Betono apsauga nuo sulfatų poveikio

Betono apsauga nuo sulfatų poveikio yra itin svarbi siekiant užtikrinti konstrukcijų ilgaamžiškumą. Betonas įvairiose konstrukcijose neišvengiamai patiria betono koroziją, kuri atsiranda dėl cheminių reakcijų veikiant rūgštinei ir agresyviai aplinkai, pavyzdžiui, rūgštiniam lietui, užterštam vandeniui, pramoninėms nuotekoms ar rūgštiniam gruntiniam bei upių vandeniui. Vienas pavojingiausių veiksnių yra sulfatų poveikis betonui, kuris ilgainiui sukelia konstrukcijų irimą.

Skysčiams, kuriuose yra sulfatų (dažniausiai gruntiniam vandeniui), skverbiantis į betoną, sulfatai reaguoja su trikalcio aliuminatais, esančiais cemento sudėtyje. Šios reakcijos metu susidaro etringitas, kurio tūris yra žymiai didesnis nei pradinių komponentų. Dėl to betono poros užsipildo reakcijos produktais – iš pradžių tai gali padidinti betono stiprumą, tačiau vėliau atsirandantis vidinis slėgis pradeda ardyti betono mikrostruktūrą: iš pradžių tempimo, o vėliau ir gniuždymo jėgomis.

Cheminė betono erozija kasmet darosi vis aktualesnė problema. Vienas efektyviausių sprendimų – betono apsauga nuo sulfatų naudojant kristalinę hidroizoliaciją. Šiuo principu veikia Xypex technologija – betono viduje formuojama netirpi kristalinė struktūra, kuri blokuoja vandens ir agresyvių cheminių medžiagų skverbimąsi.

Neorganinė kristalinė struktūra susidaro, kai Xypex medžiagos reaguoja su betone esančiomis druskomis ir nehidratuotomis cemento dalelėmis. Dėl to pagerėja betono atsparumas cheminiam poveikiui ir ženkliai sumažėja sulfatų įsiskverbimas. Xypex vis plačiau naudojamas visame pasaulyje, o atlikti laboratoriniai tyrimai patvirtina šios technologijos efektyvumą.

Sulfatų poveikis betonui ypač aktualus nuotekų valymo įrenginiuose, pramonėje, tiltuose bei požeminėse konstrukcijose. Toliau pateikiami bandymai, kurie parodo, kaip Xypex apsaugo betoną nuo sieros rūgšties ir sulfatų poveikio, lyginant su įprastu betonu.

Įprastinio betono atsparumo sulfatams padidinimas

1996 metais Japonijoje atlikti bandymai, siekiant įvertinti betono atsparumą sulfatų ir rūgštinės aplinkos poveikiui. Bandiniams buvo naudojamas įprastas portlandcementas, maišomas su kalcio karbonatu santykiu 1:1, o vandens kiekis sudarė 60 % cemento masės.

Buvo pagaminti dviejų tipų bandiniai:

10×10×40 cm stačiakampiai – masės praradimui ir dinaminiam elastingumui nustatyti;
cilindriniai (5 cm diametro ir 10 cm aukščio) – atsparumui gniuždymui matuoti.

Po 24 valandų bandiniai buvo išimti iš formų ir 14 dienų laikomi vandenyje. Vėliau jie suskirstyti į dvi grupes: viena grupė padengta Xypex Concentrate, kita – be jokios apsaugos. Abu variantai buvo laikomi vienodomis sąlygomis.

Vėliau bandiniai 10 savaičių buvo veikiami 5 % sieros rūgšties tirpalu. Buvo vertinami šie rodikliai:

masės praradimas;
dinaminio elastingumo koeficientas;
atsparumas gniuždymui.

Rezultatai parodė, kad bandiniai su Xypex per pirmas 3 savaites prarado labai mažai masės, o po 10 savaičių – apie 20 %. Tuo tarpu neapsaugotas betonas pradėjo irti iš karto ir po 10 savaičių prarado apie 60 % masės.

