cvut.czweb.cvut.cz/ki/research/alkrea/Zprava_o.doc · Web view01 CB KRYT VOZOVKY D11 02 MOST X-502 ČERNÝ MOST 03 KONZOLA JEŘÁBOVÉ DRÁHY 04 MOST LIBEŇ PŘES VLTAVU 05 MOST LITOL

Projekt č.803/120/114 etapa o)

Kloknerův ústav ČVUT

Projekt výzkumu a vývoje Ministerstva dopravy a spojů ČR č.803/120/114

Vyloučení alkalické reakce kameniva v betonu na stavbách pozemních komunikací

Etapa o) - terénní diagnostický průzkum betonových konstrukcí inženýrských staveb a katalog poruch způsobených alkalickou reakcí.

Obsah:

1. Úvod

2. Seznam betonových konstrukcí

3. Popis poruch konstrukcí způsobených alkalickou reakcí kameniva - podrobnější komentáře k jednotlivým výskytům alkalické reakce v betonu konstrukcí v přiložených databázových kartách

4. Návrh katalogových listů – návrh na doplnění katalogu poruch mostů PONTEX 2000

5. Závěr etapy

6. Seznam příloh – typových listů

1. Úvod

1.1V této etapě bylo vypracováno 28 typových listů se základními údaji o konstrukcích, přičemž byly formou fotodokumentace zdokumentovány poruchy a ostatní projevy alkalické reakce v betonu použitém pro prvky inženýrských staveb. Tyto katalogové listy budou umístěny na www stránkách a v případě zájmu zúčastněných organizací budou v budoucnu doplňovány, zpřesňovány a co do počtu i rozšiřovány.

1.2 Předpokládá se i konverze části, související s mostními stavbami, do „Katalogu závad mostních objektů pozemních komunikací, 2000“

1.3 Případ č. 01 byl již zapracován do návrhu „Katalogu poruch vozovek s cementobetonovým krytem“, aktualizované vydání 2004, MD a ŘSD.

1.4 Podklady použité pro tuto etapu byly získávány postupně terénním průzkumem, laboratorními zkouškami odebraných vzorků, z literatury a zpráv o dříve provedených průzkumech konstrukcí, z databáze objektů na silniční síti, od správců objektů z jejich archívů a nebo formou konzultací.

1.5 Forma provedení typových listů v tabulkovém editoru Excel byla použita z důvodu jeho snadné dostupnosti a všeobecného rozšíření, přičemž fotodokumentace v listech zakomponovaná nenavyšuje příliš ( na rozdíl od textového editoru Word) objem elektronických dat v jednotlivých souborech, lze proto listy zasílat i elektronickou poštou.

1.6 Zásadní informace o konstrukcích a použitém betonu jsou uvedeny v jednotlivých typových listech v přílohách, podrobnější informace , vysvětlivky a nebo doporučení jsou uvedena v textu v části 3.

1.7 Těžko řešitelným úkolem je v některých případech získání potřebných údajů o konstrukci, o složení betonu a provedených opravách od správců staveb, problematické je také zveřejňování některých údajů o poruchách konstrukcí vzhledem ke zřejmě ještě probíhajícím reklamačním či jiným řízením.

2. Seznam betonových konstrukcí inženýrských staveb , u kterých byl prováděn terénní průzkum:

01 CB KRYT VOZOVKY D11

02 MOST X-502 ČERNÝ MOST

03 KONZOLA JEŘÁBOVÉ DRÁHY

04 MOST LIBEŇ PŘES VLTAVU

05 MOST LITOL PŘES LABE

06 MOSTNÍ OPĚRA MOSTU D5-008

07 PREFA NOSNÍKY I73 MOSTU D1-059

08 SVODIDLA NJ D1 KM 10 - KM 20

09 SVODIDLA NJ D5 - KM 64,5

10 VPD HRADČANY

11 VPD MOŠNOV

12 PŘEDPJATÉ SLOUPY VN

13 MOST EV.Č.X-036 H1 NOSNÍKY KA61

14 ZDI A ZÍDKY MOSTU PŘES VLTAVU - BARRANDOV PRAHA

15 ČÍČOVÁ - MOST

16 ZÁRUBNÍ PREFA ZEĎ - PRAHA LHOTKA

17 SOBÍŇOV - MOST ČD

18 MOST PŘES ORLICI - TŘEBECHOVICE

19 ŠTĚRBINOVÉ TROUBY - D1

20 ŘÍMSA MOSTU H1 1004.3

21 OBRUBNÍKY Z BETONU

22 MOST ČD PARDUBICE PODJEZD V UL 17 LISTOPADU

23 PŘELIVNÁ PLOCHA VODNÍHO DÍLA

24 GRAVITAČNÍ HRÁZ VODNÍHO DÍLA

25 DRÁŽNÍ PRAŽEC PB

26 BETONOVÉ MOSTNÍ SEGMENTY

27 MOST NA H1 EV. Č. 1-009

28 MOST ŘEČANY PŘES LABE

3. Popis poruch konstrukcí způsobených alkalickou reakcí kameniva - podrobné komentáře k jednotlivým výskytům alkalické reakce v betonu konstrukcí v přiložených typových listech (databázových kartách)


01.1 Jedná se o druhý dobře doložený výskyt rozsáhlých poruch betonové konstrukce v ČR. Poškozena byla cementobetonová vozovka dálnice D11 Praha – Poděbrady v úseku cca 20 km, které byly postupně nahrazeny novým CB krytem. Na dalších omezených úsecích tohoto dálničního tahu jsou kratší úseky s poruchami ze stejných důvodů, avšak s menším rozsahem destrukce desky CB krytu, proto jsou prozatím ponechány bez rekonstrukce a jsou na nich prováděny lokální opravy a údržba. Za tzv. studijní plochu je možno považovat několik desek s dobře vyvinutými poruchami ASR, ze stejné receptury betonu pokládané stejnou technologií – finišerem, na odpočívce Vrbová Lhota na km 36 P. Zde nebude v dohledné době prováděna oprava, neboť není žádným způsobem ohrožena bezpečnost a nebo funkčnost těchto parkovacích ploch.

01.2 Kamenivo (HDK) použité do betonu bylo z převážné většiny z vrstev svrchního proterozoika (tufy, droby, břidlice) a v těchto částech byly zaznamenány poruchy ASR, avšak v menších dobře zdokumentovaných úsecích je použito HDK z hornin typu žul a žulových porfyrů lokality Olbramovice – v těchto úsecích nebyly však zaznamenány poruchy ASR. Zajímavé je, že k poruchám došlo i v úsecích CB krytu, kde bylo do betonu použito kombinace obou druhů kameniv.

01.3 Díky podrobnému petrografickému a mineralogickému průzkumu kameniva použitého do betonu tohoto úseku dálnice (PřF UK Praha) a produktů ASR reakce v betonu vozovky, včetně mikroskopických a analytických metod (SEM) , je nyní možno vzít tento typ reakce proterozoických a příbuzných hornin jako „typologický standard“ a použít jej při posouzení dalších poruch srovnávací metodou. Na vzorcích betonu analyticky zdokumentovaných s dobře vyvinutými produkty reakce ASR byly rovněž ověřeny a potvrzeny další diagnostické metody, používané v zahraničí pro detekci produktů ASR, jako např. metoda UAC-1 ( AASHTO T 299-93) nebo metoda vyvinutá pracovníky laboratoře v Los Alamos (barvící indikátory gelů – hexakobaltnatan trisodný a rhodamin B) .

01.4 Tento typ poruchy se všemi svými variantami a druhy projevu, vizuálně rozlišitelnými, včetně fotodokumentace, je již zapracován do novelizace TP 82 MD – katalog poruch CB krytu, změna 2004, takže je pravděpodobné, že tyto poznatky budou již využívány při prohlídkách, průzkumu a pasportizaci poruch CB krytu všemi pracovníky provádějícími tyto práce v ČR.

01.5 Interpretace poruchy a jejich projevů, použité metody průzkumu a závěry učiněné na tomto objektu jsou zcela v souladu se zahraničními poznatky, popisy a vydanými příručkami pro identifikaci ASR (USA, Holandsko, Německo a další).


02.1 Porucha monolitického železobetonového příčníku mostu na rampě křižovatky D11 a H1 Černý most , spočívající ve výskytu trhlin, byla dobře zdokumentována diagnostickým průzkumem prováděným v předchozích letech. Vzhledem k závažnosti poruchy (statické důvody) je připravována rekonstrukce tohoto mostu.

02.2 Kamenivo (HTK) použité do betonu příčníku pochází pravděpodobně z oblasti středního Labe a je spolu s vysokou dávkou cementu v betonu nepochybnou příčinou vzniku této poruchy. Svůj podíl nicméně na vzniku poruchy má rovněž i výskyt vody a vlhkosti vlivem špatného provedení a předchozí údržby mostního svršku (MZ, izolace, římsy), výskyt ASR je omezen na tyto vlhké oblasti příčníku.

02.3 Viz též porucha segmentů na stejném objektu v příp. č. 26 .


03.1 Porucha železobetonové monolitické konzoly jeřábové dráhy na vodním díle je dobře zdokumentována předchozím diagnostickým průzkumem a souvisí nepochybně s použitým kamenivem do betonu, obdobné poruchy se v menší míře vyskytují i na jiných betonových prvcích tohoto VD, kde byl použit beton podobného složení. Zajímavé je, že k ASR došlo i přesto, že do betonu byl použit popílek a dávka cementu byla s ohledem na omezení velikosti hydratačního tepla minimalizována, a to na základě důkladných a rozsáhlých průkazních zkoušek betonu, na svoji dobu velmi pečlivě provedených. V archivu správce objektu se také podařilo dohledat pasportizaci trhlin celého vodního díla, avšak tento typ trhlin se na objektu v prvních letech po vybudování nevyskytoval, je tedy doložen až jejich pozdější vznik, t.zn. mechanizmus vzniku v souladu s vývojem ASR.

03.2 Kamenivo do betonu bylo použito c celkem 9 provozoven z oblasti středního Labe, dle archivních dokladů, na skládce betonárny byly všechny dodávky kameniva míchány a byla pouze sledována výsledná křivka zrnitosti směsi kameniva 0-63 . Určitou anomálií oproti jiným místům použití tohoto kameniva do betonu bylo jeho nadměrné mechanické poškození během celé dopravy (pásová doprava ve výrobně, výsyp do vagónů, přeprava po dráze v délce cca 150 km, výsyp do vykládacích násypek, pásová doprava, pád z výšky až 30 m na hlavní skládku betonárny, odběr a doprava do míchačky, výsyp betonu z větší výšky atd.), což mělo za následek těžko definovatelné, zcela jistě však nadměrné poškození horninových zrn podrcením a částečným narušením např. krystalové struktury např. u křemene.


04.1 Tento most je složitým objektem, kde mimo nosné konstrukce z betonových oblouků byla postavena i železobetonová schodiště a rozsáhlé železobetonové mostní zábradlí, betonové sloupy veřejného osvětlení atd. Nosná konstrukce je přesypána a po mostě je veden m.j. tramvajový provoz. Dilatačními spárami nosné konstrukce dlouhodobě zatéká voda a v místech stékání vody (viz foto) po boku betonové klenby jsou patrny projevy ASR. Nejvíce však jsou alkalickou reakcí a jejími projevy zdevastována všechna schodiště, kde vlivem dlouhodobého působení srážkové vody (podesty a ani schodišťové stupně nejsou odvodněny) vzniklo ideální prostředí pro reakci kameniva s alkáliemi v betonu. Sekundárními projevy poruchy způsobené ASR je vyluhování pojiva z betonu trhlinami a následná koroze betonářské výztuže. Z důvodu značné devastace korozí a vyluhování jsou deskové prvky schodišť již prakticky neopravitelné.

04.2 Původ kameniva použitého do betonu nelze již dnes s jistotou určit, lze se však z porovnání (vizuální porovnání vrtných jader z různých starších betonových staveb) usoudit na pravděpodobný původ z některé lokality těženého kameniva v oblasti střední Vltavy. Samostatnou otázkou je původ drceného křemene, použitého do plášťového betonu jako HDK z pohledových důvodů (povrch konstrukce byl následně opemrlován kamenickou technologií), přičemž i v této 50 mm tlusté vrstvě je prokázán výskyt ASR gelů. Není totiž vyloučen negativní vliv podrcené struktury křemene na vznik ASR.


