Rysy - niebezpieczeństwo dla każdej budowli
Występowanie rys w konstrukcjach masywnych jest zjawiskiem specyficznym, które z reguły nie narusza ani stabilności, ani możliwości eksploatacji budowli. Budowle o strukturze mineralnej, takie jak mur i beton, nadają się do eksploatacji przy dużych obciążeniach. Przejmują one jednak tylko niewielkie naprężenia rozciągające i zginające, które obok skurczu są najczęstszą przyczyną powstawania pęknięć. Jakie niebezpieczeństwo może nieść pęknięcie w strukturze substancji budowlanej, zależy od czynników, takich jak szerokość pęknięcia, grubość i gęstość podłoża betonowego w najbliższym jego otoczeniu oraz tendencja rozszerzania się i kurczenia spękań pod wpływem długo- czy krótkotrwałych zmian temperatury lub zmiennego obciążenia.
Pęknięcia szkodliwe (spękania powierzchniowe i powierzchniowo rozległe, o szerokości większej niż 0,2 mm, szersze pęknięcia nieuregulowane, wilgotne, przewodzące wodę bezciśnieniowo lub pod ciśnieniem), muszą być naprawione, ponieważ stanowią zagrożenie dla nośności budowli, właściwości użytkowych oraz jej trwałości.
Wpływ pęknięć na stan budowli jest oceniany na podstawie obserwacji, badań, testów, obliczeń oraz doświadczeń.
Dla właściwej oceny niezbędna jest również dokumentacja techniczna oraz dane z etapu budowy (Dziennik budowy). Aby osiągnąć trwały efekt naprawianych rys, potrzebna jest całościowa koncepcja naprawy, odpowiednia dla danego typu obiektu. Warunkiem niezbędnym jest analiza rys i pęknięć, w której będą zebrane i udokumentowane wszystkie objawy i przyczyny tworzenia się spękań.
Kiedy naprawiać pęknięcia
Jeżeli statyka i nośność są zagrożone.
Jeżeli przez rysy powstałe w wyniku znacznej korozji betonu i zbrojenia zostaną naruszone właściwości użytkowe.
Jeżeli wnikająca w obiekt wilgoć negatywnie wpływa na właściwości użytkowe obiektu.
Jeżeli rysy zwiększają niebezpieczeństwo wnikania chlorków w następstwie działania środków odladzających (sól) i zmiany pogody - zamarzanie i rozmarzanie (np. cokoły muru, mosty, nawierzchnie parkingowe i zbiorniki wodne).
Jeżeli rysy szpecą obiekt (obiekt wygląda nieestetycznie).
Analiza spękań
Technologie naprawy, jak i dobór materiałów do wypełnienia, muszą bazować na wykonanej wcześniej analizie rysy, tzn. uwzględniać rodzaj rysy, przyczyny powstania, geometrię rysy, szerokość, zmiany rozwartości rysy, stan zawilgocenia i stopień zabrudzenia. Przed analizą i ustaleniem przebiegu rysy należy oczyścić obszar wokół rysy.
Rodzaj spękań
Obraz rys określa ich liczba oraz rozmieszczenie. Ważną okolicznością przy naprawach spękań metodą iniekcji jest fakt, czy rysa jest powierzchniowa, czy rozdzielająca. Spękania powierzchniowe biegną często powyżej prętów zbrojenia, wykazują orientację zgodną
z kierunkiem zbrojenia (rysy zespolone) lub sieciowo (rysy sieciowe) z orientacją w kierunku zbrojenia lub też bezładnie. Powstają one np. w wyniku zbyt dużych różnic temperatur i wilgoci występujących wewnątrz i na powierzchni płyty betonowej, mają zwykle niewielką
głębokość i po kilku tygodniach ponownie się zamykają. Spękania rozdzielające obejmują znaczne obszary lub nawet cały przekrój. Rozróżniamy rysy podłużne, gięte, o zmiennej rozwartości, poprzeczne i zbiorcze.
Rozwartość spękań
Pod pojęciem rozwartości rysy rozumie się odległość między krawędziami rysy mierzoną na powierzchni, prostopadle do przebiegu rysy. Przy pewnej rozwartości rysy wpływ na zabezpieczenie zbrojenia przed korozją ma grubość oraz zagęszczenie powierzchni betonowej w otoczeniu spękania. Jeżeli obiekt narażony jest na oddziaływanie szczególnie szkodliwych substancji lub przewidziany jest do specjalnego zastosowania, naprawa spękań może być konieczna już przy ich niewielkich rozwarciach. Do mierzenia rys można użyć szczelinomierza. Dla celów diagnostycznych każdy pomiar należy uzupełnić o datę, czas, warunki pogodowe i temperaturę obiektu.
Zmienna rozwartość rysy / Rozszerzalność rys
Duże znaczenie dla prawidłowego wyboru materiału do wypełnień, a w związku z tym dla skutecznie przeprowadzonej naprawy rys rozszerzalnych, ma zmienność rozwartości rysy. Zmiany rozwartości rysy mogą mieć charakter okresowy (na skutek obciążenia transportowego), dzienny (na skutek promieniowania słonecznego) lub długoterminowy (np. uwarunkowany zmianą pór roku). Wpływy te pokrywają się często z nieodwracalnymi zmianami na długości, np. skrócenia spowodowane skurczem betonu. Wypełniacze sztywne, typu iniekcyjne żywice epoksydowe, są stosowane tylko wtedy, jeżeli usunięta zostanie przyczyna powstania rysy i wypełnienie nie jest narażone na zbyt dużą pracę, w przeciwnym razie pojawią się kolejne pęknięcia obok sztywnego, przenoszącego naprężenia spoiwa. Przy rysach rozszerzalnych należy używać wypełnień elastycznych (z ograniczoną rozciągliwością i ściśliwością), takich jak iniekcyjne żywice poliuretanowe, aby otrzymać rozciągliwe połączenie obu krawędzi rysy.
Zabrudzenia
Sukces skutecznej naprawy zależy w znacznej mierze od tego, czy w istniejącym pęknięciu nie nagromadziły się resztki betonu lub innego materiału wpływającego negatywnie na
przyczepność, jak:
luźne i odpryskujące części
karbonatyzowane ścianki i brzegi rysy mogą się kruszyć i prowadzić do kolejnych pęknięć
zanieczyszczenia olejem lub tłuszczem na brzegach i ściankach rys i na przesklepieniach
osady.
Przed dalszymi czynnościami należy zawsze oczyścić obszar rysy.
Przyczyny powstawania rys
Negatywne skutki obciążeń, skrępowanie materiału i napięcie własne prowadzą
do przekroczenia miejscowej wytrzymałości betonu.
Przyczyny powstawania rys wynikają z:
właściwości betonu:
ciepło wynikające z procesu hydratacji
cementu
skurcz betonu
ugniatanie się betonu
pęcznienie
negatywnych oddziaływań różnych czynników:
obciążanie
odkształcenia
wpływy temperatury
osiadanie
odkształcanie się gruntu budowlanego
Fragmenty budowli szczególnie narażone na powstawanie spękań
Należy zwrócić szczególną uwagę na następujące fragmenty budowli:
przerwy robocze
masywne elementy konstrukcji
połączenia grubych i cienkich części konstrukcji
kąty wklęsłe i uskoki przekątne
obszary doprowadzające duże, skoncentrowane siły
Stan zawilgocenia rys i ich brzegów
Aby dobrać właściwy materiał, należy ustalić, czy rysa jest sucha, wilgotna, przewodząca wodę. Zastosowanie wypełnienia nietolerującego wilgoci czy wody może prowadzić do niekontrolowanych reakcji.
Stany zawilgocenia rys definiowane są jako:
rysy suche
wnikanie wody nie jest możliwe
nie stwierdza się oddziaływania wody na obszar rys wnikanie wody możliwe, ale nie występuje od dłuższego czasu krawędzie rysy optycznie suche (ocena na podstawie odwiertu)
krawędzie rysy traktowane jako suche na podstawie oceny laboratoryjnej
rysy wilgotne
widoczna zmiana zabarwienia w miejscu szczeliny na skutek istniejącej wody, jednak brak wypływu wody
oznaki niedawnego wycieku wody krawędzie szczeliny wilgotne lub matowo-wilgotne (ocena na podstawie odwiertu)
krawędzie rysy traktowane jako wilgotne na podstawie oceny laboratoryjnej
rysy przewodzące wodę bezciśnieniowo
w obszarze szczeliny pojawiają się drobne pocenia
perełki wody wypływające z obszaru szczeliny
rysy przewodzące wodę pod ciśnieniem
zwarty strumień wody wydobywa się ze szczeliny
Cel wykonywanych napraw
Zamykanie
Zamknięcie rysy uniemożliwia lub utrudnia przenikanie substancji działających korodująco na budowlę.
Uszczelnianie
Dzięki uszczelnieniu rys zostają usunięte nieszczelności spowodowane istniejącymi pęknięciami w budowli.
Połączenie elastyczne
Przez wypełnienie elastyczne uzyskuje się elastyczne (zależne od cech konkretnego materiału iniekcyjnego) połączenie obu krawędzi rysy, mające ograniczoną szczelność.
Połączenie przenoszące naprężenia
Przez wypełnienie przenoszące naprężenia uzyskuje się połączenie wytrzymałe na rozciąganie i ściskanie, prowadzące do odtworzenia nośności budowli. (Zamykanie i uszczelnianie z reguły pojawia się zarówno w połączeniach przenoszących naprężenia, jak i w połączeniach elastycznych. Połączenia przenoszące naprężenia i elastyczne wykluczają się wzajemnie).
Środki iniekcyjne
W zależności od tego, jaki jest cel wykonywanych napraw i stan zawilgocenia, dobiera się odpowiedni materiał do wypełnień. Stosowane przy naprawach rys materiały do iniekcji powinny posiadać następujące właściwości:
niską lepkość
odpowiednio długi czas przerabiania
dobrą przerabialność w dużym zakresie temperatur
niewielką utratę objętości
wystarczającą przyczepność
dużą odporność na starzenie się
brak wpływu na przyspieszanie procesu korodowania
tolerancję z materiałami, z którymi wchodzi w kontakt.
Spienialne żywice poliuretanowe
Do szybkiego, czasowego zatrzymania wody napierającej pod ciśnieniem służą spienialne żywice poliuretanowe zwane też piankami sekundowymi. Reagując z wodą zwiększają one znacząco swoją objętość, tworząc piankę o drobnych porach.
Niespienialne żywice poliuretanowe
Do połączeń elastycznych stosuje się dwuskładnikowe, poliuretanowe żywice iniekcyjne,
o niskiej lepkości, bezrozpuszczalnikowe. Charakteryzują się one dobrą rozciągliwością,
a jednocześnie dobrą wytrzymałością na zerwanie przy przesklepianiu niewielkich rozwarć
powstających pod wpływem zmian temperatury i/lub cyklicznego obciążania. Żywice poliuretanowe nadają się (w połączeniu ze spienialnymi żywicami poliuretanowymi) do szybkiego uszczelniania przy dużym naporze wody oraz do trwałego uszczelniania przy wysokim ciśnieniu wody.
Żywice epoksydowe (EP)
Do połączeń przenoszących naprężenia w budownictwie inżynieryjnym stosuje się iniekcyjne,
bezrozpuszczalnikowe, 2-składnikowe żywice epoksydowe. Niska lepkość i jednocześnie duża wytrzymałość własna oraz dobra przyczepność materiału wypełniającego pozwalają na wypełnianie spękań o szerokości do 0,1 mm. Uzyskuje się w ten sposób siłowe scalenia iniektowanej struktury, jak również przywrócenie nośności obiektu. Żywice epoksydowe stosuje się również do nasączania i zamykania powierzchniowych pęknięć lub też do naprawy uszkodzonych, niezwięzłych jastrychów. Jeśli istnieje zagrożenie wystąpienia wilgoci, wówczas należy zastosowaćżywice osiągające przyczepność w środowisku wilgotnym
Sposoby napraw w zależności od rodzaju spękań
Wypełnianie spękań może odbywać się w różny sposób, zależnie od rodzaju materiału wypełniającego i szerokości struktury spękań.
Iniekcja
Wypełnianie rys i pustek przez iniektory metodą iniekcji ciśnieniowej. Rysy rozdzielające i spękania na powierzchniach pionowych naprawia się z reguły metodą iniekcji.
Nasączanie
Metodą nasączania - jest to bezciśnieniowe wypełnianie rys - można wypełnić rozwarcia znajdujące się w obszarach położonych najbliżej powierzchni. W ten sposób można
zamknąć rysy na powierzchniach poziomych lub lekko pochyłych.