Životnosť gabionových stavieb zo zváraných sietí, I. časť

Štandardom na korozívnu ochranu je v súčasnosti v EÚ nepochybne zmes Zn + Al. S myšlienkou využitia tejto zliatiny sa drôtovne zaoberali či skôr pohrávali ešte predtým, než sa gabiony zo zváraných sietí uplatnili na území Českej a Slovenskej republiky a začali sa presadzovať v cestnom a železničnom stavebníctve.

Na výrobu zváraných sietí na gabiony a spojovacieho materiálu sa dnes používa špeciálna antikorózna úprava s názvom GALFAN® a s obchodným označením BEZINAL® alebo CRAPAL 4. Z dôvodu prítomnosti pasívneho hliníka v zliatine je katódová ochrana omnoho účinnejšia než pri povrchovej úprave samotným zinkom, aká sa u nás používala zhruba v období rokov 1990 až 2000. Takáto úprava sa však napríklad objavila už aj v roku 1884 na objekte v Lido Casalecchio, ktorý predstavuje jednu z mnohých gabionových stavieb plniacich si svoju funkciu až do dnešných čias vďaka ochrane samotným zinkom. Ide teda preukázateľne o čas dlhší ako 100 rokov a takýchto stavieb by sme mohli menovať aj viac. Súčasná ochrana Zn + Al je však až trojnásobne účinnejšia a zaisťuje mimoriadnu ochranu miestam spletania alebo zvarov. Zlúčenina odstránila problém s praskaním vrstvy Zn pri ohýbaní, a to hlavne pri výrobe gabionov z plotového pletiva.

História GALFANU® sa datuje od začiatku 80. rokov minulého storočia a spája sa so snahami oceliarskych spoločností o vylepšenie pozinkovanej ocele. Najvýznamnejšie aktivity prebiehali v CRM (Centre de Recherche Metalurgique) v Belgicku a ILZRO (International Lead-Zinc Research Organisation). Zistilo sa, že v danom období vykazoval najlepšie výsledky pomer Zn 95 % a Al 5 %. Táto nová zliatina dostala názov Galvanisation Fantastique, z ktorého vznikla skratka GALFAN®.
V súlade s tým sa na trh v SR uviedol po roku 2000 nový rad drôtu a drôtených výrobkov s povrchovou úpravou GALFAN® pod označením BEZINAL® (Bekaert Zinc Aluminium) s odolnosťou minimálne 1 000 hodín laboratórnych skúšok podľa STN EN 9227. Pri finančnej pripravenosti investorov by bolo na trhu možné bez problémov využívať aj v zahraničí bežné antikorózne povrchy Zn + Al s odolnosťou minimálne 3 000 hodín laboratórnych skúšok.

Odolnosť a životnosť

Odolnosť a trvanlivosť drôtu možno hodnotiť (s cieľom predpovedať životnosť stavebného objektu – konštrukcie) z laboratórnych hodnôt získaných pri posudzovaní v rámci certifikácie, ako aj z výsledkov iných výskumných a laboratórnych pracovísk.

Na odolnosť a životnosť gabionových konštrukcií majú vplyv najmä:

• návrh konštrukcie objektu,
• vývoj okolitého prostredia v čase a vo vzťahu k objektu,
• typ gabionovej siete a stavebnej konštrukcie,
• odolnosť a trvanlivosť drôtu siete a spojovacích prvkov.

Vo všeobecnosti platí, že životnosť objektu z gabionov s povrchovou ochranou Zn + Al je z pohľadu porovnateľných konštrukcií neobmedzená. Pri správnej voľbe plniaceho materiálu gabionov možno pracovať s predpokladom hraničiacim s istotou, že gabionová stavebná konštrukcia výrazne presiahne návrhovú aj reálnu životnosť 100 rokov. Tento názor je postavený na predpoklade, že životnosť drôtu vystaveného korozívnym vplyvom a mechanickému pôsobeniu je vyššia ako čas potrebný na konsolidáciu výplne gabionov a okolia narušeného výstavbou.