05.01 Mostní objekt vykazoval celou řadu vad a poruch (staticky rozhodující železobetonové ozuby uložení NK na konzolových polích, nefunkční ještě původní hydroizolace, nevyhovující prostorové uspořádání mostu apod.) a byl proto v r. 2000 – 2001 demontován a nahrazen jinou konstrukcí.

05.02 Hlavní příčinou vzniku ASR a poruch s tím souvisejících byla dlouhodobě nefunkční hydroizolace mostovky.

05.03 O použitém kamenivu do betonu lze říci totéž co v případě mostu Libeň - původ kameniva použitého do betonu nelze již dnes s jistotou určit, lze se však z porovnání (vizuální porovnání vrtných jader z různých starších betonových staveb) usoudit na pravděpodobný původ z některé lokality těženého kameniva v oblasti střední Vltavy.


06.1 K vzniku objemových změn betonu opěry a trhlin v důsledku alkalické reakce došlo evidentně především vlivem zvýšené vlhkosti betonu , a to pouze v místech dlouhodobého zatékání vody poškozeným mostním závěrem na plochu úložného prahu. V případě trhlin od působení ASR v závěrné zídce se jedná o zvýšenou vlhkost betonu v důsledku sycení vodou z přilehlého zemního zásypu (ochrana proti stékající vodě na rubu závěrné zídky nebyla dobře provedena).

06.2 HDK použité do betonu, které je podle charakteristického vzhledu rozlomených zrn horniny příčinou reakce, vykazuje všechny vizuální znaky proterozoických drob, břidlic a tufů.

06.3 Dlouhodobě zvýšená vlhkost betonu úložného prahu byla umožněna také vadou provedení povrchu prahu. Povrch úložného prahu je chybně vyspádován a s prohlubněmi na povrchu, takže zatékající voda zaplňuje tyto prohlubně a dlouhodobě sytí povrch a podpovrchové vrstvy betonu vlhkostí, přičemž prostor je špatně odvětráván a vysoušen slunečním zářením.


07.1 Jedná se o poměrně dosud neobvyklý případ výskytu ASR, protože nosníky jsou dodatečně předepnuty a v betonu je ve všech místech nosného průřezu vyvozen tlak (tlaková rezerva od předpětí), který by měl zajistit, že nedojde ke vzniku trhlin od statického namáhání. Jak je vidět, tlaková rezerva nezajistí odolnost prvku proti vzniku trhlin v příčném směru, způsobených objemovými změnami betonu. Místa s trhlinami přesně kopírují výskyt mokrých míst na podhledu nosné konstrukce, kde docházelo k dlouhodobému zatékání vody do konstrukce.

07.2 HDK v betonu nosníků vykazuje všechny vizuální znaky proterozoických drob, břidlic a tufů, patrny jsou však i horniny typu křemenců. Podle výsledku detekce ASR gelů na odebraných vzorcích lze však nalézt zvýšené množství gelů i v zrnech hornin pocházejících z těženého kameniva (zaoblená zrna).

07.3 Pokud jde o množství alkálií v betonu, mohlo být vysoké, neboť o složení betonu těchto předpjatých prefabrikátů je známo, že byly z technologických a statických důvodů preferovány vysoké dávky portlandských cementů, v některých výrobnách až 500 kg na m3 betonu. O tom svědčí i vysoký podíl cementového tmelu, vizuálně zjištěný na odebraných vzorcích (výřezy z podhledu nosné konstrukce) .

07.4 Z podrobné znalosti příčného řezu a uspořádání konstrukčních prvků nosné konstrukce vyplývá, že retenčním prostorem pro vodu je vnitřní komůrka mezi nosníky I 73, vzniklá po zmonolitnění konstrukce pomocí podélných zmonolitňujících spar. V případě nerovností na horním povrchu dolních spár (a ty jsou v praxi pravidlem) se v nich hromadí voda, pronikající hydroizolací a mostovkou. Voda pak dlouhodobě sytí dolní příruby betonových nosníků, odpar vody na dně neodvětrané komůrky v nosné konstrukci je minimální, prakticky většina vody vsákne do betonu spáry a přírub. Kritickou vadou typového projektu ze 70ých let 20 století je absence odvodňovacích otvorů dutin v těchto konstrukcích.


08.1 Informace o počátečním a i pokročilejším stadiu poruch betonových prefabrikovaných svodidel v důsledku dlouhodobých objemových změn – rozpínání – betonu , (ASR, AAR) na komunikacích se objevila již v r. 2001 a 2002 v příspěvcích správců komunikací na seminářích.

08.2 Velmi pravděpodobná příčina rozpínání a vzniku trhlin je alkalická reakce kameniva v betonu s alkáliemi obsaženými v cementu. Bylo zjištěno, že složení betonu od počátku výroby (zavedení tohoto typu výrobku v ČR počátkem 90 let ) bylo nastaveno s hlavním cílem rychlejšího náběhu pevnosti, potřebné k odformování dílce v další směně. Dle zkušeností z výstavby se ve výrobnách používá nadbytečné množství cementu často vyšší než 400 kg/m3, přičemž pevnostní třída betonu je často s rezervou splněna. Proto také dochází často k tvorbě sítě jemných smršťovacích trhlin v raném stadiu tvrdnutí betonu (nedostatečné ošetřování mladého betonu dílců tuto poruchu umocňuje) . Tyto jemné mělké trhliny potom usnadňují průnik vody do hloubky betonu a rychlý start alkalické reakce.

08.3 V kamenivu převládají proterozoické droby a tufy, spilit, některé vývrty obsahovaly směs hrubého kameniva evidentně z různých lokalit (tufy, spilit, kalový vápenec).

