Cementové nátěry a nátěry s polymerovým základem pro zajišťování vodotěsnosti a ochrany betonu ve vodárenských zařízeních a v čistírnách odpadních vod

U železobetonových konstrukcí ve vodárenských zařízeních a čistírnách odpadních vod lze zajistit vodotěsnost celou řadou ochranných systémů. Vodotěsnost, ochrana proti erozi a do jisté míry i zlepšení chemické odolnosti jsou hlavními důvody pro použití vodotěsnících a ochranných systémů ve vodárenských zařízeních pro úpravy pitné vody. Při čištění odpadních vod má vodotěsnost stejnou důležitost, ale v místech, kde je beton vystaven působení kyseliny sírové, která se vytváří mikrobiologicky ze sirovodíku, je zásadní chemická ochrana železobetonové konstrukce. Sirovodík, který vzniká anaerobní oxidací síranů přítomných v odpadních vodách, uniká do vzduchu nad odpadní vodou a pak oxiduje, následkem čehož se na povrchu betonu tvoří kyselina sírová. A právě tato vznikající kyselina způsobuje vážné zhoršování kvality betonu. Typický příklad poškozování betonu ve vyrovnávací nádrži čistírny průmyslových odpadních vod je znázorněn na obr. 1. Podobné poškozování lze najít u přečerpávacích stanic, průlezů, kanalizací a vyhnívacích nádrží.

                                                                         Obr.č. 1

Tradičně se pro zajišťování vodotěsnosti a ochrany vodárenských zařízení i čistíren odpadních vod používají nátěrové hmoty na polymerovém základě, např. epoxidové, vinyl-esterové a další polymery. I když polymery vykazují velmi dobrou chemickou odolnost, mají při aplikaci na betonu trvale vystaveném vodě řadu nevýhod, často s následkem poruch z důvodu uvolnění od betonového podkladu. Polymerové nátěry nanesené na beton selhávají z celé řady důvodů, ale hlavním problémem je přítomnost vlhkosti – v betonu i na jeho povrchu. I při použití polymerových nátěrů slučitelných s povrchovou vlhkostí, např. speciálních epoxidů, nepropustnost vodních par (malá dýchatelnost) vede k uvolnění od betonu. Obdobně, pokud se voda dostane na rozhraní mezi betonem a polymerovým nátěrem z vnějšku (např. z okolní podzemní vody), kapilární tlaky vznikající u tohoto rozhraní způsobí uvolnění. Typický příklad vady epoxidu způsobené vodou přítomnou u rozhraní mezi polymerovým nátěrem a betonem je znázorněn na obr. 2. Voda může do rozhraní mezi polymerovým nátěrem a betonem pronikat i zevnitř (ze skladovací strany) přes kráterky v nátěru a mikroskopické trhliny.

                                                                              Obr.č. 2

Často se mylně předpokládá, že uvolnění polymerového nátěru je způsobeno tlakem  vodních par. Skutečný tlak vodních par je ale příliš malý, aby způsobil závadu přilnavosti a jeho uvolnění způsobuje kapilární tlak vody na rozhraní. Aby nedošlo k uvolnění nátěru vzhledem k přítomnosti vlhkosti, beton musí být zcela suchý až do hloubky 2-3 cm. Při nanášení polymerových nátěrů v uzavřených nádržích toho lze dosáhnout jen s obtížemi a nákladným způsobem, a zajištění bezpečné aplikace polymerových nátěrů vyžaduje několik dní nuceného vysoušení.

Zejména u projektů oprav a obnovy je rovněž obtížné získat souvislý polymerový  nátěr. Pro podklad bez kráterků a mikroskopických trhlin se vyžaduje  hladký a dokonce rovný povrch, takže pro přípravu erodovaného nebo chemicky poškozeného povrchu se často vyžaduje tenká cementová vrstva. Pokud se nepodaří zajistit souvislost nátěru, výsledkem bude pronikání vody k rozhraní mezi nátěrem a betonem s následným uvolněním nátěru. Typický příklad závady epoxidového nátěru z důvodu kráterků a trhlin rok po aplikaci je znázorněn na obr. 3.

