Úspešne realizovaná injektáž trhlín v betóne

V stavebnej praxi patrí lokálna injektáž trhlín a dutín k bežným činnostiam spojeným s betónom. Predpokladom účinne realizovanej injektáže je správne zvolený typ injektážneho materiálu v závislosti od typu trhliny a prostredia, v ktorom sa betónová konštrukcia nachádza, a dodržanie technologického postupu

Ako injektážne materiály sa používajú polymérne tvrdnúce a hydraulicky tvrdnúce injektážne materiály. Výber injektážneho materiálu závisí od jeho mechanických vlastností pri určitej teplote. Minerálne injektážne materiály so zá­kladným spojivom – cementom sa správajú podobne ako betón. Mechanické vlastnosti polymérnych minerálov (duroméry, elastoméry) závisia od teploty. Schopnosť pretvorenia sa líši v závislosti od rozsahu zosklovatenia.

Vlhkosť
Dôležitou obmedzujúcou podmienkou pri výbere injektážneho materiálu je vlhkosť betónu, pretože rôzne injektážne materiály reagujú v priebehu procesu tvrdnutia na vodu rôznym spôsobom. Rozlišujú sa tieto stavy vlhkosti: suchý, vlhký a vodopriepustný, pričom stupeň priepustnosti sa rozdeľuje podľa množstva vody pretekajúcej cez porušené miesto v závislosti od tlaku. Ako suché sa označujú trhliny a dutiny, pri ktorých nie je možné zistiť prítomnosť vody. Ako vlhké sa charakterizujú trhliny a dutiny, ktoré vykazujú zmenu farebného odtieňa v oblasti trhliny alebo dutiny spôsobenú vlhkosťou bez viditeľného výronu vody. Ak voda vyteká po kvapkách, ide o pretekanie vody bez tlaku (vodopriepustné bez tlaku). Výtok vody v neprerušovanom prúde rovnako ako vodu striekajúcu cez trhlinu možno vyhodnotiť ako pretekanie vody pod tlakom (vodopriepustné pod tlakom). Primárne sa však posudzuje vzhľad povrchu konštrukcie (poruchy). Vo výnimočných prípadoch sa môže realizovať odber vzoriek pomocou jadrových vývrtov.

Viskozita
Z praktického hľadiska je pri voľbe injektážneho materiálu veľmi dôležitým faktorom aj viskozita zmesi. Významne určuje hranice jeho použitia. Z pohľadu viskozity možno s polymérnymi injektážnymi materiálmi (reakčnými živicami) realizovať injektáž trhlín so šírkou od 0,1 mm. Vzhľadom na kapilárne vzlínanie sú umelé živice schopné preniknúť až do koreňa trhliny a porovnateľných rozvetvení. Použitie minerálnej suspenzie je obmedzené na injektáž širších trhlín v závislosti od štruktúry častíc spojiva. Navyše trhliny nemožno naplniť minerálnymi suspenziami až po ich koreň. Preto sa týmto spôsobom nedá zabezpečiť utesnenie trhlín.

Elastomérové živice
Medzi tesniace injektáže s najširším spektrom použitia patria elastické injektážne materiály na báze polyuretánu (PUR). Elastomérovými elastickými a pórovitými živicami s nízkou viskozitou možno utesniť trhliny alebo dutiny nezávisle od ich vlhkostného stavu.

Na tesniacu injektáž v prípade premenlivých šírok trhlín možno použiť elastické produkty s viskozitou asi 100 mPa . s. Živice s vyššou viskozitou vyžadujú pri rovnakých šírkach trhlín použitie vyššieho, v niektorých prípadoch neakceptovateľného injektážneho tlaku. S nízkoviskóznym systémom možno utesniť trhliny so šírkou asi od 0,1 mm. V prípade všetkých polymérnych injektážnych materiálov viskozita po zmiešaní zložiek rýchlo narastá. Nárast viskozity vyplývajúci z reakcie materiálov obmedzuje čas spracovateľnosti, ktorý sa končí pri prekročení zmesovej viskozity 1 000 mPa . s. Technologicky možno čas spracovateľnosti vyplývajúci z reakcie obísť použitím dvojzložkovej injektážnej pumpy.