V prípade, ak nepredpokladáme vplyv tejto konsolidácie ako jeden z bezpečnostných faktorov a budeme brať do úvahy len správanie sa pozinkovaného oceľového drôtu, je zrejmé, že prvoradá bude úroveň kvality povrchovej ochrany Zn + Al , ktorá sa má v súčasnosti realizovať na základe STN EN 10 244-2:

2009 clas. A. (povlaky zo zinku a zliatin zinku kvality „A“).
Samozrejme, neoddeliteľným parametrom predpokladanej reálnej životnosti je priemer drôtu najslabšej časti gabionu (siete, spojovacieho prvku…).

T_{spotreby Zn + Al} + T_{straty únosnosti drôtu} = T_čas p_{rirodzenej konsolidácie}

Je jasné, že v prípade cestných a železničných stavieb prakticky nemôže nastať „nekonsolidovaný“ stav konštrukcie a okolia. Gabionové konštrukcie sú určené ako náhrada železobetónových konštrukcií a pri statickom posúdení musia už v rámci projektu vyhovovať požiadavkám na splnenie úlohy zabezpečiť stabilitu násypu alebo svahu s predpokladom rýchlej krátkodobej konsolidácie gabionového objektu aj okolia.

Korózia

Korózia je elektrochemický jav, ktorý sa uplatňuje pri výskyte rozdielnych potenciálov medzi dvomi prepojenými elektrolytmi. Takýto rozdiel v potenciáli môže pri oceľovom drôte v prirodzenom prostredí vyvolať rozdiel v koncentrácii solí a kyslíka v samotnom okolí povrchu drôtu. Ten môže produkovať elektrolytickú bunku a tok elektrického prúdu ako predpoklad úbytku kovu – koróziu.
Hlavnú účinnú metódu prekonania tohto problému predstavuje práve pozinkovanie, zvlášť žiarové pozinkovanie. Oxidoredukčný spôsob zinkovania je určený na kontinuálny spôsob zinkovania drôtu. Vzniknuté zinkové povlaky sú spojené so základným materiálom difúznou medzivrstvou zloženou z Fe a Zn.

Zinok vytvára pevný povlak s dlhodobou životnosťou – bariérový efekt. Zinok tzv. obetuje sám seba, čo znamená, že poskytuje katodickú ochranu, pretože má nižší elektródový potenciál než železo.
Ako súčasť technologického procesu zinkovania sa môže do zinkového kúpeľa pridávať aj malé množstvo prísadových prvkov ako hliník, cín… Prísadové prvky ovplyvňujú štruktúru zinkového povlaku, pričom ich obsah nemusí byť normalizovaný. Prísady (teda Al v zliatine Zn + Al) ovplyvňujú hlavne mechanické vlastnosti zinku (pri korozívnej ochrane napríklad ohyb).

Ak hovoríme o vplyve prostredia na úbytok zinku, treba spomenúť:
Oxidy:
ZnO – biela kryštalická látka – zinková bieloba; biely oxid zinočnatý vzniká viazaním sa na kyslík alebo dehydratáciou bieleho Zn(OH)₂.
Hydroxidy:
Zn(OH)₂ – hydroxid zinočnatý – biela korózia.

Zinok vytvára na svojom povrchu (na povrchu chráneného drôtu) ochrannú vrstvu oxidov zinku a hydroxidov zinku. Oxidy sú veľmi stabilné a od kvality ich vrstvy závisí životnosť materiálu. Hydroxidy sú menej stabilné a pri ochrane drôtu sú nežiaduce. Po vytvorení kompletnej ochrannej vrstvy oxidov sa proces korózie – spotreby Zn –významne spomalí.

