Dlouhodobé testy trvanlivosti ochranných technologií v prostředí ČOV

Od roku 1991 prováděla firma Sika v objektu čističky odpadních vod ve švýcarském Altenrheinu testování chování a změn různých ochranných technologií aplikovaných v reálných podmínkách. In-situ měření bylo prováděno v periodách 7,5, 10 a 17 let a za tu dobu byly sledovány různé parametry. Závěry ukazují na překvapivě nízkou (do 5 let) odolnost vůči prostředí u běžně používaných cementových a polymercementových malt. Z výsledků jsou jasně patrné rozdíly v životnosti jednotlivých druhů ochranných technologií.

Voda přicházející do čističky odpadních vod obsahuje celou škálu různých pro beton agresivních látek. Jejich koncentrace a účinek se liší i během procesu čištění vody. Nejnáročnější podmínky, co se týče chemického i mechanického zatížení betonu, je bezesporu v aktivační jímce. Do určité doby se správce objektu může spolehnout na primární ochrannou funkci betonu, z něhož jsou konstrukce zhotoveny, avšak po uplynutí životnosti je nutno přistoupit k sanaci a zodpovědný správce by měl zvážit i možnosti vhodného ochranného systému. 

Na českém trhu je řada výrobců specializovaných ochranných malt, nátěrů, impregnací, povlaků a zázračných krystalizací, které jsou deklarovány jako vhodné pro použití v prostředí ČOV a také se zde používají. Pro účely stanovení životnosti našich ochranných technologií provedla společnost Sika dlouhodobý test na konkrétním objektu v aktivační jímce, během něhož se sledovaly změny technických parametrů a vlastností. 

Popis objektu
V roce 1991 umožnil vlastník ČOV ARA Alten-rhein firmě Sika Švýcarsko, aby provedla dlouhodobý test odolnosti ochranných technologií a v aktivační jímce nanesla různé materiály/systémy materiálů.

Čistička je situována při břehu Bodamského jezera a jsou sem svedeny odpadní vody města St. Gallen a též dešťové vody. Vyčištěné vody jsou vypouštěny do jezera, které je využíváno jako zdroj pitné vody pro většinu jihozápadního Německa. Čistička byla uvedena do provozu v roce 1975.

Ochranné technologie
V roce 1991 bylo do aktivační jímky aplikováno 13 různých technologií na různých materiálových bázích. Aplikovány byly na stěnu tak, aby byly při užívání jak pod vodou, tak i nad vodou. Zejména v místě hladiny se dalo očekávat největší zatížení. Aktivační jímka byla otevřená, namáhání biogenní kyselinou sírovou bylo vyloučeno, toto nebylo předmětem posuzování. Obecně lze použité systémy rozdělit do pěti skupin:
– cementové (CC),
– polymercementové (PCC),
– epoxicementové (ECC),
– epoxicementové v kombinaci s pryskyřičným nátěrem (ECC+P),
– epoxidové samostatně na betonu (EP).

Vyzkoušeny byly tedy různé malty hydroizolační (CC i PCC), sanační finální (PCC), epoxidové lepidlo (EP), technologie samotných epoxicementových malt (ECC) a také jejich kombinace s pryskyřičnými, hlavně epoxidovými i polyuretanovými nátěry (ECC+P).

Hodnocení probíhalo jak vizuální, tak i laboratorní, a to po 7,5, 10 a 17 letech užívání.

Inspekce
Na ochranných povlacích byly v průběhu let sledovány vizuální změny, měknutí, loupání, rozpadání, tvorba puchýřů a jiné viditelné vady. Metodou bylo vždy jednoduché posouzení tvrdosti pomocí tyče, zda materiály jsou měkké či nikoli (tabulka 1). Přesné hodnoty mechanických parametrů byly poté získány z laboratorních testů na provedených vývrtech a odebraných vzorcích.

Tabulka 1: Výsledky vizuální inspekce

Laboratorní testy

Ze zkoušek byly prováděny odtrhy v r. 2002 a 2008 (10 a 17 let provozu) pouze na materiálech, které k tomu byly ještě vhodné. Cílem bylo stanovit pevnost v tahu povrchových vrstev betonu (tab. 2). Odtrhy se prováděly na povrchu vývrtu hloubky 20 mm, tzn. skrze všechny ochranné vrstvy. Z tabulky vyplývá, že technologie ECC+P vykazovala dokonce nárůst pevností, a to hned u dvou technologií, což může být způsobeno další hydratací betonu, ale může jít i o nepřesnost měření. U technologie EP (lepidlo nebo nátěr) se vlivem tvorby osmotických puchýřů snižuje samotná přídržnost k betonu. 

Tabulka 2: Pevnost povrchových vrstvev betonu v tahu – odtrhy

Z malých vývrtů bylo posléze stanoveno množství agresivních látek v kontrolním a ochráněném betonu. Vývrty byly provedeny v r. 2008, a to jen na funkčních technologiích, a byly určovány tyto látky:
– sírany,
– chloridy,
– dusičnany.

Sírany betonem nepronikaly příliš hluboko, ale pozitivní vliv ochranných povlaků byl jednoznačně potvrzen. Chloridy se obecně v této konstrukci příliš nevyskytovaly. U dusičnanů jistou ochranu poskytují i CC nebo PCC malty.

Technologie účinně bránící vnikání agresivních látek po 17 letech užívání jsou pouze ty, které kombinují epoxicementovou vyhlazovací stěrku s pryskyřičným nátěrem. Ostatní vykazují stejné obsahy jako srovnávací beton.

Závěr
Čistě cementové hydroizolační či sanační malty (CC) a také akrylátem modifikované malty (PCC) jsou nejčastěji používanou technologií v prostředí ČOV vzhledem k jejich pořizovací ceně. Tyto malty však velmi brzy kompletně selhávají, přestávají plnit svou funkci a mají životnost v aktivační jímce menší než 7,5 roku (testované produkty: Sika MonoTop, SikaTop, Sika-110HD, SikaTop Seal-107).

Malty cementové s modifikací epoxidu (ECC) samostatně použité v aktivační jímce jsou výrazně odolnější než předchozí skupina výrobků a jejich matrice měkne až po 10 letech. Po 17 letech už nelze mluvit o jejich ochranné funkci. Životnost lze tedy očekávat kolem 10 let (testovány výrobky technologie EpoCem).

Epoxidové nátěry/lepidla (EP) aplikované samostatně vykazují vysokou odolnost, ale trpí tvorbou osmotických puchýřů a bez vyloučení tohoto jevu lze s těmito technologiemi počítat jen podmíněně. U technologií, kde byla použita ochranná stěrka s pryskyřičným nátěrem (ECC+P), lze uvažovat s životností vyšší než 17 let (testovány výrobky technologie EpoCem a nátěry Sika Poxitar F, Sikalastic-830, 844XT, Sikafloor-390). 

Na životnost má vliv řada aspektů, např. údržba, provedení detailů, trhliny, abraze, biogenní kyselina sírová apod. Vývoj technologií jde samozřejmě dál a provedené dlouhodobé testy nejsou jediným podkladem pro spolehlivé a odpovědné navrhování ochranné technologie betonu, nejen v prostředí ČOV. O rozdílech mezi jednotlivými sanačními technologiemi však vypovídají dostatečně zřetelně.

DANIEL SCHÖNFELDER
foto archiv firmy Sika

Ing. Daniel Schönfelder (*1978)
absolvoval Fakultu stavební VUT v Brně, pracuje jako product manager oblasti „refurbishment“ ve firmě Sika CZ, s. r. o.