Naprawa/uszczelnienie przez iniekcję
Norma PN-EN 1504-5:2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych. Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 5: Iniekcja betonu dzieli wyroby iniekcyjne na trzy kategorie:
- wyroby iniekcyjne do przenoszącego siły wypełniania rys, pustek i szczelin w betonie (F) są to wyroby, które mogą tworzyć połączenie z powierzchnią betonu i przenosić siły
- wyroby iniekcyjne do elastycznego wypełniania rys, pustek i szczelin w betonie (D) są to elastyczne wyroby, które mogą dostosowywać się do kolejnych odkształceń
- wyroby iniekcyjne dopasowujące się przez pęcznienie do wypełniania rys, pustek i szczelin w betonie (S) są to wyroby, które w stanie utwardzonym mogą wielokrotnie pęcznieć na skutek adsorpcji wody, przy czym woda jest wiązana przez składnik wyrobu iniekcyjnego
Norma ta nie obejmuje natomiast wstępnych prac iniekcyjnych, jeśli są konieczne, prowadzonych w celu czasowego powstrzymania wypływu wody w czasie iniekcji uszczelniającej.
Tabela 3 – Wyroby iniekcyjne do przenoszącego siły wypełniania rys, (F) – podstawowe wymagania użytkowe
| Właściwości użytkowe | Wymagania |
| Adhezja mierzona jako przyczepność przy rozciąganiu (H, P) |
>2N/mm2 (H) |
| > 0,6 N/mm2 (H) dla wyrobów iniekcyjnych przeznaczonych jedynie do wypełniania pustek i szczelin | |
| Kohezyjne zniszczenie w podłożu (P) | |
| Adhezja mierzona jako wytrzymałość na ścinanie (H, P) | Zniszczenie jednolite (sposób pęknięcia jak w próbce kontrolnej) |
| Skurcz objętościowy (P) | <3% |
| Samoczynne wydzielanie się cieczy (H) | Samoczynne wydzielanie się cieczy po 3 h < 1 % początkowej objętości |
| Zmiana objętości (H) | – 1 % < zmiana objętości < + 5 % objętości początkowej |
| Iniekowalność w suchy materiał | |
| – szerokości rysy: 0,1 mm – 0,2 mm – 0,3 mm: oznaczanie iniekowalności i rozłupywanie (H, P) | Klasa iniekowalności < 4 min (wysoka iniekowalność) przy szerokości rysy 0,1 mm |
| < 8 min (iniekcja wykonalna) przy szerokościach rysy 0,2 mm i 0,3 mm | |
| Badanie rozłupywania > 7 N/mm2 (P) | |
| > 3 N/mm2 (H) | |
| – szerokości rysy: 0,5 mm – 0,8 mm lub w przypadku gdy nie stosuje się EN 1771: oznaczanie adhezji mierzonej jako przyczepność przy rozciąganiu (H, P) | Procent wypełnienia rysy > 90 Spełnione wymaganie dotyczące adhezji |
| Iniekowalność w niesuchy materiał- szerokości rysy: 0,1 rnrn -0,2 mm -0,3 mm: oznaczanie iniekowalności i rozłupywanie (H, P)- szerokości rysy: 0,5 mm – 0,8 mm lub w przypadku gdy nie stosuje się EN 1731 (H, P) | Klasa iniekowalności 0,1: wysoka iniekowalność (< 4 min)0,2 i 0,3: iniekcja wykonalna (< 8 min) Badanie rozłupywania > 7 N/mm2 (P) > 3 N/mm2 (H)Procent wypełnienia rysy > 90 Spełnione wymaganie dotyczące adhezji |
| Adhezja oznaczana jako przyczepność przy rozciąganiu po cyklach cieplnych i wilgotnościowych (H, P) | Zmniejszenie przyczepności przy rozciąganiu mniejsze niż 30 % w stosunku do wartości początkowej (H) Zniszczenie kohezyjne w podłożu (P) |
| Kompatybilność z betonem (H, P) oznaczana jako adhezja mierzona jako przyczepność przy rozciąganiu | Zmniejszenie przyczepności przy rozciąganiu mniejsze niż 30 % w stosunku do wartości początkowej (H) Zniszczenie kohezyjne w podłożu (P) |
(P) Wyrób iniekcyjny zawierający spoiwo polimerowe