V prípade, ak ochranná vrstva nie je kompletná alebo sa vôbec nevytvorila (napríklad pod vrstvou PVC), dochádza pri kontakte s vodou k vzniku bielej korózie – hrdze. Biela hrdza je vytvorená poréznymi oxidmi a karbonátmi Zn. Vrstva bielej hrdze má želatínový, pórovitý charakter a rýchlo odpadá z povrchu Zn, čím sa proces korózie a prehrdzavenia zrýchľuje. Oproti tomu, pri tvorbe ZnO dochádza takmer k zastaveniu korózie. Z uvedeného dôvodu je pred montážou gabionov žiaduce zabezpečiť uskladnenie na vetranom mieste.

Povrch z PVC na drôte na gabionové koše sa síce javí ako prídavná ochrana, avšak v prípade neuváženého konania projektanta alebo realizátora gabionovej konštrukcie a predpísania jej naplnenia ostrohranným kamením dôjde vplyvom ostrých hrán a hmotnosti kameňa k výraznému zničeniu tohto ochranného PVC povrchu. Na zničených miestach môže dôjsť k masívnej tvorbe bielej korózie Zn a v rýchlom slede aj k hnedej korózii Fe. Problémom zostáva zároveň nevytvorenie oxidovanej ochrannej vrstvy na manipulačných skladoch pod povlakom z PVC. Investícia do prídavnej izolácie tak nesplní očakávania a vzhľadom na použitie nízkopriemerových drôtov (2,20 – 2,70 mm) sa nesplní ani predpoklad dosiahnutia návrhovej predpokladanej životnosti diela.

TEXT: Ing. Eduard Vašík
FOTO a OBRÁZKY: COMPAG SK, s. r. o.

Eduard Vašík je riaditeľom spoločnosti COMPAG SK, s. r. o., ktorá bola ocenená certifikátom SlovakGold pre gabionovú stavebnicu BLOCK-SK® za ojedinelý špecifický produkt, ktorý zasiahol výraznou mierou do ekologizácie stavebníctva a technologických procesov výstavby diaľnic a rýchlostných komunikácii v SR a umožnil obohatiť architektonické diela s rôznym zameraním.

Literatúra
  1.    Korrosionsverhalten von feuerverzinktem Stahl – Stal-Informations-Zentrum, Merkbatt 400, 1990.
  2.    Durability of gabion struktures – Zn & PVC. Maccaferri, 1994.
  3.    Korózia sietí zváraných z pozinkovaných drôtov podľa DIN 50 021 a prevod do reálneho času. TSUS SR, 1995.
  4.    Životnosť gabionovej stavebnej konštrukcie BLOCK-SK®. COMPAG, s. r. o., 1995.
  5.    STN EN 10 244-2 Neželezné kovové povlaky na oce­ľovom drôte. Časť 2: Povlaky zo zinku a zliatin zinku.
  6.    STN EN 10 223-3: 2001 (neplatná). Časť 3: Drôtené oceľové pletivo so šesťuholníkovými okami na priemyselné účely.
  7.    STN EN 10 223-3: 2014 Časť 3: Drôtené oceľové pletivo so šesťuholníkovými okami na priemyselné účely.
  8.    STN EN 10 223-8: 2014 Časť 8: Zvárané siete na gabiónové produkty.
  9.    STN ISO 9227: 1990 Korózne skúšky v umelých atmosférach – skúšky v soľnej hmle (nahradila DIN 50 021).
10.    Vašík, E. & kol.: Návod na vypracovanie projektovej dokumentácie pre gabiony, 1993.
11.    Povrchová úprava BEZINAL®. Bekaert, a. s., 2009.
12.    Technické plasty. TORMIRTECH, s. r. o., 2011.
13.    Studie o použití gabionů na elektrizovaných tratích. Elektrizace Dopravy spol. s r. o., Praha, 1997.
14.    Report on structural study of two types of gabion mesh. The University of New South Wales, 1979.
15.    TKP č. 31 Zvláštne zemné konštrukcie. MDaRR SR, 2014.
16.    Příručka žárového zinkování. Nordisk Forzinkning­sforening, Stockholm, 2007.

lánok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby