Zkouška mrazuvzdornosti stavebního materiálu patří mezi základní metody ověřování jeho trvanlivosti, vyjadřuje odolnost stavebního materiálu vůči výraznému střídání teplot a působení atmosférických vlivů s ohledem na jeho funkčnost a použitelnost v dlouhodobém časovém horizontu. Zkouška mrazuvzdornosti je náročná jednak časově a zároveň klade značné nároky na přístrojové vybavení zkušební laboratoře. Tento článek popisuje výsledky projektu, který ověřoval možnost použití rychlé orientační zkoušky umožňující rychlé prvotní zařazení testovaného betonu s ohledem na jeho mrazuvzdornost.
Použitá orientační zkouška vychází z ČSN 73 7325 Stanovení mrazuvzdornosti betonu zkrácenými zkouškami, která byla bez náhrady zrušena. V současné době je v účinnosti několik norem, které řeší problematiku stanovení mrazuvzdornosti betonu. Základní zkouškou, která je u nás používána již od roku 1968, je stanovení mrazuvzdornosti dle ČSN 73 1322 Stanovení mrazuvzdornosti betonu [1]. Metoda posuzující porušení vnitřní struktury, podle ČSN 73 1380, popisuje tři zkušební postupy.
Ve všech případech je podstatou zkoušky podrobení zkušebních těles procesu zmrazování a rozmrazování při ponoření do deionizované vody nebo 3% roztoku chloridu sodného. Odolnost proti zmrazování a rozmrazování se vyhodnotí buď pomocí relativního dynamického modulu pružnosti, který se vypočítá použitím doby průchodu ultrazvukových impulzů nebo vlastní příčné frekvence po 56 zmrazovacích cyklech, nebo z měření změny délek.
Porovnání metodiky této normy s postupem dle ČSN 73 1322 se věnoval výzkumný záměr VUT v Brně [5]. Jeho závěrem bylo zjištění, že ultrazvuková a ještě více rezonanční metoda jsou citlivé na změny probíhající ve struktuře betonu. Srovnávaná metoda dle ČSN 73 1322 reaguje na poruchy struktury betonu méně citlivě a výsledky této zkoušky vykazují větší rozptyl.
Ačkoli dává metoda, popsaná v ČSN 73 1380, citlivější a kvalitnější výsledky, není zavedení této metody do běžné laboratorní praxe zcela reálné. Důvodem je časová náročnost zkoušky. Metoda stanovení mrazuvzdornosti dle ČSN P CEN/TS 12390-9 byla srovnávána se zavedenou zkouškou popsanou v ČSN 73 1326 (metoda A i C) v rámci grantového projektu popsaného v [6].
Z výsledků tohoto grantu vyplynulo, že metoda dle ČSN P CEN/TS 12390-9 není dostatečně citlivá a přesná. Metoda nehodnotí mrazuvzdornost povrchových vrstev betonu, protože pro stanovení se používá vyříznutá deska ze středu zkušebního tělesa tvaru krychle. To je s ohledem na „předmět“ této normy do jisté míry sporné. Odlupování je proces, který předpokládáme a sledujeme na povrchu betonové konstrukce.
Odpady [g/m2] zjištěné touto metodou byly, s ohledem na použité zkušební těleso, výrazně nižší než u postupu dle ČSN 73 1326. Pro malé laboratoře se základním vybavením se zavedení výše popsaných nových metod jeví z hlediska běžné praxe jako nepřijatelné. Obecně platí, že zkoušky mrazuvzdornosti je vhodné provádět v případě potřeby porovnání nových složek nebo nového složení betonu vzhledem ke složkám nebo složení betonu, které jsou známy a které mají pro dané prostředí odpovídající vlastnosti [3, 4].
Při pilotních testováních nově navržených a ověřovaných materiálů se často setkáváme s případy, kdy fyzikálně mechanické parametry betonů po základní době zrání jsou výborné a splňují všechna požadovaná kritéria. Proto jsme se rozhodli ověřit možnost využití laboratorní zkoušky a postupu popsaného v normě ČSN 73 1325 Stanovení mrazuvzdornosti betonu zkrácenými zkouškami [7]. Ověřovaná metoda je rychlá a levná. Stanovení mrazuvzdornosti betonu dle ČSN 73 1322 je zkouška střídavého zmrazování a rozmrazování vodou nasycených betonových trámců počtem cyklů, který podle požadavku na stupeň mrazuvzdornosti betonu je dán příslušnými normami, předpisy nebo projektem.
Ke zkoušce se mohou použít tělesa, která dosáhla 28 dnů zrání. Betonové zkušební trámce, vyrobené za použití portlandského cementu, jsou před začátkem zmrazování uloženy minimálně 25 dní ve vlhkém prostředí a 3 dny ve vodě. Zmrazování a rozmrazování zkušebních těles se koná ve zmrazovacích cyklech s teplotou mrazicího prostředí v rozmezí −15 °C až −20 °C pro betony vystavené mrazu do −20 °C a v rozmezí −18 °C až −23 °C pro betony vystavené mrazu pod −20 °C. Jeden zmrazovací cyklus se skládá ze 4 hodin zmrazování a dvou hodin rozmrazování.
Při zmrazování se zkušební tělesa ukládají do prostoru s předem požadovanou teplotou, při rozmrazování se ukládají do vody +20 °C. Po ukončení každé zmrazovací etapy se vždy jedna sada zkušebních trámců (3 ks) zkouší tak, že se povrchově osuší a zjistí jejich rozměry, hmotnost a objemová hmotnost. Stanovení mrazuvzdornosti betonu podle metody A lze použít pro betony výrobků nebo konstrukcí, které nejsou v období mrazu v trvale mokrém stavu a jejichž pevnost v tlaku je nejméně 220 kp/cm2. Nejmenší rozměr vzorku nesmí být menší než 10 cm a větší než 20 cm.