(H) Wyrób iniekcyjny zawierający spoiwo hydrauliczne
Do wykonywania iniekcji stosuje się:
- iniekty epoksydowe – są to dwuskładnikowe preparaty stosowane do siłowego sklejania rys suchych lub (rzadziej) lekko wilgotnych, o ustabilizowanej szerokości rozwarcia (zmiana szerokości rozwarcia nie powinna przekraczać 0,03mm). W składzie zawierają niskocząsteczkowy roztwór żywicy epoksydowej oraz utwardzacz. Ze względu na niewielką elastyczność i wysokie parametry wytrzymałościowe bezkrytyczne stosowanie epoksydów do iniekcji może doprowadzić do miejscowego przesztywnienia iniekowanego elementu
- iniekty poliuretanowe – stosowane są do iniekcji i uszczelnień rys wilgotnych i mokrych oraz przewodzących wodę. Elastyczność poliuretanów po związaniu powoduje że są chętnie stosowane także w przypadku rys o nieustabilizowanej szerokości rozwarcia. W zależności od składników i modyfikatorów cechują się różnymi właściwościami. Jednoskładnikowe (zawierają modyfikowane izocyjaniany i katalizatory) silnie pienią się w kontakcie z wilgocią i są stosowane do tamowania wycieków wody. Dwuskładnikowe, na bazie polieteropolioli i izocyjanianów, o mniejszej podatności do spieniania się najczęściej stosowane są do iniekcji wtórnych – doszczelniajacych jak również do wypełniania rys suchych i zawilgoconych. Ze względu na elastyczność po związaniu bardzo chętnie stosowane są do uszczelnień rys o zmiennej szerokości rozwarcia oraz do napraw konstrukcji murowych.
- iniekty poliakryloamidowe – cechują się zdolnością do pęcznienia w kontakcie z wodą. Reakcja polimeryzacji zaczyna się po dodaniu inicjatora i przyspieszacza (dlatego istnieje tu możliwość dobierania czasu wiązania). Są stosowane do uszczelniania wilgotnych i mokrych rys w konstrukcjach żelbetowych i murach. Dobrze zwilżają podłoże betonowe i mają niską lepkość (w stanie nieutwardzonym).
- iniekty akrylowe – (na bazie polimetakrylanu metylu) wykazują bardzo dobrą przyczepność do podłoży betonowych. Ze względu na niską lepkość i zdolność do penetracji mikrorys stosowane są do napraw konstrukcji betonowych w niskich temperaturach. Można w nich regulować szybkość reakcji
- iniekty cementowe oraz mikrocementowe – pozwalają na iniekcję rys o szerokości rozwarcia odpowiednio od 2mm i od 0,1mm. Kolejną odmianą iniektów cementowych są iniekty polimerowo-cementowe, będące zazwyczaj dwuskładnikowymi preparatami zawierającymi cement, modyfikatory, wypełniacze oraz płynne roztwory kopolimerów akrylu lub emulsje butadienowo-styrenowe. W porównaniu do typowych iniektów cementowych obecność tworzyw sztucznych (polimerów) zwiększa przyczepność do ścianek rysy oraz zwiększa elastyczność związanego iniektu. Jednoskładnikowe iniekty polimerowo-cementowe zawierają w składzie redyspergowalne tworzywa sztuczne, dlatego mieszane są tylko z wodą.
Fot. 3.
|
Fot. 4.
|
Dla iniektów epoksydowych i poliuretanowych za minimalną temperaturę aplikacji przyjmuje się + 100C, choć wiązanie żywic możliwe jest już w temperaturze + 50C, jednakże ze względu na znaczne pogorszenie zdolności penetracji w tym zakresie temperatury, skuteczna iniekcja może być trudna do przeprowadzenia. Iniekty na bazie cementów, polimerocementów czy żywic poliakrylamidowych wymagają temperatury przynajmniej + 50C.
Iniekty epoksydowe są z reguły wrażliwe na obecność wilgoci/wody w rysie. Zaburza ona proces wiązania żywicy.
W przypadku iniekcji zaczynami cementowymi może dojść do odciągnięcia przez beton wody niezbędnej do procesu hydratacji zaczynu cementowego, dlatego korzystne tu może być nawilżenie suchych rys przed iniekcją. Iniekcja w mokrą rysę przy źle dobranych parametrach procesu może powodować, że woda obecna w rysie lokalnie zawyża proporcji woda-cement w iniekcie, co prowadzi do pogorszenia jego parametrów. Iniekty mikrocementowe są ponadto wrażliwe na sposób mieszania. Cechą mikrocementów jest zdolność do penetracji w rysy o niewielkiej szerokości rozwarcia. Nieodpowiednie zarobienie preparatu np. za pomocą tradycyjnego mieszadła może doprowadzić do powstania skupisk ziaren cementu uniemożliwiających właściwą penetrację zaczynu w rysy.
Rys. 6.
|
Rys. 7.
|
Podstawowe wymagania stawiane przez normę PN-EN 1504-5:2006 materiałom do wykonywania iniekcji podano w tabelach 3-5.
Iniekcja jest jednym z najtrudniejszych etapów naprawy konstrukcji betonowych i żelbetowych. Wynika to z faktu, że na skuteczność naprawy ma wpływ wiele czynników, w tym nie wszystkie są w momencie wykonywania prac „mierzalne”. Czynnikiem determinującym dobór materiału iniekcyjnego jest cel iniekcji i warunki jego przeprowadzania (patrz tabela 6)
Do podstawowych czynności wykonywanych przed rozpoczęciem prac iniekcyjnych zaliczyć trzeba:
- określenie stanu przegrody i materiału użytego do jej wykonania
- określenie warunków użytkowania obiektu.
- określenie typu rysy: powierzchniowa, konstrukcyjna
- określenie przebiegu rys
- określenie szerokości rozwarcia rys
- określenie zmian szerokości rozwarcia rys
- określenie wilgotności rysy – rysa sucha, wilgotna/mokra, przeciekająca (rysa sucha – brak wody w rysie lub na jej ściankach; wykluczone jest przemieszczanie się wody w rysie w czasie iniekcji i utwardzania wyrobu iniekcyjnego, rysa wilgotna – brak wody w rysie, obecność wody na ściankach bocznych rysy, jednakże bez warstwy wody na powierzchni ścianek, rysa mokra – charakterystyczna dla mokrej rysy jest obecność kropel wody na powierzchni rysy, rysa przeciekająca – woda płynąca przez rysę) oraz określenie jej zanieczyszczeń
Tabela 4 – Wyroby iniekcyjne do elastycznego wypełniania rys, (D) – podstawowe wymagania użytkowe
| Właściwości użytkowe | Wymagania |
| Przyczepność i zdolność do wydłużenia elastycznych wyrobów iniekcyjnych (P) | Przyczepność: wartość deklarowanaWydłużenie: > 10 % |
| Wodoszczelność (P) | Wodoszczelne przy 2 x 105 Pa |
| W zastosowaniach specjalnych: wodoszczelne przy 7 x 105 Pa | |
| Iniekowalność w suchy materiał | Klasa iniekowalności |
| – szerokości rysy: 0,1 mm -0,2 mm -0,3 mm: oznaczanie iniekowalności (P) |
< 4 min (wysoka iniekowalność) przy szerokości rysy 0,1 mm0,2 i 0,3; iniekcja wykonalna |
| < 8 min (iniekcja wykonalna) przy szerokościach rysy 0,2 mm -0,3 mm | |
| – szerokości rysy: 0,5 mm – 0,8 mm lub w przypadku gdy nie stosuje się EN 1771 | Procent wypełnienia rysy > 90 |
| Iniekowalność w niesuchy materiał | Klasa iniekowalności |
| – szerokości rysy: 0,1 mm – 0,2 mm: oznaczanie iniekowalności (P) | < 4 min (wysoka iniekowalność) przy szerokości rysy 0,1 mm |
| < 8 min (iniekcja wykonalna) przy szerokościach rysy 0,2 mm -0,3 mm | |
| – szerokości rysy: 0,5 mm – 0,8 mm lub w przypadku gdy nie stosuje się EN 1771 | Procent wypełnienia rysy > 90 |
| Kompatybilność z betonem (P) | Bez zniszczenia przy badaniu ściskaniaRozproszona praca odkształcenia < 20 % |
(P) Wyrób iniekcyjny zawierający spoiwo polimerowe
Na tej podstawie dobiera się odpowiedni środek iniekcyjny, określa rodzaj i sposób osadzenia i rozmieszczenia końcówek iniekcyjnych (naklejane, wbijane, osadzane w nawierconych otworach oraz określa metodę i parametry iniekcji (czas, ciśnienie)
Iniekcje w rysy suche lub wilgotne.
