O tym, jak istotnym i skomplikowanym zagadnieniem jest naprawa i ochrona konstrukcji betonowych i żelbetowych, świadczy fakt, że tylko temu zagadnieniu poświęcono 10 norm z serii PN-EN 1504 oraz kilkadziesiąt norm dotyczących metod badań materiałów stosowanych w tych systemach.

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); to wyroby, które mogą tworzyć połączenie z powierzchnią betonu i przenosić siły,
• wyroby iniekcyjne do elastycznego wypełniania rys, pustek i szczelin w betonie (D); 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); 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.

Wybór materiałów
Iniekcje można stosować do uszczelnień przecieków przez rysy, pustki, dylatacje, do uszczelnień przejść instalacji rurowych, do zamykania rys i pęknięć oraz naprawy konstrukcji murowych. Iniekcja jest jednakże tylko metodą naprawy konkretnego uszkodzenia, nieeliminującą przyczyn jego powstania.

Iniekty epoksydowe to dwuskładnikowe preparaty stosowane do siłowego sklejania rys suchych lub – rzadziej – lekko wilgotnych, o ustabilizowanej szerokości rozwarcia (zmiana szerokości rozwarcia nie powinna przekraczać 0,03 mm). 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 – doszczelniających, 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 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 też regulować szybkość reakcji.

Iniekty cementowe oraz mikrocementowe pozwalają na iniekcję rys o szerokości rozwarcia odpowiednio od 2 mm i od 0,1 mm. 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 z typowymi iniektami cementowymi obecność tworzyw sztucznych (polimerów) zwiększa przyczepność do ścianek rysy oraz elastyczność związanego iniektu. Jednoskładnikowe iniekty polimerowo-cementowe zawierają redyspergowalne tworzywa sztuczne, dlatego mieszane są tylko z wodą.

Iniekcje zamykające oraz uszczelniające rysy i pęknięcia są iniekcjami miejscowymi, dlatego też możliwe jest, że w obrębie jednej przegrody zostaną zastosowane różne preparaty iniekcyjne. Natomiast dobór materiału do iniekcji i sposób jej przeprowadzenia powinien umożliwiać wypełnienie całej objętości rysy.

Do czynności związanych z iniekcja należą:

• określenie typu rysy – jako powierzchniowej lub konstrukcyjnej;
• określenie przebiegu rys;
• określenie szerokości rozwarcia rys;
• określenie zmian szerokości rozwarcia rys;
• określenie wilgotności – rysa sucha, wilgotna, 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);
• określenie zanieczyszczeń rysy (jeżeli występują);
• dobór środka iniekcyjnego;
• określenie rodzaju, sposobu osadzenia i rozmieszczenia końcówek iniekcyjnych (końcówki naklejane, wbijane, osadzane w nawierconych otworach);
• określenie sposobu powierzchniowego uszczelnienia rysy;
• dobór metody i parametrów iniekcji (czas, ciśnienie);
• przygotowanie (oczyszczenie) rysy;
• obsadzenie pakerów;
• przeprowadzenie iniekcji;
• usunięcie końcówek i zasklepienie otworów;
• sprawdzenie poprawności prac.

Kalkulacja kosztorysowa takich robót musi obejmować przynajmniej następujące czynności technologiczne:

• oczyszczenie rysy (nie występuje w przypadku uszczelniania przecieków);
• wywiercenie otworów (nie występuje w przypadku pakerów klejonych);
• zamocowanie końcówek iniekcyjnych;
• powierzchniowe uszczelnienie rysy (nie występuje w przypadku uszczelniania przecieków);
  wykonanie iniekcji;
• demontaż końcówek iniekcyjnych i zasklepienie otworów (jeżeli były nawiercane).

Prace przygotowawcze
Przy wykonywaniu iniekcji sklejających pakery mogą być wbijane w rysę, naklejane na nią lub obsadzane w nawierconych otworach przecinających ją.

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 0,2 mm włącznie odstęp nie może być większy niż 15 cm, przy szerokości rozwarcia rysy nie mniejszej niż 1 mm odstęp między pakerami może wynosić nawet 50 cm.

Przy stosowaniu pakerów klejonych wymagane jest staranne oczyszczenie powierzchni, przeszlifowanie i odkurzenie, musi na ponadto być sucha i stabilna. Do klejenia pakerów najczęściej stosuje się szybkowiążące kleje epoksydowe. Możliwe jest także obsadzenie pakerów w rysie.

Inną metodą jest obsadzenie pakerów w nawiertach, wzdłuż przebiegu rysy, po obu jej stronach. Nawierty przecinające rysę wykonuje się naprzemiennie, po obu jej stronach pod kątem 45°. Powinny one przecinać rysę w połowie grubości naprawianego elementu.

Przed wypełniełniem rysy (po wykonaniu otworów) należy usunąć zanieczyszczenia, takie jak olej lub inne substancje. Rysy mogą być oczyszczane przy użyciu wody, rozpuszczalników i czystego powietrza pod ciśnieniem. Metoda oczyszczenia musi być skorelowana z zastosowanym materiałem iniekcyjnym (dopuszczalna zawartość wilgoci lub wody w rysie zależy od właściwości materiału wypełniającego).

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 zawyży proporcję woda-cement w iniekcie, co doprowadzi do pogorszenia jego parametrów.

Zalecaną metodą czyszczenia rysy jest odessanie zanieczyszczeń lub w przypadku rysy przechodzącej przez całą grubość przekroju przedmuchanie sprężonym powietrzem. Jeżeli wymagane jest oczyszczenie rysy, można to zrobić przez przepłukanie wodą lub środkiem myjącym, a następnie, jeżeli jest to zalecane, osuszenie rysy czystym sprężonym powietrzem.

Powierzchniowe uszczelnienie rysy (wymagane w zasadzie przy iniekcjach sklejających) wykonuje się 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. Stan betonu przy rysie musi umożliwić przyklejenie masy uszczelniającej rysę.

Przygotowanie preparatów iniekcyjnych
Ze względu na różnorodność materiałów oraz ich właściwości nie ma uniwersalnej metody przygotowania preparatów iniekcyjnych, dlatego należy je przygotowywać zgodnie z zaleceniami producenta i adekwatnie do posiadanych pomp iniekcyjnych. Przy zastosowaniu pomp z podwójnym zasobnikiem komponenty wlewane są do pojemników w odpowiednich proporcjach, mieszanie następuje podczas transportu iniektu do pakera. Dotyczy to szczególnie preparatów, dla których możliwe jest stosowanie dodatków przyspieszających czas reakcji (np. przy iniekcjach stopujących).

Iniekty epoksydowe i poliuretanowe przeznaczone odpowiednio do siłowego sklejania i elastycznego wypełnienia/uszczelniania są dostarczane w pojemnikach, w odpowiednich proporcjach. Należy zawsze wlewać utwardzacz do żywicy, odczekując aż utwardzacz do końca wypłynie z pojemnika. Mieszanie trzeba przeprowadzać odpowiednim urządzeniem przy prędkości 300 obr./min. (np. wiertarką z mieszadłem). W celu dokładnego rozprowadzenia utwardzacza należy dokładnie mieszać przy ścianach i dnie pojemnika, a operację prowadzić do uzyskania jednorodnej mieszaniny bez smug. Czas mieszania nie powinien być krótszy niż 3 minuty, o ile wytyczne producenta systemu nie mówią inaczej.

Tak przygotowaną kompozycję trzeba przelać do czystego naczynia i jeszcze raz przemieszać, gdyż istnieje niebezpieczeństwo, że przy dnie i ściankach naczynia składniki nie zostały wystarczająco starannie przemieszane.

Preparaty do iniekcji stopujących są materiałami dwu- lub trzyskładnikowymi, trzeci składnik zwykle służy do regulacji czasu spieniania i twardnienia. Proporcje mieszania mogą być zmienne, sposób przygotowania zawsze podaje producent.

Iniekty na bazie żywic akrylowych i ich pochodnych są zazwyczaj wieloskładnikowymi wyrobami, których sposób, proporcje i kolejność mieszania także określa producent.

Iniekty mikrocementowe są dodatkowo wrażliwe na sposób mieszania. Cechą mikrocementów jest zdolność do penetracji w rysy o niewielkiej szerokości rozwarcia. Nieodpowiednie zarobienie preparatu, np. przy pomocy tradycyjnego mieszadła, może doprowadzić do powstania skupisk ziaren cementu uniemożliwiających właściwą penetrację zaczynu w rysy.