Panašios tendencijos pastebėtos ir vertinant elastingumo koeficientą bei gniuždymo stiprį. Tai aiškiai rodo, kad betono apsauga nuo rūgščių ir sulfatų naudojant Xypex yra itin efektyvi.

Priežastis – kristalinė struktūra, kuri susidaro betone. Ji blokuoja kapiliarus ir mikroįtrūkius, todėl agresyvios medžiagos negali skverbtis gilyn. Xypex reaguoja su aktyviu silicio dioksidu ir sudaro netirpius kristalus, pasižyminčius aukštu atsparumu rūgštims.

Bandymo išvada

Remiantis atliktais tyrimais, galima teigti, kad betono apsauga nuo sulfatų poveikio, naudojant Xypex Concentrate, leidžia cheminę eroziją sulėtinti net iki 8 kartų, lyginant su įprastu betonu.

Tai patvirtina, kad kristalinė betono hidroizoliacija yra vienas efektyviausių būdų apsaugoti betonines ir gelžbetonio konstrukcijas nuo agresyvios cheminės aplinkos. Tokia apsauga ne tik stabdo koroziją, bet ir ženkliai prailgina konstrukcijų tarnavimo laiką.

Sulfatams atsparaus betono savybių pagerinimas

Analizuojant betono atsparumą sulfatams, buvo tiriama III tipo korozija. Net ir esant padidintai sulfatų koncentracijai (XA2 ir XA3 aplinkos klasės), pažeidimai gali vystytis mėnesius ar metus.

Laboratoriniuose tyrimuose naudojama 36 000 mg/l SO₄ koncentracija – tai net 6 kartus daugiau nei maksimaliai leidžiama XA3 aplinkoje. Tokios sąlygos leidžia pagreitinti procesus ir objektyviai įvertinti betono ilgaamžiškumą agresyvioje aplinkoje.

Vertinant sulfatų korozijos poveikį betonui, dažniausiai analizuojami:

atsparumas gniuždymui;
tamprumo pokyčiai;
masės praradimas.

Kadangi sulfatų poveikis pirmiausia pažeidžia paviršių, mechaninių savybių pokyčiai iš pradžių būna nedideli. Todėl tiksliausias metodas – masės praradimo vertinimas pagal CSN 73 1326 metodiką.

Bandymų paruošimas ir bandymo metodika

Testai buvo atlikti su 10 kubelių, kurių šonai 150 mm. Kubeliai pagaminti 2009 metais liepą ir rugpjūtį, tilto 205 Sudenec, Čekijoje statybvietėje, kelyje D1, Studenec – Jablonov. Betonas visuose kubuose buvo C30/37 klasės. Gauti pavyzdžiai buvo sunumeruoti laboratorijoje, kur pavyzdžiai nr. 1-6 turėjo Xypex priedo, o nr. 7-10 neturėjo.
Pavyzdžiai buvo įdėti į plastikinę talpyklą su pastovia sulfatų koncentracija 36,000 mg/l per visą eksperimento laikotarpį. Testai prasidėjo Gruodžio 15, 2009. Po 7 dienų poveikio ( Gruodžio 21, 2009) pavyzdžiai buvo išimti iš tirpalo. Paviršius išdžiovintas ir tada buvo pamatuota masė. Masė, pilnai prisotinta betono buvo panaudota kaip pagrindinis ataskaitos taškas. Pavyzdžiai buvo išimti iš tirpalo po 60 dienų poveikio (Vasario 19, 2010 metais). Mėginiai buvo skalaujami vandeniu ir pasverti su 0,1 g tikslumu. Masės sumažėjimas yra laikomas sulfatų korozijos sukeltu padariniu. Tuo pačiu metu buvo daromos pavyzdžių fotografijos. Masės praradimas buvo perskaičiuotas masės praradimui viename paviršiaus kvadratiniame metre.