Na dočasné zastavenie priesaku vody v prípade injektáže proti tlakovej vode možno použiť rýchlopeniace živice rovnakej materiálovej bázy (SPUR). Tieto živice tvoria pri kontakte s vodou vo veľmi krátkom čase penu s veľkým nárastom objemu s jemnými a otvorenými pórmi. Pre otvorenú pórovitú štruktúru sú tieto peniace živice vodotesné iba obmedzený čas. Po ich použití sa musí vždy realizovať ešte trvalo účinná tesniaca injektáž na uzatvorenie pórov.

Použitie peniacej živice by sa malo obmedziť na nevyhnutné prípady s prerušovanou aplikáciou. Elastomérové peny reagujú veľmi rýchlo, potrebujú iba niekoľko sekúnd (prípadne minút) na to, aby sa zmiešali a zreagovali s vodou. Pre rýchlu reakciu možno účinok stlačeného množstva živice pozorovať iba pri realizácii injektáže v intervaloch. Pri správnom použití elastomérovej peny sa vyplnia iba nevyhnutné miesta, len s čiastočnou viditeľnosťou vystúpenia peny na povrchu trhliny. Pre následnú hlavnú injektáž s trvalo utesňujúcou elastomérovou živicou postačí zníženie tlaku vody.

Úspešné odstránenie trhlín elastomérovou živicou s nízkou viskozitou a vysoko reaktívnou živicou sa realizovalo na podkladovej betónovej doske čističky odpadových vôd (obr. 1), ktoré boli zistené v priebehu udržiavacích prác. Cez vzniknuté trhliny hrozila exfiltrácia a infiltrácia vody.

Obr. 1 Vodopriepustné deliace trhliny v podkladovom betóne čističky odpadových vôd	Obr. 2 Trhlina pripravená na injektáž pomocou vŕtaných pakrov

Hrúbka podkladovej betónovej dosky vyžadovala pomerne veľké vzdialenosti pakrov (obr. 2). Pri trhlinách s hĺbkou od 60 cm treba zvyčajné usporiadanie pakrov prispôsobiť existujúcim podmienkam. Utesnenie trhlín bolo úspešné aj napriek zložitým pomerom, v ktorých sa realizovalo. Voľba tesniacej živice vychádzala v tomto prípade z požiadavky na jej chemickú odolnosť proti komunálnej odpadovej vode.

Aplikačný profil elastomérovej živice vhodnej na tesniacu injektáž vodopriepustných trhlín so šírkou od 0,1 mm priepustných stavebných objektov možno formulovať takto:

• viskozita < 100 mPa . s,
• čas spracovateľnosti > 20 minút pri po­užití jednozložkových injektážnych púmp,
• rýchla reakcia pri kontakte s vodou v priebehu injektáže,
• elasticita v teplotnom rozsahu použitia (prípadne použitie katalyzátora),
• kombinovateľnosť s elastomérovou penou v prípade silného výronu vody,
• doklad o vhodnosti použitia na aplikácie, pri ktorých sa predpokladá styk živice s pitnou vodou alebo s podzemnou vodou podľa smernice REACh,
• zhoda vlastností s technickým a normatívnymi požiadavkami sa na tento produkt vyhlasuje s STN EN 1504-5: 2005 Výrobky a systémy na ochranu a opravu betónových konštrukcií. Definície, požiadavky, riadenie kvality a hodnotenie zhody. Časť 5: Injektáž betónu.

Dutiny možno elastomérovou živicou injektovať pri akomkoľvek stave vlhkosti za podmienky neobmedzenia stability spôsobenej dutinami v betóne. Aby sa transportné cesty pre trvalo utesňujúcu živicu udržali maximálne voľné, malo by sa použitie elastomérovej peny úplne vylúčiť.

