Norma DIN EN 206 předpokládá, že betonové konstrukční díly mají životnost minimálně 50 let. Koroze ocelové výztuže v železobetonu způsobená jeho působením CO2 (karbonace) může zkrátit životnost. Holcim HüttenZement GmbH používá klimatizační komoru Memmert ICH C s regulací CO2, aby zjistila, jaké vlastnosti beton musí mít, aby se minimalizovala karbonace.
Karbonizace – stručně vysvětleno
Překvapivě, beton a pivo mají docela dost společného: Oba mají jen pár ingrediencí, existuje na ně spousta receptur a beton i pivo stárne, když jsou vystaveny živlům. Zatímco trvanlivost německého (i českého) oblíbeného nápoje ovlivňují především oxidační procesy, železobeton je nejčastěji postižen korozí ocelové výztuže způsobenou živly. Jednou z hlavních příčin je pronikání chloridů do betonu. Druhou hlavní příčinou předčasného stárnutí železobetonu je CO2, který může pronikat vnějšími vrstvami betonu ze vzduchu nebo z vody obsahující CO2. Tento chemický proces se v žargonu nazývá karbonace.
Hlavními složkami betonu jsou voda, kamenivo a cement. Do betonové směsi se často přidávají přísady a/nebo přísady pro zlepšení její zpracovatelnosti nebo trvanlivosti. Protože beton má extrémně vysokou pevnost v tlaku, ale nízkou pevnost v tahu, je obecně vyztužen ocelovými tyčemi nebo pruty. Zpočátku je ocelová výztuž zcela uzavřena betonem a je tak dobře chráněna proti korozi. Může za to vysoce alkalický, ve vodě rozpustný hydroxid vápenatý Ca(OH)2, který vzniká při tvrdnutí betonu reakcí křemičitanů vápenatých s vodou. Vysoké pH vody v pórech hydratovaného cementu vytváří na ocelové výztuži inertní pasivační vrstvu oxidu železa, zabraňující tvorbě rzi. Pokud v průběhu času kombinace vlhkosti a CO2 ovlivní strukturu, hydroxid vápenatý reaguje za vzniku uhličitanu vápenatého (CaCO3) a snižuje pH. V důsledku toho již výztuž není chráněna proti korozi. Hloubka čela karbonatace závisí na řadě kritérií, jako je obsah vlhkosti, pórovitost a stáří betonu.
Jako vodítko se používají konkrétní třídy expozice
V Evropě norma DIN EN 206-1 specifikuje, jak jsou účinky různých vlivů prostředí klasifikovány do takzvaných tříd expozice betonu. Tyto třídy se vzájemně nevylučují, což znamená, že na jednu strukturu se může vztahovat několik tříd expozic. V závislosti na třídě norma specifikuje toleranční limity pro poměr voda/cement, minimální obsah cementu a obsah vzduchu v betonu, mimo jiné, aby byla zaručena trvanlivost betonu použitého pro všechny myslitelné aplikace. Karbonatace betonu je definována jako třída XC.
Evropský výbor pro normalizaci (CEN) v současné době reviduje normu EN 206, což je nový přístup k zaručení trvanlivosti betonu: klasifikace do tříd odolnosti na základě toho, jak rychle probíhá karbonatace betonem. Na různých místech, včetně společnosti Holcim HüttenZement GmbH v německém Dortmundu, v současnosti probíhají počáteční praktické zkoušky klasifikace různých jakostí betonu.
Stanovení hloubky karbonatace
Jak je tomu ve většině průmyslových odvětví, je možné použít umělé stárnutí k predikci životnosti. To se provádí ponořením zkušebních těles – betonových kostek nebo trámů – do vody na 28 dní. Poté se suší ve standardní atmosféře (20 °C a 65 % relativní vlhkosti) po dobu 14 dní v klimatické komoře nebo místnosti s řízeným klimatem, než je tým vedoucí laboratoře Dr. Christine Eckhardt uloží na 70 dní do skladu při 20 °C, 55 % relativní vlhkosti a 3 % CO2 v Memmertově komoře s konstantním klimatem ICH750C. Hloubka karbonatace se stanovuje po 56, 63 a 70 dnech.
To se provádí rozdělením zkušebního vzorku a postříkáním zkušebního povrchu indikátorem. Při vysokých hodnotách pH se povrch zbarví do červena/fialova (viz obrázek), což znamená, že je zajištěna dostatečná ochrana proti korozi, zatímco povrch zůstává bezbarvý tam, kde pronikl CO2. Hloubka karbonatace se měří pomocí posuvného měřítka.
Klimatizační komora Memmert ICH: flexibilní, mobilní místnost s klimatizací
Klimatická komora Memmert ICH C, ve které jsou betonové kostky vystaveny CO2 v konstantní atmosféře, je vybavena teleskopickými posuvy a zesílenými nerezovými mřížkami, které vám pomohou maximálně využít dostupný objem komory 749 litrů. Každá mřížka pojme cca. 50 kilogramů, přičemž každý zkušební vzorek váží 12 kilogramů. Dr. Eckhardt oceňuje zejména flexibilitu klimatické komory. „V zásadě je ICH navržen pro semimobilní použití, protože jej lze snadno přemístit z jedné místnosti do druhé. Má vlastní klimatizační jednotku. Přívod CO2 lze nastavit samostatně, což znamená, že nepotřebuji velkou klimatickou komoru a nemusím ovládat klima v celé místnosti, abych mohl provádět experimenty s karbonizací.“
Společnost AtmoSAFE by ráda poděkovala společnosti Holcim HüttenZement GmbH v Dortmundu, zejména Dr. Christine Eckhardt, za laskavou podporu při přípravě tohoto článku.