08.4 Pravděpodobný mechanismus počátku vývoje ASR u dílců svodidel byl tento:

a) vznik drobné sítě velmi jemných smršťovacích vlasových trhlinek v mladém betonu cca do 24 hodin po zabetonování dílce v případě vyjmutí dílce z formy ve výrobně a umístění na nechráněném místě skládky do prostředí s nízkou vlhkostí vzduchu a event. slunečním zářením a větrem, hloubka trhlinek může být 5 až 10 mm

b) v prostředí nechráněném před vlivem srážkové vody je těmito trhlinkami voda snadno a ve velkém množství nasávána do krycí vrstvy betonu

c) záhy započne vznik ASR gelu a vzrůstá přetlak gelu v hlubších vrstvách betonu, až do vzniku trhlin (trhliny hlubší z důvodu zvětšování objemu betonu)

d) oběma systémy trhlin vniká do dílce ještě větší množství vody , průměrná vlhkost betonu v jádře prvku se zvyšuje a objemové změny betonu se urychlují

08.5 Vznik tohoto typu poruchy, spočívající v tvorbě trhlin, nesouvisí s event. nízkou odolností betonu vůči vlivu vody, mrazu a CHRL. Zaplnění účinných vzduchových pórů v provzdušněném betonu alkalickým gelem může však způsobit nižší sekundární odolnost betonu proti vlivu vody a mrazu.

08.6 Nepříznivý vliv na vznik a rozvoj reakce u tohoto typu dílce má způsob jeho uložení na vozovce nebo na krajnici (event. ve středním pásu). Z kontaktní ložné spáry může srážková voda (často ve větším množství shromážděná z větších ploch komunikací při nevhodně řešeném odvodnění) snadno vsakovat a vzlínat do betonu přes spodní úložnou plochu dílce.

08.7 Velmi nepříznivý vliv na vznik poruch (ať již ASR nebo poruchy mrazovým rozpínáním vody) mají horní nahoru otevřené kapsy vytvářené ve výrobě za účelem upevnění různých prvků dopravního značení a nebo dokonce neuzavřené kapsy obsahující závěsy dílce. V některých lokalitách lze nalézt poruchy betonu způsobené tlakem ledu v kapse.

08.8 Stáří dílců bet. svodidel v obrazové příloze je od 2 do max. 10 let.

08.9 Předpokládaný další vývoj poruchy: rozšiřování trhlin, koroze výztuže a rychlejší rozpad vlivem mrazu. Plánovaná životnost dílců alespoň 30 – 35 let nemůže být dle zkušeností dosažena, sanace je téměř nemožná.

08.10 Doporučení: přehodnotit systém betonových svodidel z hlediska požadované životnosti a z hlediska použitých hmot pro výrobu betonu, prověřit platnost certifikátů a protokoly o certifikaci pro kamenivo do betonu pro vlhké prostředí a vyloučit použití kameniva byť jen i částečně rizikového pro toto použití, prověřit nezbytnou dávku cementu v receptuře betonu ve výrobnách, zcela vyloučit vznik jakýchkoliv trhlin na povrchu dílce během výroby a zrání betonu.


09.1Pro skupinu betonových svodidel typu New Jersey v této lokalitě platí v plné míře poznatky uvedené k lokalitě u případu 08 , pouze hornina hrubého drceného kameniva je kulmská droba. Samozřejmě se již nepodařilo zjistit typ a původ použitého cementu a přísad do betonu. Podle systému spojování dílců svodidel (typ zámku) lze usuzovat na jiného výrobce dílců než v případu č. 08, a tedy jistě byly použity i vesměs jiné složky betonu.

10 VPD HRADČANY

010.1 Pro možné příčiny vzniku trhlin v cementobetonové letištní vozovce PD postavené při generální opravě v r. 1986 platí podobné důvody jako v případě č. 01. Jelikož však na tomto letišti prakticky neprobíhá žádný provoz od r. 1991 a ani pro zimní údržbu se za provozu nepoužívaly soli alkalických prvků, je celkové mechanické namáhání tohoto betonu dodnes podstatně nižší než bylo u betonu desek na D11. Navíc betonová konstrukce této letištní vozovky je vyztužena betonářskou výztuží, která částečně rozvoj trhlin od objemových změn betonu zpomaluje.

010.2 Jediným rozdílem oproti D11 je možná reaktivní složka kameniva v betonu, jelikož u D11 se jednalo o proterozoickou drobu, kdežto v tomto případě byl jako hrubé kamenivo použit bezrizikový čedič severovýchodních Čech (jak z archivních dokumentů vyplývá). Jedinou příčinou by tedy mohlo být rizikové drobné těžené kamenivo z teras středního Labe.

010.3 Beton této let. dráhy byl dobře provzdušněn a při kontrolních zkouškách na odebraných vývrtech v r. 1986 byla prokázána dostatečná odolnost proti mrazu a solím, takže možná příčina v mrazovém rozpadu je zde zcela vyloučena. To je potvrzeno také neexistencí plošného odlupování povrchu betonu typického pro mrazu neodolný beton.

11 VPD MOŠNOV

011.1 Konstrukce této letištní dráhy byla zhotovena shodnou technologií jako v případu č. 10 a dokonce ze stejného druhu a původu cementu (SC 70). Rozdílná byla pouze místy jiná tloušťka betonového krytu a samozřejmě původ kameniva použitého do betonu. Jednalo se o kulmské droby (HDK) a písek teras střední Moravy , shodou okolností zcela stejných složek jako u případu č. 25.

011.2 Rozdíl oproti případu 01 na D11 je v tom, že CB kryt na D11 byl betonován v rámci nové konstrukce vozovky na vrstvu ABJ a cementové stabilizace (SC má minimální obsah cementu a alkálií), kdežto generální opravy v případě č. 10 a č. 11 spočívaly v nabetonování nové desky CB krytu na původní betonovou (i když s použitím separace). Je tedy možné rozpouštění alkálií ze starého betonu a jejich transport do nové vrstvy betonu, kde by se v letním období mohly alkalické soli koncentrovat.

011.3 Rozdílné oproti případu č. 01 je také namáhání letištní desky , kde díky kontinuálnímu vyztužení betonu je významné zatížení napětím od změn teplot a v prvku (desce) mohou vznikat trhliny až do 0,2 mm v souladu s normou a projektem, přičemž ale může dojít k významnému zvýšení vlhkosti betonu vyztužené desky v celé její tloušťce, a to prakticky již od okamžiku vybetonování tenké vyztužené desky. To může vést k rychlému rozvoji alkalické reakce v betonu.


012.1 Velký význam pro vznik a výskyt ASR gelů v trhlinách těchto předem předpjatých dílců má zvýšená vlhkost a voda, která má často snadný přístup do dutiny ve sloupu tehdy, když při stavbě linky VN nejsou důsledně na vrchol sloupů nasazeny ochranné kryty. Ve všech posuzovaných případech tento kryt proti srážkové vodě chyběl.