Elastomérová živica s nízkou viskozitou a s dlhým časom spracovateľnosti sa rovnako úspešne použila na utesnenie priesakov stropnej konštrukcie podzemnej garáže (obr. 3) Prenikajúca voda spôsobila premočenie stropu. Premočenie sa nedalo priradiť žiadnemu viditeľnému obrazcu trhlín, preto sa predpokladalo, že príčinou boli dutiny v betóne. Na odstránenie poruchy sa zvolilo použitie lokálnej rastrovej injektáže.

Duromérové živice
Duromérové pevné reakčné živice na epoxidovej báze (EP) sa odporúča použiť v prípadoch, ak sa v suchých stavebných dielcoch dajú rozoznať porušené miesta a existuje možnosť ich injektáže pred možným zaťažením vodou. Na injektovanie vlhkých alebo vodou vyplnených trhlín sú vhodné výhradne špeciálne duromérové živice znášajúce vlhkosť, ktoré sa vyrábajú na epoxidovej alebo polyuretánovej báze. Duromérové živice určené na injektáž neobsahujú rozpúšťadlá, majú nízku viskozitu a sú pevné v tlaku a v ťahu. Výber duramérovej živice závisí od viskozity, vývoja pevnosti a znášanlivosti s vlhkosťou.

Nárast viskozity vyplývajúci z reakcie živice obmedzuje čas spracovateľnosti, a to aj v prípade duromérových živíc. Pri duromérových živiciach je rozhodujúci nárast teploty reaktívnej injektážnej zmesi. Medzná viskozita asi 1 000 mPa . s sa dosahuje krátko po prekročení teploty živice 40 °C. Tak možno obmedziť čas spracovateľnosti na čas do prekročenia medznej teploty materiálu 40 °C. Nárast pevnosti reakčnej duromérovej živice je rýchly.

Opakovaná injektáž priestoru vyplneného duromérovou živicou nie je po úplnom vytvrdnutí živice možná. Medzi vrstvami duromérovej živice rôzneho veku sa nedá zaručiť dostatočne silné spojenie.

Aplikačný profil duromérovej živice určenej na tesniaciu injektáž suchých trhlín od šírky 0,1 mm je takýto:

• viskozita < 100 mPa . s,
• čas spracovateľnosti > 20 minút pri po­užití jednozložkových injektážnych púmp,
• znášanlivosť s vlhkosťou na aplikácie s predpokladaným stykom s vodou,
• doklad o vhodnosti použitia na aplikácie, pri ktorých sa predpokladá styk živice s pitnou vodou alebo s podzemnou vodou podľa smernice REACh,
• zhoda vlastností s technickým a normatívnymi požiadavkami sa na tento produkt vyhlasuje s STN EN 1504-5: 2005 Výrobky a systémy na ochranu a opravu betónových konštrukcií. Definície, požiadavky, riadenie kvality a hodnotenie zhody. Časť 5: Injektáž betónu.

Injektáž dutín duromérovou živicou možno odporúčať iba v prípade dutín s malým objemom, rádovo ≤ 100 cm3. Exotermická reakcia, ako aj termická rozťažnosť môžu spôsobiť poškodenie v štruktúre tak živice, ako aj betónu. Z dôvodu značných rozdielov vo veličinách deformácie sa mení aj tuhosť betónu vyplneného duromérovou živicou.

Obr. 4 Trhliny v podkladovej betónovej doske podzemnej garáže	Obr. 5 Injektáž trhlín pomocou lepených pakrov

Injektáž duromérovou živicou sa úspešne realizovala na odstránenie poruchy podkladovej dosky v podzemných garážach (obr. 4). Jej použitím sa dosiahlo obnovenie silového, tesného spojenia. Injektovalo sa pomocou lepených pakrov ešte pred preniknutím vody alebo škodlivých látok do trhlín (obr. 5). Injektážou sa dosiahlo pevné zlepenie bokov trhlín, takže sa stali nepriepustnými. Na kontrolu úspešnosti injektovania sa odobrala vzorka jadrového vývrtu. Odobratá vzorka jednoznačne preukázala, že deliaca trhlina bola úplne vyplnená (obr. 6).