Tego typu iniekcje mogą mieć na celu siłowe sklejenie elementu lub zamknięcie rysy. Wymagane jest tu zazwyczaj powierzchniowe uszczelnienie rysy. Mogą tu być stosowane pakery naklejane (rysunek 6), wbijane lub wkręcane. Odstęp między pakerami uzależniony jest od grubości naprawianego elementu, głębokości iniektowanej rysy oraz jej szerokości. Nie może on być większy niż głębokość rysy lub grubość elementu (decyduje mniejsza wielkość). Przyjmuje się ponadto, że dla rysy o szerokości rozwarcia do 0,2mm włącznie odstęp nie może być większy niż 15cm, przy szerokości rozwarcia rysy nie mniejszej niż 1mm odstęp między pakerami może wynosić nawet 50 cm. Stosowanie pakerów naklejanych wymusza powierzchniowe uszczelnienie rysy specjalnymi szpachlówkami mineralnymi lub masami epoksydowymi. Ich przyczepność do podłoża nie powinna być mniejsza niż 1,5 MPa, a grubość szpachli nie może być mniejsza niż 3 mm. Powierzchniowe uszczelnienie rysy wymagane jest w przypadku iniekcji sklejającej.
Tabela 5 – Wyroby iniekcyjne dopasowujące się przez pęcznienie do wypełniania rys, (S) – Podstawowe wymagania użytkowe
| Właściwości użytkowe | Wymagania |
| Wodoszczelność (P) | Wodoszczelne przy 2 * 105 PaW zastosowaniach specjalnych: wodoszczelne przy 7 x 1Q5 Pa |
| Urabialność – lepkość (P) | < 60 mPa*s Procent wypełnienia rysy > 95 |
| Stopień spęcznienia i jego zmiany w środowisku wodnym.Zmiany objętości i masy przy wysychaniu na powietrzu i przechowywaniu w wodzie (P) | Wartość deklarowana |
| Wrażliwość na wodę: stopień spęcznienia spowodowanego pochłanianiem wody – tak jak zmiany objętości i zmiany masy przy wysychaniu na powietrzu i przechowywaniu w wodzie (P) | Podczas zanurzenia w wodzie stopień spęcznienia powinien osiągnąć stały poziom. |
| Wrażliwość na cykle wilgotnościowe – tak jak zmiany objętości i zmiany masy przy wysychaniu na powietrzu i przechowywaniu w wodzie (P) | Po cyklach wilgotnościowych bez zmian stopnia spęcznienia spowodowanego zanurzeniem w wodzie. |
| Kompatybilność z betonem (P) | Wytrzymałość w porównaniu z próbkami przechowywanymi w wodzie nie powinna się różnić o więcej niż 20 %. |
Inną metodą iniekcji jest nawiercanie otworów wzdłuż przebiegu rysy, po obu jej stronach i pod kątem 45 stopni (rysunek 7, fot. 3). Powinny one przecinać rysę w połowie jej głębokości. Zarówno w pierwszym jak i w drugim przypadku konieczne jest odessanie odwiertów i rysy przed obsadzeniem pakerów. Nie jest tu zalecane przedmuchiwanie otworów, może to spowodować zatkanie rysy.