012.2 Je znám i jiný princip a příčina vzniku podélných trhlin v těchto předpjatých tyčových prvcích, a to sice nadměrné nežádoucí předpětí průřezu, kdy je tlaková rezerva tak velká, že při dodatkovém namáhání ohybem za provozu může dojít k překročení pevnosti betonu v tlaku (resp. i příčném tahu) .

012.3 Dobře je znám i princip působení vrstvy srážkové vody v zimním období , i když zkušenosti s poškozením tlakem ledu jsou mnohem horší (celkové roztržení průřezu a trhliny o šířce v řádu milimetrů), což zřejmě není příčina uvedené poruchy (pouze vlasové trhliny s výluhy gelů) .

012.4 Pokud bylo primární příčinou vzniku podélných trhlin mechanické namáhání sloupu nebo tlak ledu, je vznik křemičitých gelů třeba považovat z druhotný projev (zpřístupnění jádra betonu vodě).

012.5 V každém případě však má na vzniku gelů (a event. i poruch betonu) velký podíl nadměrné množství cementu v uvedených prvcích , zejména vysoká koncentrace cementového tmelu poblíž vnitřního povrchu stěny betonového průřezu, a tedy i velká koncentrace alkálií z cementu . K tomuto nehomogennímu rozložení cementu dochází u odstředivé technologie „lití“ betonu do formy při hrubých technologických chybách (zvýšená dávka vody ve směsi a následné rozmíšení čerstvé směsi při odstřeďování). Na vnitřním povrchu v dutině potom při vysoké vlhkosti betonu a při mnohonásobném překročení přípustného obsahu alkálií na objem betonu je velmi pravděpodobné rozpínání betonu a vznik trhlin při použití i velmi slabě reaktivního kameniva.

012.6 Známý je rovněž princip hromadění vlhkosti uvnitř dlouhých dutin, kdy difůze vodní páry zajišťuje dostatečný přísun vodní páry, která na nejvzdálenějším místě kondenzuje a již nemá možnost se v celém množství zpět v letním období odpařit (malý povrch hladiny, zpětná kondenzace na stěnách), dochází proto k trvalému zvětšování objemu kondenzované vody v dutině.

012.7 Vznik trhlin také usnadňuje neexistence smykové resp. třmínkové výztuže u tohoto systému předpjatého betonu. Výjimkou jsou starší typy sloupů ze železobetonu.


013.1 Nosná konstrukce mostu byla zdemolována původně z jiných příčin než ASR. Jednalo se o zcela rozpadlé římsy, betonové odvodňovací žlaby, o nefunkční hydroizolaci, korozi výztuže nosníků (betonářskou i předpínací), poškozený beton opěr a pilířů atd. . Výskyt alkalické reakce v betonu byl potvrzen až po rozebrání nosné konstrukce a po odběru vzorků z betonu nosníků KA 61.

013.2 V nosnících KA 61 se jednalo o dva odlišné výskyty trhlin (místo a příčina):

a) Podélné trhliny v místech kabelových kanálků, kde je vznik alkalické reakce velice pravděpodobný v případě, že je kanálek jen částečně zainjektován cementovou injektážní maltou z portlandského cementu a do nezainjektované dutiny dlouhodobě proniká voda (to se týká stěn a desky průřezu KA 61) např. od místa kotev.

b) Podélné a mozaikové trhliny v místech na podhledu nosné konstrukce čili na dolních deskách průřezu tam, kde sice jsou kanálky zainjektovány, ale dolní deska je dlouhodobě sycena vodou z komůrky nosníku , kam proniká díky nefunkční hydroizolaci. Komůrky nebyly dostatečně odvodněny a voda se v nich hromadila.

013.3 Společná další příčina obou výskytů trhlin s ASR je nepochybně ve vysokém obsahu alkálií v cementu, resp. v betonu stěn a desky nosníku. To je umožněno jednak vysokou dávkou portlandského cementu (až 500 kg cementu na m3 betonu podle zvyklostí v 70 létech). Dalším významným zdrojem alkálií jsou kabelové kanálky zainjektované maltou z PC, u kterých nebyla ponechána trubka pro vytvoření kanálku a kde mohou alkálie z cementové malty snadno pronikat z kanálku do betonu.

013.4 Situace je dále zhoršována chybným návrhem typového projektu KA 61, kdy nebyla dostatečně dimenzována příčná výztuž v deskách průřezu prefabrikovaných nosníků a kdy namáhání nosníku při příčném roznosu sil od ztížení výrazně přispívá k tvorbě podélných trhlin zejména v dolní desce nosníku.

013.5 Kamenivo (HDK) použité do betonu nosníků bylo typu proterozoických jemnozrnných drob, břidlic, prachovců a rohovců oblasti severního okraje Prahy. Gely pocházející z ASR byly prokázány jak na kamenivu ve vývrtech přes kabelové kanálky (trhlina vede přes kanálky), tak i na kamenivu v betonu stěn a desek.

013.6 Obdobné projevy objemových změn betonu způsobené reakcí kameniva s alkáliemi v betonu a z kabelových kanálků můžeme dnes pozorovat u mnoha dalších starších mostních konstrukcí systému KA 61.


014.1 Výskyt těchto trhlin v železobetonu mostního svršku lze jednoznačně přisoudit vysoké vlhkosti prostředí a použitému rizikovému kamenivu – proterozoické tufy a droby .

014.2 Podrobnější údaje z archivu dosud nejsou k dispozici.

15 ČÍČOVÁ – MOST

015.1 O dnešním velmi špatném stavu mostu se rozhodlo v době plánování opravy, kdy nebyla opravena nefunkční hydroizolace mostovky ale místo toho byla provedena vrstva stříkaného betonu s výztužnou sítí na bocích a podhledu trámové monolitické konstrukce z 30. let .

015.2 V důsledku nasycení železobetonové konstrukce vodou (a další retence vody v poréznější vrstvě stříkaného betonu) vznikly příznivé podmínky pro alkalickou reakci. Místo aby se dosáhlo vysušení nosné konstrukce, docílilo se dokonalého prosycení vodou.