Minerálne suspenzie
Minerálne suspenzie na báze cementu sa odporúča v porovnaní s reakčnými živicami aplikovať v prípade trhlín v betóne, ktorých šírka je väčšia ako šírka trhlín považovaných za priepustné. V priebehu dlhej fázy tvrdnutia je výskyt zmeny šírky trhlín škodlivý. Aby sa v priebehu injektáže nenarúšala homogenita zmesi v dôsledku nepriaznivých pomerov prúdenia materiálu, vyžaduje si ich aplikácia nízky injektážny tlak. Použitie minerálnych suspenzií má preto množstvo nezanedbateľných obmedzení.

Minerálna suspenzia na báze cementu sa vyrába z jemne mletého cementu, prísad (aditív) a vody. Aby sa dosiahla vysoká miešacia energia, potrebná na oddelenie jemných častíc suspenzie od seba a ich homogénne rozdelenie v rozmiešanej zmesi (obr. 7), treba na jej miešanie použiť špe­ciálne miešačky. Proces miešania rozhoduje o vlastnostiach injektážnej suspenzie. Čas miešania je spravidla 10 minút.

Silový styk spojenia realizovaného cementovou injektážou závisí od parametrov plniva. Na základe obmedzených vlastností spojiva v ťahu možno trhliny vypĺňané minerálnymi suspenziami zaťažovať ťahom len v obmedzenom rozsahu. Pevnosť v tlaku je vyššia. Hodnota silového spojenia je celkovo na úrovni hodnoty pevnosti betónu triedy C30/37.

Cementové injektáže charakterizuje:

• viskozita < 50 mPa . s, čas vytekania < 60 s,
• obmedzená veľkosť častíc,
• žiadna podstatná zmena vlastností, ktoré by mohli byť spôsobené časom spracovateľnosti alebo kontaktom s vodou v priebehu injektáže,
• dlhý čas spracovateľnosti,
• objemová stálosť počas procesu tvrdnutia,
• použiteľnosť v injektážnom systéme,
• zhoda vlastností s technickým a normatívnymi požiadavkami sa na tento produkt vyhlasuje s STN EN 1504-5: 2005 Výrobky a systémy na ochranu a opravu betónových konštrukcií. Definície, požiadavky, riadenie kvality a hodnotenie zhody. Časť 5: Injektáž betónu.

Suspenzie sa odporúča používať na tesniace injektáže vlhkých trhlín so šírkou od 0,25 mm.

Betónovú konštrukciu s vysokým obsahom dutín možno utesniť a spevniť cementovou suspenziou pri akomkoľvek stupni vlhkosti. Treba dbať na obmedzenú pevnosť vytvrdnutej minerálnej suspenzie v ťahu. V prípade betónových stavebných dielcov nasýtených vodou možno použiť cementovú injektáž, iba ak možno vytlačiť existujúcej vody v priebehu injektáže pri použití nízkeho tlaku.

Zmiešaná cementová suspenzia sa vytláča cez špeciálne plniace hrdlo nízkotlakovou metódou. Pritom je dôležité dopravovať suspenziu pokiaľ možno bez tlaku až dovnútra stavebného dielca. Pakre, tak ako sa používajú v prípade živicových injektáží, nie sú vhodné. Aby sa splnili podmienky nízkotlakovej metódy, je nevyhnutné po­užiť pakre so spätným ventilom prekonateľné s minimálnym tlakom alebo ručne ovládateľné uzávery pakrov (obr. 8).

Hydroštrukturálne živice – gély
Hydroštrukturálne živice sa okrem elasticity vyznačujú aj schopnosťou napučať. Vyžadujú však ochranu pred vyschnutím. V prípade podzemných stavieb sú vhodné na použitie v základovej pôde alebo v škárach, ktoré prichádzajú do styku s okolitou zeminou. Vo vlhkom a hydrogénne neutrálnom prostredí sú objemovo stále.

Silnými stránkami hydroštrukturálnych živíc sú okrem veľmi dobrej plasticity aj ich veľmi nízka viskozita a rýchla, regulovateľná reaktivita.