Rozróżnia się trzy typy iniekcji:
- niskociśnieniową – do 0,15 MPa
- średniciśnieniową – od 0,18 MPa do 0,80 MPa
- wysokociśnieniową – powyżej 0,80 MPa
Przy pionowym przebiegu rysy iniekcję należy zaczynać zawsze od dołu rysy, przesuwając się w miarę wypełniania rysy do jej górnej części, niezależnie od typu stosowanych pakerów. W razie wystąpienia jakichkolwiek problemów w trakcie iniekcji korzystne może być doiniektowanie poszczególnych pakerów, przeprowadzone jeszcze przed związaniem iniektu. Dla rys poziomych iniekcję należy zaczynać zawsze od pakera skrajnego.
Tabela 6. Zasady doboru materiałów iniekcyjnych przy wykonywaniu uszczelnień.
| Cel naprawy rysy | Stan rysy | |||
| suchy | Wilgotny | Przesączanie się wody | woda pod ciśnieniem | |
| Zamknięcie | PC, C, EP, (PU), (A) | PC, C, EP, (PU), (A) | PC, C, (PU), (A) | PU |
| Uszczelnienie | PC, C, EP, PU, PA, | PC, C, EP, PU, PA, | PC, C, PU, PA | PU |
| Naprawa złącza dylatacyjnego | PU | PU | PU | PU |
| Naprawa złącza konstrukcyjnego | EP | |||
PC – polimerocementy, C – cementy, EP – żywice epoksydowe, PU – żywice poliuretanowe, PA – żywice poliakryloamidowe, A – żywice akrylowe, (..) – w ograniczonym zakresie
Iniekcje w rysy przewodzące wodę.
Przy iniekcji rys nawodnionych proces przebiega dwuetapowo. W pierwszej fazie stosuje się iniekcję silnie spieniającą się żywicą poliuretanową. Powoduje ona przede wszystkim zatrzymanie przecieku wody, jednak jej działanie nie jest trwałe, dlatego też w drugim etapie wtłacza się bardziej elastyczny, powodujący trwałe uszczelnienie iniektami, także na bazie poliuretanów. Nie cechuje się on właściwościami spieniającymi, lecz elastycznymi i to on decyduje o trwałości uszczelnienia.
Ciśnienie procesu oraz ilość wtłaczanego iniektu zależy od intensywności przecieku przez rysę, ciśnienia przecieku oraz geometrii rysy.
Podczas prac iniekcyjnych należy stale kontrolować cały proces, zwracając uwagę szczególnie na wszelkiego rodzaju utrudnienia czy przerwy oraz inne nieprawidłowości, wymagające niekiedy konieczności zmiany rodzaju iniektu czy parametrów procesu. Będą to przede wszystkim: nieadekwatna do rozmiarów rysy ilość wtłaczanego iniektu oraz brak ciągłości przy wypełnianiu rysy zaobserwowany na sąsiadujących pakerach. Całość prac iniekcyjnych należy ponadto odpowiednio udokumentować, rejestrując rozmieszczenie pakerów w stosunku do przebiegu rysy, stan wilgotnościowy iniekowanej przegrody, warunki cieplno-wilgotnościowe występujące podczas procesu, ciśnienia robocze (początkowe i końcowe), ilość zużytego iniektu oraz uwagi o zakłóceniach i przeszkodach wynikłych w trakcie robót.
Literatura
[1] – W. Kiernożycki „Betonowe konstrukcje masywne”, Polski Cement 2003
[2] – G.Słowek, W. Majchrzak „Naprawy konstrukcji żelbetowych metodą torkretowania”, XIII Ogólnopolska konferencja Warsztat Pracy Projektanta, Ustroń 1998, Materiały konferencyjne.