                                                                              Obr.č. 3

Dalším a lepším řešením pro ochranu betonových konstrukcí v prostředích  vodárenských zařízeních a čistíren odpadních vod je používat polymery modifikované cementové nátěry se základem z portlandského nebo aluminátového cementu. Vysoká úroveň polymerové modifikace zajišťuje vynikající chemickou odolnost a flexibilitu. Na druhé straně obsah cementu způsobuje, že tyto nátěry „dýchají“, což umožňuje, aby se vodní páry odpařovaly a případné kapilární tlaky na rozhraní se uvolňovaly, a tak se eliminovaly problémy uvolňování nátěrů – membrán na polymerovém základě. Polymery modifikované cementové materiály lze nanášet na beton zcela nasycený vodou a dokonce, i když je na povrchu přítomná vlhkost. Materiály z polymery modifikovaného portlandského cementu se využívají k vodotěsnosti a ochraně  železobetonu ve vodárenských zařízeních a v určitém rozsahu (v otevřených konstrukcích) i v čistírnách odpadních vod, a to při opravách i nových stavbách.  V kombinaci s dalším zesílením jsou rovněž vhodné pro zajištění vodotěsnosti betonových konstrukcí vystavených působení ozónu. Nátěry z polymery modifikovaných aluminátových cementů se využívají v aplikacích, kde se očekávají vyšší koncentrace sirovodíku, např. u zastřešených čisticích zařízení (usazovacích nádrží), vyhnívacích nádrží, přečerpávacích stanic, kanalizací a průlezů. Synergie mezi polymerovým modifikátorem a složením aluminátového cementu zajišťuje vynikající odolnost vůči mikrobiologicky způsobené korozi. Chemická odolnost nátěru z polymery modifikovaného vápníkovo-aluminátového cementu vůči mikrobiologicky vzniklé kyselině sírové byla dlouhodobě testována ve zkušební komoře v prostředí s vysokým obsahem kyseliny sírové, 24 až 40 ppm (dílů na milion) a hodnotou pH betonového povrchu menší než 1. Výsledky testů prokázaly vynikající odolnost Cem-Kote Flex CR v tomto prostředí.

Cem-Kote Flex ST i Cem-Kote Flex CR se snadno aplikují, nástroje a zařízení se čistí jednoduše omytím vodou, a tyto materiály nevykazují žádné ze zdravotních rizik, která se vyskytují u systémů polymerových nátěrů. Cem-Kote Flex ST a Cem-Kote Flex CR jsou dvousložkové materiály, které se skládají ze suchých prášků balených v pytlích a tekuté polymerové přísady dodávané v plastovém kontejneru. Tyto dvě složky se míchají na místě pomocí konvenčního elektrického lopatkového mixéru a nanášejí se ve dvou vrstvách štětcem nebo stříkáním v celkové tloušťce 1,6 až 2 mm. V případě nové konstrukce postačuje k očištění stávajícího betonu vysokotlaké omytí. K přetření menších povrchových pórů se použije Cem-Kote Flex ST/Cem-Kote Flex CR, větší póry se předem zaplní stejným materiálem smíchaným s menším množstvím tekuté složky tak, aby bylo dosaženo konzistence pro nanášení zednickou lžící. Praskliny vzniklé smršťováním při schnutí se upraví pomocí zesilující tkaniny – Reinforcing Fabric NW, což zajišťuje vodotěsnost, i když je kapacita přemostění trhliny pomocí pružných materiálů Cem-Kote Flex ST/Cem-Kote Flex CR překročena. Pro nanášení materiálů Cem-Kote Flex ST/Cem-Kote Flex CR stříkáním lze použít několik typů zařízení, včetně peristaltických a objemových. To dovoluje vysoce účinnou, snadnou a rychlou aplikaci.

V případě velmi hrubých povrchů se poškozený beton odstraní a povrch se očistí vysokotlakou vodou. Materiály z portlandského cementu modifikované mikrosilikou, např. Fibre-Patch OV pro ruční aplikaci, nebo Spray-Con WS ST pro aplikaci procesu vlhkého torkretovacího betonu, se nanášejí v tloušťkách kolísajících od 1 do 10 cm, v závislosti na stupni poškození. K opravě povrchu se vyžaduje vyrovnávací vrstva, která při aplikaci Cem-Kote Flex CR zajišťuje hladký povrch při minimalizaci kráterků. Vláknem zesílené materiály Fibre-Patch OV a Spray-Con WS ST nejsou citlivé na přítomnost vlhkosti v betonovém podkladu a vláknité zesílení poskytuje vysokou tuhost a určitý stupeň přemostění trhlin v podkladu.