Hydroštrukturálne živice sú vhodné na injektáž trhlín s minimálnou šírkou < 0,1 mm. Gély na akrylátovej báze majú veľmi nízku viskozitu podobnú vode – asi 5 mPa . s. Vďaka tomu dosahujú podobné penetračné vlastnosti, ako má voda. Ich šírenie je obmedzené nárastom viskozity počas reakcie. Množstvo iniciátora reakcie – rýchlosť reakcie sa dá meniť. Hydroštrukturálne živice charakterizuje:

• viskozita asi 5 mPa . s,
• riediteľná reaktivita (< 1 minúta pri ­jednopercentnej koncentrácii iniciátora reak­cie),
• žiadna podstatná zmena vlastností, ktoré by mohli byť spôsobené časom spracovateľnosti alebo kontaktom s vodou v priebehu injektáže,
• dobrá schopnosť napučať,
• použiteľnosť v dvojzložkovom injektážnom systéme,
• vhodnosť použitia v styku s pitnou vodou alebo podzemnou vodou v súlade so smernicou REACH,
• zhoda vlastností s technickým a normatívnymi požiadavkami sa na tento produkt vyhlasuje s STN EN 1504-5: 2005 Výrobky a systémy na ochranu a opravu betónových konštrukcií. Definície, požiadavky, riadenie kvality a hodnotenie zhody. Časť 5: Injektáž betónu.

Hydroštrukturálnymi živicami možno utesniť uzatvorené kontaktné plochy medzi jednotlivými vrstvami viacvrstvovej stavebnej konštrukcie, napríklad tunel s primárnym striekaným betónovým ostením a sekundárnym ostením alebo betón s priľahlou izolačnou vrstvou. Pri injektážach, pri ktorých sa požaduje odolnosť tenkej gélovej membrány proti existujúcemu tlaku vody, sa odporúča použiť špeciálne hybridné systémy. Ide o hydroštrukturálne živice s vyšším obsahom pevných látok, v ktorých sa voda nahrádza polymérovou disperziou, nezávisle tvrdnúcim spojivom. Tým sa výrazne zlepšuje zmraštiteľnosť, priľnavosť a plasticita. Injektovanie hybridnými systémami do priľahlej základovej pôdy je vhodné aj v prípadoch, keď utesnenie vlhkého miesta (tlaková voda) v dôsledku trhlín a dutín v betónovom stavebnom dielci nie je možné rastrovou injektážou pomocou pakrov (obr. 9 a 10). Rastrová injektáž síce umožňuje plošné utesnenie stavebného dielca s pomerne veľkými vzdialenosťami medzi pakrami, možno ju však úspešne realizovať iba vďaka dôkladnej analýze okrajových parametrov, dôslednému vyhodnoteniu vstupných informácií, precíznemu naplánovaniu a dodržaniu zodpovedajúceho postupu ­realizácie.

Injektáž hydroštrukturálnymi živicami – gélmi je náročná na vybavenie a kvalifikovaný obslužný personál. Pri injektovaní sa odporúča použiť dvojzložkovú pumpu.

Záver
Pri realizácii betónovej stavebnej konštrukcie sa nemožno vyvarovať tvorby trhlín – na rozdiel od dutín. Škody spôsobené vznikom trhlín a dutín možno minimalizovať ich správnou sanáciou a utesnením injektážnymi systémami.

K dispozícii sú rôzne druhy injektážnych systémov. Základom úspešne realizovanej injektáže je správny výber injektážneho materiálu, ktorým sa má poškodená štruktúra natrvalo opraviť a utesniť. Alternatívou k injektáži do stavebného dielca alebo do medzipriestoru v prípade viacvrstvových stavebných objektov je injektáž do základovej pôdy v blízkosti konštrukcií stavebného objektu, ktoré sú v kontakte s okolitou zeminou.

Správne naplánovanie injektáže je rovnako dôležité ako zaškolenie pracovníkov, ktorí budú injektáž realizovať. V priebehu sanačných prác je predpokladom trvalého úspechu dokumentovanie všetkých činností.

TEXT: Dipl.-Ing. Holger Graeve
FOTO: MC-Bauchemie

Dipl.-Ing. Holger Graeve pracuje ako produktový manažér pre oblasť injektážnych technológií v spoločnosti MC-Bauchemie GmbH.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.