[3] – L. Czarnecki, P.H. Emmons – „Naprawa i ochrona konstrukcji betonowych”, Polski Cement, Kraków 2002
[4] – L. Czarnecki – „Materiały do napraw i wzmocnień konstrukcji żelbetowych” XIII Ogólnopolska konferencja Warsztat Pracy Projektanta, Ustroń 1998, Materiały konferencyjne.
[5] – L. Czarnecki, J. Skwara – „ Naprawa rys konstrukcji żelbetowych metodą iniekcji” XIII Ogólnopolska konferencja Warsztat Pracy Projektanta, Ustroń 1998, Materiały konferencyjne.
[6] – W.Kiernozycki, A.Adamczyk – „ Naprawa i uszczelnianie dylatacji w konstrukcjach żelbetowych” XIII Ogólnopolska konferencja Warsztat Pracy Projektanta, Ustroń 1998, Materiały konferencyjne.
[7] – M. Rokiel – „Naprawa dylatacji w konstrukcjach żelbetowych materiałami firmy Schomburg”. Materiały konferencyjne z Seminarium Naukowo-Technicznego: Materiały firmy Schomburg stosowane do uszczelnień betonów w konstrukcjach hydrotechnicznych. Akademia Rolnicza w Poznaniu. VI.2004
[8] – G. Wischers, J. Dahms – „Das Verhalten des Betons bei sehr niedrigen Temperaturen“ Beton 4, 1970
[8] – R. Lindner – „Baukoerpers aus wasserundurchlaessigem Beton“ Beton-Kalender, Berlin 1986
[10] – J. Kobiak, W. Stachurski – „Konstrukcje żelbetowe”, t 4, Arkady 1991
[11] – L. Czarnecki, J. Skwara – „Naprawa konstrukcji murowych przez iniekcję”, XIV Ogólnopolska Konferencja: Warsztat pracy projektanta konstrukcji, PZiTB Bielsko Biała 1999
[12] – DafSTb Richtlinie – Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Rich-tlinien) ,Entwurf II.2002
[13] – K. Flaga – „Zbrojenie przeciwskurczowe, obliczenia, zalecenia konstrukcyjne w budownictwie powszechnym.” Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń 2002
[14] – Z. Ściślewski – „Trwałość konstrukcji żelbetowych” ITB 1995
[15] – J. Pasławski, M.Gajzler – „Systemowy dobór materiału do napraw konstrukcji betonowych” , XII Konferencja naukowo techniczna OKTRA 2001, Materiały konferencyjne
[16] – Maciej Rokiel – Poradnik Hydroizolacje w budownictwie. Wybrane zagadnienia w praktyce. Dom Wydawniczy MEDIUM, Warszawa 2006
[17] – PN-EN 1504-1:2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych – Definicje, wymagania, kontrola jakości i ocena zgodności – Definicje
[18] – PN-EN 1504-2:2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych. Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności. Część 2: Systemy ochrony powierzchniowej betonu
[19] – PN-EN 1504-3:2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych — Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności — Część 3: Naprawy konstrukcyjne i niekonstrukcyjne
[20] – PN-EN 1504-4:2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych — Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności — Część 4: Łączenie konstrukcyjne
[21] – PN-EN 1504-5:2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych — Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności — Część 5: Iniekcja betonu
[22] – PN-EN 1504-6:2006 (U) Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych — Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności — Część 6: Kotwienie stalowych prętów zbrojeniowych
[23] PN-EN 1504-7:2006 (U) Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych — Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności — Część 7: Zabezpieczenie korozyjne zbrojenia
[24] PN-EN 1504-8:2006 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych — Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności — Część 8: Sterowanie jakością i ocena zgodności
[25] – PN-EN 1504-10:2005 Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych — Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności — Część 10: Stosowanie wyrobów i systemów na placu budowy oraz sterowanie jakością prac
WARSTWY – DACHY i ŚCIANY 1/2008