Vzorky se vysuší do konstantní hmotnosti, poté se uloží do vodní lázně o teplotě 20 °C (±2 °C) tak, aby hladina vody sahala přibližně 2 cm nad povrch vzorku. Po 10 minutách se vzorky z vody vyjmou, osuší a zváží. Ihned po zvážení se vzorky ponoří do vody na 30 minut, pak se opět vyjmou, povrchově osuší a zváží. Stejným způsobem se postupuje u vzorků ponořených dalších 50, 270 minut. Vyhodnocení zkoušky spočívá v tom, že se pro každou dobu ponoření do vody vypočítá nasákavost vzorku.
Pro posouzení mrazuvzdornosti betonu se použije korigovaná hodnota nasákavosti vzorku pro 10minutové a 24hodinové uložení ve vodě. Cílem projektu bylo ověřit použitelnost metody zkrácené zkoušky mrazuvzdornosti. Touto metodou by bylo při ověřování nově navržených receptur možné operativně vybrat vhodnou recepturu betonu a dříve tak rozvinout další výzkumné práce s nejlepším navrženým materiálem.
Ve zpracování projektu byly popsány i vybrané normy a související postupy pro odolnost betonu vůči karbonataci, chloridům a povrchovým nárokům v prostředí mrazu. Třebaže experimenty často vyžadují složitější testovací soubory, ukazuje se význam standardizovaných postupů pro porovnání různých receptur a pro posouzení trvanlivosti betonu v chladném prostředí.
Současný rámec norem a praktické dopady
V rámci revize ČSN P 73 2404 bylo přistoupeno ke změně prokazování možnosti použití druhů cementu pro betony pro konkrétní stupně vlivu prostředí jiným postupem, a to nikoli průkazními zkouškami betonu konkrétního složení na konkrétních betonárnách, ale prokazováním použitelnosti cementu konkrétního původu a složení z konkrétní výrobny/cementárny. Kromě výše uvedených nových zkušebních postupů byly do přílohy N.3 revidované ČSN P 73 2404 zahrnuty i dosud používané standardizované zkušební postupy a jeden postup nestandardizovaný.
V rámci zkoušek karbonatace se provádí hloubka karbonatace na vybraných vzorcích v čase 3, 6 a 12 měsíců, s možností prodloužení do dvou let, pokud je hloubka menší než 5 mm. Z betonu se vyrobí dva hranoly, osm krychlí nebo pět válců a poté se nechají tvrdnout 28 dní v prostředí dle EN 12390‑2. Po dosažení stáří se provádějí odpovídající rozřezání a měření hloubky karbonatace na zvoleném počtu míst.
Možnost koroze výztuže roste se zvyšujícím se množstvím chloridů na beton působících. Proto je důležité měřit pronikání chloridů nebo propustnost betonu proti chloridům. Existují specifické postupy pro měření chloridů a pro stanovení propustnosti vrstvy betonu per elektrochemickými či permeabilitními metodami, včetně použití vzorků ve tvaru desky 300 x 300 x 50 mm a aparatur TORRENT pro měření permeability.
Norma ASTM C666 (mrazuvzdornost betonu) a ASTM D2247 (odolnost nátěrů vůči kondenzaci a mrazu) doplňují české a evropské normy o zahraniční zkušenosti a metody. Zkušenosti z praxí ukazují, že klimatická komora s přesnou regulací teploty a vlhkosti je klíčová pro reprodukovatelnost a pro porovnání různých systémů povrchových úprav a směsí.
Praktické závěry pro průmysl a laboratorní práci
Z praxe vyplývá, že pro malé laboratoře je zavedení nových, časově náročných metod méně realizovatelné, a proto je vhodné použít rychlou orientační zkoušku pro prvotní třídění betonu podle mrazuvzdornosti. Vždy je nutné porovnávat nové složky nebo nové receptury s již známými a osvědčenými materiály, které mají pro dané prostředí odpovídající vlastnosti [3, 4].
Pro projekty zaměřené na environmentální vlivy a agresivní prostředí je významné rozšíření české normativní základny o moderní postupy, včetně začlenění recyklovaných cementů a cementů nového původu. Revize ČSN P 73 2404 a související přílohy umožňují prokazovat použitelnost cementů pro konkrétní prostředí call-outy na základě výrobní provenience a složení, nikoli nutnosti testovat každý recept na konkrétním typu betonu v každé betonárně.
V praxi tedy lze využít zkrácené zkoušky podle ČSN 73 1325 pro rychlou orientaci a pro vybrání vhodné receptury, kterou následně doplní detailní zkoušky dle ČSN 73 1322, ČSN 73 1326 a dalších souvisejících norem pro potvrzení mrazuvzdornosti a dlouhodobé trvanlivosti.
Další výhled zahrnuje využití moderních testovacích komor LIB, které umožňují provést rozsáhlé množství cyklů mrazu a tání a kondenzace bez nadměrných provozních nákladů, spojených s vodou a údržbou. Zákaznická zpětná vazba ukazuje, že klimatické komory s automatizovaným čištěním vody a programovatelnou dotykovou obrazovkou zjednodušují sledování cyklů a zvyšují spolehlivost měření.
Tyto poznatky vedou k lepšímu porozumění odolnosti betonu vůči agresivnímu prostředí a k lepšímu návrhu směsí pro zimní výstavbu, včetně efektivního provzdušňování a vybavení pro odolnost proti saltacím vlhkosti a teplotním změnám.