Bandymų rezultatai ir masės praradimo analizė

Rezultatai rodo, kad masės praradimas pavyzdžiuose su C30/37 klasės betonu ir Xypex Admix C-1000NF priedu yra tarp 38,6 g/m² ir 90,5 g/m². Kitų mėginių kurie buvo pagaminti taip pat, tik be Xypex priedo masės praradimas buvo tarp 2.473,0 g/m² ir 3.693,3 g/m².
Jeigu palygintumėme rezultatus su tipiniais kriterijais pagal CSN 73 1326 naudojamais įvertinti betono žalai veikiant šalimo/šilimo ciklams ir druskų poveikiams (viršutinė galima riba 1000g/m²), akivaizdu, kad su Xypex netgi mažesnis net esant dideliai sulfatų koncentracijai, tuo tarpu kai kontrolinių bandinių be Xypex betono paviršius suiro ir korozija tęsis gilyn.
Kaip sutarta su klientu, pavyzdžiai buvo gražinti į sulfatų tirpalą ir bus vėl įvertinti po 4, galbūt 6 mėnesių poveikio.

Xypex Admix poveikis betono ilgaamžiškumui agresyvioje aplinkoje

Kaip parodyta atliktuose bandymuose, Xypex kristalinio priedo naudojimas yra dominuojantis faktorius. Po visų išvardintų aspektų vertinimų, betonui su Xypex Admix C 1000 NF veikiamam agresyvios aplinkos klasifikuotos kaip XA3 gali būti garantuojama 100 metų tarnavimo laikas. Masės praradimas betone su Xypex Admix veikiant padidintą koroziją sukeliančio poveikio, irimo koeficientas yra beveik dviem (100 kartų) eilėm lėtesnis.
Jeigu korozijos testai būtų atlikti, su standartiniu betonu be Xypex Admix veikiant sulfatų tirpalo koncentracijos tarp 3.000 ir 6.000 mg SO₄/l, tikėtina, kad po 5 metų nebūtų didelių irimo požymių ir pakitimų mechaninėse savybėse. Jei šis laikotarpis būtų padaugintas iš kiek skiriasi betono irimas su Xypex, gautą atliekant šiuos padidintos korozijos testus, būtų galima padauginti 5 metų intervalą iš 40 ar net 64. Pagal šiuos teoriškai gautus rezultatus galima gauti betono tarnavimo amžių net iki 200-300 metų.
Visi turimi duomenys, įtikinamai patvirtina, kad betonas su Xypex Admix C-1000NF patalpintas XA3 klesės pagal CSN EN 206-1 agresyvioje aplinkoje, bus neveikiamas sulfatų korozijos visu eksploatacijos laikotarpiu, ypač tilto konstrukcijose.

Betono apsauga nuo sulfatų poveikio išvada

Šių bandymų metu buvo tiriama skirtingi betonai. Pirmame bandyme buvo tiriamas betonas neskirtas naudoti veikiant sulfatams. Naudotas įprastinis portlando cementas. Testas buvo atliekamas Japonijoje vadovaujantis vietiniais standartais. Buvo naudojama Xypex danga. Bandymo rezultate gauta, kad atsparumas korozijai padidėjo apie 8 kartus.
Antrame bandyme buvo naudojamas sulfatams atsparus betonas kuriame naudojamas atitinkamos rūšies cementas ir papildomi specialūs priedai. Xypex buvo naudotas kaip priedas. Bandymai buvo atliekami vadovaujantis Europoje priimtais standartais.
Dėl išvardintų priežasčių Xypex panaudojimo efektyvumas skyrėsi, bet vienareikšmiškai galima konstatuoti, kad naudojant Xypex medžiagas, betono atsparumą agresyviam sulfatų poveikiui galima padidinti daug kartų ir labai prailginti betoninės konstrukcijos tarnavimo laiką.