015.3 Současný stav nosné konstrukce neodpovídá požadavkům norem a předpisů na jakost , homogenitu a stav betonu nosné konstrukce. Téměř ve všech 6 ti vodorovných vývrtech z betonu trámů byl nalezen rozpad betonu (delaminace) trhlinami rovnoběžnými s boční plochou trámů, u některých vývrtů to byly trhliny v hustotě cca 1 trhlina na každých 30 mm délky vývrtu.

015.4 U většiny vývrtů bylo jasně patrné vyluhování výplně trhlin (různých forem gelů) a usazování povlaků z výluhů solí vápníku.

015.5 V betonu byly určeny 2 druhy hrubého kameniva: těžený štěrkopísek se zrny velikosti ojediněle až 40 mm, drcené kamenivo (žula) se zrny také do 40 mm.

015.6 Na čerstvé lomové ploše betonu se při testování přítomnosti gelu jako nejreaktivnější jevila zrna sedimentárních hornin z teras Orlice, žulové kamenivo bylo beze stop gelů.

015.7 Stav vývrtů a projevy ASR odebraných na tomto objektu se nápadně podobají stavu na objektu u případu č. 18.

015.8 Na cementových omítkách betonového zábradlí byla též zjištěna trhlinová síť typická pro ASR.


016.1 Při srovnání s ostatními případy se jedná o částečně odlišný projev tvorby trhlin způsobených alkalickou reakcí kameniva. Jedná se o výskyt jednotlivých reaktivních ojedinělých zrn v malém množství v betonu (sopečná skla, andezity) , avšak od každého tohoto zrna vychází na povrch betonového prefabrikátu trhlina, často ve trychtýřovitém uspořádání, při výskytu více zrn u sebe se potom trhliny spojily do linie.

016.2 Betonové dílce nejsou dostatečně odizolovány na rubové straně opěrné zdi od přístupu vlhkosti ze zeminy.

016.3 Poruchy způsobené trhlinami nijak nesouvisí s event. korozí výztuže v dílci.


017.1 U tohoto objektu jsou na pohled převažující poruchy způsobené ASR v cementových omítkách betonové konstrukce, což je vzhledem k dávkám cementu očekávatelné. Při obvyklém dávkování cementu do malty na opravy povrchu betonu lze očekávat množství 500 až 800 kg cementu na 1 m3 malty. To znamená i při velmi nízkém očekávatelném obsahu alkálií v cementu (0,6 % Na2O) obsah až 4,8 kg Na2O na 1m3 malty , což je již velmi vysoký podíl a vznik ASR vzhledem ke stáří objektu přes 55let je přirozený. V takovém případě mohou reagovat pravděpodobně i písky s nízkou rizikovostí.

017.2 Jiná situace je u masivního betonu nosné klenby (dávka cementu bude nižší), kde však je v daném případě pro vznik reakce příznivý faktor vlhkosti betonu a faktor času.

017.3 U klenby bude vzhledem ke klenbovému účinku konstrukce projev ASR ve formě trhlin minimální

18 MOST PŘES ORLICI – TŘEBECHOVICE

018.1 Jádrové vývrty odebrané z parapetního nosníku se po vyjmutí z vrtné korunky rozpadly na několik plátků, obdobně jako u případu č. 15.

018.2 Hlavní parapetní nosník je po výšce rozdělen několika svislými delaminačními trhlinami , rovnoběžnými s boční svislou plochou nosníku.

018.3 Nepříznivým faktorem z hlediska životnosti této konstrukce je absence ochrany těchto nosníků před vniknutím a působením srážkové vody, horní plocha nosníku je vodorovná, s trhlinami.

018.4 O poruchách cementové omítky , v tomto případě kamenicky upravené jako umělý kámen pemrlováním, platí stejné poznatky a úvaha o množství cementu a alkálií jako u případu č. 17. U umělého kamene však nastává vzhledem k jeho povrchové úpravě vyšší pohlcování srážkové vody (pemrlováním podrcené povrchy obnažených zrn hornin) a je tedy pravděpodobnost vzniku ASR ještě vyšší. Obdobná situace je u umělých kamenů ještě na mnoha dalších betonových objektech s vyšším stářím než 50 let, např. u případu č. 22 a č. 28.


019.1 U těchto prefabrikátů pro odvodnění povrchu komunikace je jen málo informací o způsobu výroby a o složení betonu, dílce byly na stavbu dovezeny ze SRN. Jistý je způsob hutnění betonu ve formě , a to příložnou vibrací.

019.2 Při rozboru složení zrn těženého kameniva v betonu na odebraných vývrtech byla konstatována přítomnost vápenců i dolomitů.

019.3 Podmínky pro vznik ASR jsou ideální – vysoká vlhkost betonu a přítomnost chloridů alkalických prvků (pokud Na a K ionty ke vzniku ASR přispívají), nepochybně vyšší dávka cementu u tohoto typu dílce z technologických důvodů obvyklá.

019.4 Ke vzniku trhlin typických pro ASR došlo , přestože je dílec vyztužen jako železobetonový.


020.1 Vnější římsa na tomto objektu (viz snímek) byla v r. 1994 sanována reprofilační maltou a stěrkou v době, kdy se na povrchu ještě nevyskytovala trhlinová síť od ASR , ale docházelo pouze k odlupování povrchu betonu (mrazové odlupování). Od r. 1994 do r. 2003 došlo k vytvoření trhlinové sítě dle přiložené fotodokumentace.

020.2 Sanační zásah z r. 1994 nedokázal pokračování alkalické reakce v betonu pod stěrkou zabránit a došlo k destrukci betonu římsy i pod povrchem sanačního systému.

020.3 Zjednodušený průběh poruchy byl tedy pravděpodobně přibližně tento:

a) ve stáří 0 – 10 let betonu – tvorba ASR gelů, zaplňování účinných pórů v betonu produkty ASR (gely) , postupné narušování povrchu betonu mrazovým rozpadem od povrchu

b) ve stáří 10 – 20 let betonu – produkty ASR již všechny póry v betonu zaplnily a dochází k vnitřnímu přetlaku gelů v betonu a ke vzniku trhlinové sítě.

20.4Z tohoto modelu vyplývá nutnost v rámci diagnostických průzkumů betonových konstrukcí před návrhem sanačního systému vždy prověřit mikrostrukturu betonu se zaměřením na výplně pórů v betonu, zda nejsou zaplněny produkty nežádoucích reakcí v betonu. V praxi by to znamenalo prohlídku čerstvé lomové plochy vzorku betonu odlomeného z vývrtu z konstrukce optickou mikroskopickou metodou.


021.1 U prefabrikátů (prostý beton) nejsou dostupné konkrétní informace o složení betonu, jistá je pouze technologie výroby - vibrolisovaný beton.

021.2 Po skončení reklamačních řízení bude zřejmě možno detailnější informace od správců komunikací získat.

021.3 V lokalitě 21 b) je položen monolitický obrubník z provzdušněného betonu technologií pokládky minifinišerem IPS. Návrh složení tohoto betonu musel splnit požadavky na tuhou konzistenci ale dobrou zpracovatelnost vibrací (posuvná bočnice) , což se řešilo vyšší dávkou cementu a nízkým vodním součinitelem.

021.4 Z přilehlého terénu je u 21 b) z vyšších poloh prostor se zeminou za obrubníkem dostatečně zásobován srážkovou vodou, což je pro vznik ASR příznivé.


022.1 Poruchy související s alkalickou reakcí kameniva lze u tohoto objektu rozdělit do následujících skupin:

a) trhliny v umělých kamenech (pemrlovaný povrch) na stativech, pilířích, křídlech opěr, římsách opěrných zdí u mostu

b) trhliny v cementových hladkých omítkách na podhledu nosné konstrukce – desky a konzol

c) trhliny v betonu nosné konstrukce a opěr

d) pravděpodobné následky zvětšení objemu betonu konstrukce – sevření dilatačních spár NK, poruchy na pilířích (odlamující se rohy průřezu pilířů)

022.2 Nevýhodou při průzkumu trhlinové sítě v železobetonu nosné konstrukce je její zakrytí cementovou omítkou. Z podélných trhlin v poli nad komunikací je však nepochybně zřejmé, že trhliny probíhají do větší hloubky, ne-li skrz celou tloušťku monolitické desky NK. Velmi nepříznivým faktorem je značné dynamické namáhání konstrukce od projíždějících vlaků, které podobně jako u CB krytu v případě č. 01 může značně urychlit rozvoj trhlin v nosné konstrukci.

022.3 Hlavní příčinou vzniku poruch ASR je nežádoucí průnik srážkové vody do konstrukce (nefunkční hydroizolace) případně přímé působení srážek na opěrné zdi u mostu.

022.4 Další příčinou vzniku ASR (v delším časovém horizontu 50 let) je pravděpodobně střední rizikovost použitého těženého kameniva do betonu – z teras středního Labe. Tato střední rizikovost je též patrná i z výsledků ostatních etap tohoto projektu – zkoušky reaktivnosti kameniva z 30 lokalit v ČR (ZKK Hořice), i když maximální přípustné hodnoty expanze dle dosud používaných norem nebyly překročeny.

022.5 Identický je typ poruchy na omítkách a umělých kamenech jiného podjezdu na této trati také v Pardubicích ( U sv. Anny) , budovaného v r. 1960, také s použitím těženého kameniva ze stejných lokalit. Tento případ dosud nemá založen typový list.


023.1 Jedná se o specifický případ skryté deskové železobetonové konstrukce desky přelivu, která byla po projevech různých poruch v 70. a 80. letech (zejména netěsnosti a průnik srážkové vody do prostor elektrárny) opatřena těsnící vrstvou z epoxidového plastbetonu (plastmalty).

023.2 Dominantním projevem alkalické reakce v horní části ŽB desky je množství delaminačních trhlin rovnoběžných s povrchem desky .

023.3 Zvýšená vlhkost betonu konstrukce byla způsobena také kondenzací par ze spodních prostor elektrárny v zimním období. K poruchám plastbetonu mohlo pravděpodobně přispět také působení mrazu a rozpínání ledu v prostoru mezi betonem přelivu a plastbetonem .

023.4 Na rozpadajících se vzorcích betonu se nepodařilo rozlišit převládající podíl na vzniku ASR , zda příčinou je reaktivnost těženého či drceného kameniva.


024.1 V rámci vysvětlení příčin možných drobných posunů bloků hráze v dilatačních spárách se také odebraly vývrty z betonu, na kterých byla mimo jiné zjišťována pravděpodobnost objemových změn betonu vlivem reakce kameniva s cementem.

024.2 Přítomnost produktů ASR ( tj. Si alkalických gelů) byla prokázána na vývrtech před provedením zkoušky zbytkové expanze ASR (dlouhodobé zahřátí na + 40 st. C), tak i po provedení této dlouhodobé zkoušky (viz jiné etapy tohoto projektu).

024.3 Ke vzniku gelu došlo v tomto speciálním přehradním betonu přesto, že byla při jeho výrobě použita velmi nízká dávka cementu (snaha snížit vývin hydratačního tepla) a příměs popílků jako náhrada části cementu.

024.4 Na objektu hráze nebyly nalezeny typické trhlinové sítě ani jiné trhliny nebo poruchy vyplývající jednoznačně pouze z působení ASR a s tím spojených objemových změn betonu. Nebyly zjištěny žádné poruchy jakkoliv snižující životnost betonu.


025.1 Jedná se o první a zřejmě i nejlépe doložený výskyt rozsáhlých poruch betonové konstrukce v ČR, zapříčiněných především alkalickou reakcí kameniva v betonu (a možná i s podílem sekundárního ettringitu v trhlinách) .

025.2 Případ výskytu významných objemových změn betonu předem předpjatých (strunobetonových) železničních pražců (trať Chornice-Šebetov, Varín-Žilina) byl podrobně popsán a doložen rozsáhlými zkouškami ve zprávě „Výzkum napjatosti pražce a příčin jeho porušování“ , úkol č. R 11 80 52 , Brno , 12/1992. Ze zprávy vyplývá, že problém rozpadu pražců vznikl již v 80. létech a první analýzy a průzkumy proběhly již v r. 1977. Poté bylo cca 15 let věnováno průběžnému zkoumání a vyhodnocování teorií všech možných příčin vzniku rozpadu betonu pražců, zejména předpjatých typů (zejména Prof. Šauman). V r. 1992 byly provedeny zkoušky betonu těchto pražců navíc na Dánském pracovišti G. M .Idorn Consult (J Holm, Dr. Johansen).