Čistírny odpadních vod, průlezy a kanalizační systémy obsahují také kovové části, které vyžadují ochranu proti korozi. Systémy polymerových vrstev chránící proti korozi se při opravách těchto konstrukcí velmi obtížně aplikují, protože ke své funkci vyžadují velmi čisté („bílý kov“) a suché povrchy. Systémy ochranných vrstev jsou také velmi citlivé na drobné kráterky, kde je rychlost koroze značně vysoká. Společnost Gemite úspěšně využívá protikorozní nátěr na cementové bázi, Fibre-Prime, který nevyžaduje povrch s „bílým kovem“ a postačuje odstranění volné rzi. Je zcela tolerantní dokonce i vůči povrchové vlhkosti přítomné na kovových součástech. Pro dodatečnou ochranu vůči korozi mikrobiologicky způsobené kyselinou sírovou se přes Fibre Prime může aplikovat Cem-Kote Flex CR. Výhody materiálu Fibre-Prime jsou rovněž velmi důležité při ochraně proti korozi u obnažené ocelové výztuže při obnově betonových konstrukcí.

                                        Obr.č. 4                                                                                                          Obr.č. 5

Obrázek 4 zobrazuje opravu usazovací nádrže ve Slobozii v Rumunsku. Původní uvolněná betonová vrstva na základové desce byla odstraněna a nahrazena novou vrstvou ze samozhutňujícího se betonu. Povrch byl očištěn vysokotlakou vodou a dále byly stříkáním aplikovány dvě vrstvy Cem-Kote Flex ST, jak znázorňuje obr. 5. Poškozený beton na stěnách usazovací nádrže byl odstraněn a opraven správkovou maltou Spray-Con WS ST a dále dvěma vrstvami stříkáním nanášeného Cem-Kote Flex ST. Obnažená ocelová výztuž byla upravena cementovou ochranou proti korozi (Fibre Prime) a trhliny byly ošetřeny materiálem Cem-Kote Flex ST s vloženou výztužnou tkaninou (viz. obr. 6).

                                                                                       Obr.č. 6

Obrázek 7 znázorňuje jeden z prvních projektů v Bedfordu (Nova Scotia). Značně popraskaná betonová nádrž byla nejprve sanována nanesením vrstvy vlhkého torkretovacího betonu o síle 12 mm, vláknem vyztuženou maltou Spray-Con WS ST a opatřena dvěma vrstvami Cem-Kote Flex ST. Projekt byl realizován v roce 1993 a revizí v roce 2010 se ukázalo, že oprava i utěsnění trhlin stále velmi dobře funguje. Obrázek 8 znázorňuje příklad použití Cem-Kote Flex CR při obnově a ochraně čistírny odpadních vod v Ottawě (Ontario). Obrázek 9 znázorňuje aplikaci vlhkého torkretovacího betonu, Spray-Con WS ST, při opravě poškozené betonové nádrže v Truru (Nova Scotia). K zajištění vodotěsnosti a chemické ochrany byly naneseny dvě vrstvy Cem-Kote Flex CR.

                                 Obr.č. 7                                                                       Obr.č. 8

Rozsáhlá terénní porovnání projektů s využitím Cem-Kote Flex ST a Cem-Kote Flex CR v Kanadě ukázala, že u těchto materiálů se nevyskytují problémy s jejich uvolňováním, ale jsou i značně levnější, když „náklady v místě“ jsou přibližně 3 až 4krát nižší než u polymerových nátěrů. Tabulka 1 shrnuje provozní charakteristiky Cem-Kote Flex ST a Cem-Kote Flex CR ve srovnání s polymerovými nátěry při aplikacích ve vodárenských zařízeních a  čistírnách odpadních vod.

                                                                                Obr.č. 9

Tabulka 1: Porovnání polymery modifikovaných cementových nátěrů, Cem-Kote Flex ST a Cem-Kote Flex CR, a polymerových nátěrů.

Poznámka:

Veškeré produkty v článku uvedené vyrábí společnost Gemite Products Inc. Veškeré fotografie jsou chráněny autorským právem společnosti Gemite Products Inc. Výhradní zastoupení pro Českou Republiku: UNITECH Trade s.r.o.

Ivan Rázl, Ph.D., P.Eng.

technický ředitel