Rysy suche lub wilgotne
Rozróżnia się trzy typy iniekcji:

• niskociśnieniową – do 0,15 MPa;
• średniociśnieniową – od 0,18 MPa do 0,80 MPa;
• wysokociśnieniową – powyżej 0,80 MPa.

Ciśnienie zależy przede wszystkim od parametrów wytrzymałościowych betonu oraz celu iniekcji (sklejająca, uszczelniająca), dlatego jest zawsze określana dla konkretnego obiektu/elementu w dokumentacji technicznej. Należy zwrócić uwagę na to, aby ciśnienie iniekcji nie prowadziło do powstawania dalszych rys lub do innych szkodliwych skutków dla podłoża (uszkodzeń), innych elementów lub środowiska.

Za minimalną temperaturę aplikacji uważa się:

• dla iniektów epoksydowych i poliuretanowych +5°C, zdecydowanie zaleca się jednak wykonywać prace przy temperaturze nie niższej niż +10°C, zwłaszcza przy iniekcji w mikrorysy;
• dla iniektów cementowych, mikrocementowych, polimerocementowych i poliakryloamidowych +5°C;
• dla iniektów akrylowych 0°C.

Temperatura preparatu iniekcyjnego powinna być zbliżona do temperatury iniektowanego elementu. Iniekcję powinna wykonywać firma mająca doświadczenie w tego typu pracach i dysponująca odpowiednim sprzętem. Ten sprzęt powinien zapewniać nieprzerwany dopływ iniektu do rysy pod ustalonym ciśnieniem. Zaleca się, aby rysy były wypełnione całkowicie.

Przy pionowym przebiegu rysy iniekcję należy zawsze zaczynać od dołu, przesuwając się w miarę jej wypełniania do jej górnej części, niezależnie od typu stosowanych pakerów. Na pierwszym pakerze należy zamontować zawór zwrotny, podłączyć końcówkę pompy iniekcyjnej i rozpocząć iniekcję, płynnie zwiększając ciśnienie do poziomu podanego w dokumentacji technicznej. Iniekcję należy zakończyć w chwili wypływu iniektu z wyżej położonego pakera – kontrolnego w stosunku do pakera pracującego. Po zamontowaniu zaworu zwrotnego iniektowanie należy rozpocząć na pakerze kontrolnym (który w tym momencie staje się pakerem pracującym). Czynności są powtarzane do zamontowania zaworu zwrotnego w ostatnim pakerze przy rysie.

W razie wystąpienia jakichkolwiek problemów w trakcie iniekcji korzystne może być doiniektowanie poszczególnych pakerów, przeprowadzone jeszcze przed związaniem iniektu (wymóg doiniekowania może wynikać również z zaleceń dokumentacji technicznej). Przy końcu rysy, jeżeli została ona powierzchniowo uszczelniona, należy pozostawić otwór umożliwiający odpowietrzenie rysy oraz wizualną kontrolę (wypływ iniektu).

Po stwardnieniu iniektu pakery trzeba usunąć, a otwory i ewentualne powierzchniowe uszkodzenia betonu naprawić zgodnie z przyjętym systemem naprawczym, np. za pomocą zapraw PCC.

W przypadku iniekcji rys poziomych prace zaczynać zawsze od jednej, wcześniej ustalonej strony.

Rysy przewodzące wodę
Stosując do iniekcji spieniające się żywice poliuretanowe korzystnie jest pozostawić rysę częściowo otwartą, co znacznie ułatwia obserwację penetracji.

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 na drugim etapie wtłacza się bardziej elastyczny, powodujący trwałe uszczelnienie iniekt, 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.

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. 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.

Są 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 iniektowanej 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.

Problemem jest także niemożność wstępnego określenia rzeczywistego zużycia iniektów. Nawet wykonanie próbnych iniekcji nie daje takich gwarancji. W przypadku iniekcji rys przeciekających, w zależności od ciśnienia, część żywicy zostanie wypchnięta przez wodę, dlatego rzeczywiste zużycie określić można jedynie powykonawczo. Zresztą szerokość rysy nie musi być stała na jej głębokości, dlatego przyjęta do kalkulacji średnia (lub szacunkowa) szerokość rysy nie musi odpowiadać tej rzeczywistej.

Powyższe uwarunkowania znacznie utrudniają prawidłową kalkulację robót iniekcyjnych. Może tego dokonać tylko doświadczony kosztorysant znający tę technologię.