025.3 Příčina rozpadu pražců byla oběma pracovišti určena rozdílně.

c) Prof. Šauman : příčinou vzniku trhlin je v betonu sekundárně vzniklý ettringit, přičemž malé množství alkalického gelu také mohlo v betonu vzniknout

d) Dr. Johansen: jedinou a hlavní příčinou rozpadu pražců je alkalická reakce kameniva, i když malé množství ettringitu bylo v trhlinkách v betonu nalezeno

025.4 Reaktivní složky (opály, sopečné sklo, rohovce) byly na Dánském pracovišti nalezeny jak v použitém písku do betonu, tak i v drceném kamenivu.

025.5 Na vzorcích betonu z archivního pražce PB2 D (ze stejné části výroby, ze které byly zkoumány vzorky v r. 1992 v Dánsku) byl alkalický gel detekován v rámci této etapy o) na rozlomených zrnech těženého i drceného kameniva, na boku pražce uloženého 18 roků na skládce v méně vlhkém prostředí než ve svršku trati byly zjištěny charakteristické vlasové trhliny impregnované transparentním gelem , usměrněné podle vnitřní napjatosti předepnutého dílce. Přítomnost produktu alkalické reakce v betonu pražců (gelu) byla tedy i tímto dodatečným testem prokázána.


026.1 Přítomnost alkalických gelů v betonu byla prokázána na vývrtech z nosné konstrukce (lamely montované na skruži) i na monolitických dobetonovaných částech konstrukce, viz případ č. 02 .

026.2 Konstrukce (segmentová) byla zhotovena z betonu s použitím vysoké dávky cementu (více než 500 kg na 1 m3 betonu) a těženého kameniva.

026.3 Do konstrukce dlouhodobě zatéká srážková voda, což je hlavní příčina vzniku ASR gelů v betonu a i počínajícího rozvoje trhlin v betonu.

026.4 Na objektu se připravuje rekonstrukce (hydroizolace, odvodnění, trhliny v příčnících, mostní závěry).

026.5 Zkoušky objemových změn betonu na vývrtech při dlouhodobé expozici v prostředí + 40 st. C dosud nejsou ukončeny (zkoušky „zbytkové“ expanze urychlením ASR jako možné diagnostické metody).

026.6 U objektu se doporučuje další prověrka projevů alkalické reakce na vzorcích odebraných během rekonstrukce, např. využití jádrových vývrtů vzniklých jako odpad při technologiích opravy (prostupy, kotvení atd.).

27 MOST NA H1 EV. Č. 1-009

027.1 U tohoto objektu byly projevy ASR nalezeny na více konstrukčních prvcích (betonové římsy, betonové odvodňovací žlaby , betonové spadišťové šachty).

027.2 Projevy ASR (trhlinové sítě) jsou dosud v počátcích svého rozvoje, přítomnost alkalických gelů je prokázána.

027.3 Všechny jmenované železobetonové prvky jsou vystaveny přímému působení srážkové vody.

027.4 U mostních říms je stav železobetonu dále navíc zhoršován působením srážkové vody ve špatně zabetonovaných kapsách zábradlí.


028.1 Trhliny na tomto objektu byly zdokumentovány jednak v omítkách z umělých kamenů, jednak v jádrovém betonu nosné konstrukce a betonového zábradlí, včetně masívních sloupů na okrajích mostu.

028.2 Na mostovce byla velmi správně provedena v nedávné době oprava - nová přímo pojížděná hydroizolace, opraveny byly mostní závěra a vpusti (zálivky) , takže beton nosné konstrukce by nyní měl svoji vlhkost postupně snižovat a event. pokračování ASR v betonu by se mělo zastavit.

028.3 Problémem je masivní železobetonové zábradlí na mostě, vystavené přímému působení srážkové vody.

028.4 Výskyt ASR gelů a trhlin v omítkách z umělých kamenů je i u tohoto případu identický co do příčin s případy č. 15, 17, 18, 22 .

4. Návrh katalogových listů – návrh na doplnění katalogu poruch mostů PONTEX 2000

4.1Pro zařazení do katalogu poruch mostů MD doporučujeme následující databázové karty z této etapy:















27 MOST NA H1 EV. Č. 1-009


4.2 Po odsouhlasení oponenty a MD budou uvedené karty převedeny z formátu EXCEL do příslušného formuláře ve formátu ACCES nebo WORD.

Je třeba vyjádření zpracovatelů a správce „Katalogu závad mostních objektů

4.3 pozemních komunikací, 2000“ k tomu, které údaje a vyobrazení z typových listů této etapy převzít i do katalogu.

5. Závěry z provedené etapy - Terénní diagnostický průzkum betonových konstrukcí inženýrských staveb

a) Během provedené etapy byla zcela nepochybně prokázána existence alkalické reakce kameniva s alkáliemi v betonu na mnoha různých typech konstrukcí, v některých případech se závažnějším stupněm porušení betonové konstrukce.

b) Na základě prací provedených v této etapě je dokázáno, že alkalická reakce kameniva v betonu je i v ČR reálným problémem.

c) Některé poznatky a typologie trhlin z průzkumu cementobetonové vozovky D11 byly prostřednictvím ŘSD Praha předány k zapracování do TP 82 – katalog poruch tuhých vozovek v r. 2004.

d) Informace o alkalické reakci a s tím souvisejících poruchách získané v této etapě byly zapracovány do souhrnných databázových karet, které umožňují technické veřejnosti a zejména pracovníkům ve funkci správců betonových staveb získat představu o projevech alkalické reakce, o různých formách porušení betonové konstrukce a zčásti i o mechanismu jejich vzniku. Tím je jim také dána možnost, aby tento typ poruchy na konstrukcích sami a pokud možno i správně identifikovali.

6.Seznam příloh – typových listů:










10 VPD HRADČANY

11 VPD MOŠNOV
















27 MOST NA H1 EV. Č. 1-009


Str. 1

_1139927425.doc

Documents

cvut.czweb.cvut.cz/ki/research/alkrea/Zprava_o.doc · Web view01 CB KRYT VOZOVKY D11 02 MOST X-502 ČERNÝ MOST 03 KONZOLA JEŘÁBOVÉ DRÁHY 04 MOST LIBEŇ PŘES VLTAVU 05 MOST LITOL