Ústave technológie stavebných hmôt a dielcov FAST VUT v Brne.

Pavel Dohnálek pracuje ako technický manažér firmy Betosan, s. r. o., a je doktorandom na FAST VUT v Brne so zameraním na hydroizolačné materiály.

Literatúra
1. Drochytka, R. – Matulová, P.: Byproduct optimalization for fine spreaded coating with secondary crystalization 2008. XII. International conference of research institute of building material.
2. Pazderka, J.: Principy použití krystalizačních hydroizolací. Katedra konštrukcií pozemných stavieb FSv ČVUT v Prahe.
3. Janovský, R.: Metody zajištění vodotěsnosti a plynotěsnosti betonu. FAST VUT v Brne, 2008.
4. Bohuš, Š.: Kapalinotěsnost a plynotěsnost betonu a možnosti jejich ovlivňování. FAST VUT v Brne, 2008.
5. Pytlík, P.: Optimalizace a užití stavebních látek. FAST VUT v Brne.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.