Ochrona konstrukcyjna to odpowiednie ukształtowanie konstrukcji, zmniejszające agresywne oddziaływanie środowiska.

Ochrona materiałowo-strukturalna to odpowiedni dobór składu i struktury materiałów zwiększający odporność na agresywne środowisko eksploatacji, natomiast ochrona powierzchniowa to ograniczenie lub odcięcie dostępu agresywnego środowiska do konstrukcji.

Korozja betonu to pogorszenie właściwości użytkowych oraz uszkodzenia konstrukcji na skutek oddziaływania środowiska. Do najważniejszych oddziaływań powodujących uszkodzenia betonu należy zaliczyć:

• czynniki mechaniczne: uderzenia, przemieszczenia, drgania itp.,
• czynniki chemiczne: wpływ agresywnych czynników (wód gruntowych, ścieków, środków chemicznych),
• czynniki fizyczne (cykle zamarzania i odmarzania, obciążenia termiczne – np. ogień),
• czynniki biologiczne (grzyby, bakterie, glony, mchy).

Uszkodzenia zbrojenia mogą być powodowane:

• zjawiskiem karbonatyzacji,
• czynnikami wewnętrznymi (dodatkami np. chlorków),
• czynnikami zewnętrznymi.

Korozja i jej przyczyny
Norma PN-EN 206-1:2003 Beton – Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność definiuje 6 podstawowych klas ekspozycji mogących oddziaływać korozyjnie na beton. Punktem wyjścia jest stopień zagrożenia dla betonu. Są to:

• klasa 1 – brak zagrożenia agresją środowiska lub zagrożenia korozją (X0),
• klasa 2 – korozja spowodowana karbonatyzacją (od XC1 do XC4),
• klasa 3 – korozja spowodowana chlorkami niepochodzącymi z wody morskiej (od XD1 do XD3),
• klasa 4 – korozja spowodowana chlorkami z wody morskiej (XS1 do XS3),
• klasa 5 – agresywne oddziaływanie zamrażania/rozmrażania bez środków odladzających albo ze środkami odladzającymi (od XF1 do XF4),
• klasa 6 – agresja chemiczna (od XA1 do XA3).

Podklasy uwzględniają m.in. wpływ zawilgocenia, cykliczność jego występowania, obecność środków odladzających czy agresywność mediów.

W praktyce najczęściej spotyka się uszkodzenia spowodowane agresją chemiczną (roztwory wodne kwasów nieorganicznych – solnego, siarkowego, azotowego; roztwory wodne kwasów organicznych – mlekowego, mrówkowego, octowego; wodne roztwory soli: siarczanowych, magnezowych, amonowych, wodorotlenki potasu i sodu; węglany sodu i potasu; fenole; oleje i tłuszcze roślinne i zwierzęce; produkty ropopochodne; miękka woda; cukry), cyklami zamarzania i odmarzania (przejścia przez zero) oraz karbonatyzacją.

Oddziaływanie agresywnych mediów lub czynników zewnętrznych na powierzchnię elementu betonowego uruchamia specyficzny dla każdego z tych czynników mechanizm niszczenia powierzchni. W zależności od tego mechanizmu można wyróżnić następujące zasady ochrony powierzchniowej:

• zasada 1 – ochrona przed wnikaniem niepożądanych substancji,
• zasada 2 – kontrola zawilgocenia,
• zasada 5 – zwiększenie odporności fizycznej,
• zasada 6 – zwiększenie odporności chemicznej,
• zasada 8 – podwyższenie oporności elektrycznej przez ograniczenie zawartości wilgoci.

Metody ochrony
Norma 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 dla każdej z powyższych zasad definiuje następujące metody ochrony powierzchniowej konstrukcji betonowych żelbetowych:

• impregnację (I) – stosowaną dla zasad: 1, 2, 5, 6 i 8,
• impregnację hydrofobizującą (H) – stosowaną dla zasad: 1, 2, 6 i 8,
• powłokę ochronną (C) – stosowaną dla zasad: 1, 2, 5, 6 i 8.

Rodzaje wyrobów stosowanych do konkretnych metod ochrony to:

• impregnacja hydrofobizująca – stosuje się materiały i systemy na bazie silanów, siloksanów, silikonów oraz innych, na bazie materiałów krzemoorganicznych. Nadaje powierzchni właściwości hydrofobowe, poza tym pozwala na ograniczenie wysychania. Zwiększa się odporność betonu na cykle zamrażania-rozmrażania. Nałożony wyrób nie tworzy ciągłej powłoki, pory i kapilary nie zostają wypełnione. Wygląd powierzchni betonu ulega niewielkiej zmianie, zazwyczaj ściemnieniu lub pozostaje bez zmian,

• impregnacja – stosuje się materiały na bazie żywic z tworzyw sztucznych – epoksydowych, akrylowych, poliuretanowych, poliestrowych itp., jak również lakiery czy materiały mineralne i/lub polimerowe. Zastosowane produkty powodują całkowite lub częściowe wypełnienie porów i kapilar w przypowierzchniowej warstwie, czego skutkiem jest uszczelnienie i wzmocnienie zabezpieczanej powierzchni. Rośnie odporność betonu na obciążenia mechaniczne (uderzenia, ścieranie), na obciążenia termiczne (szok termiczny, zamrażanie-rozmrażanie, także w obecności soli). Na powierzchni zabezpieczanego elementu może tworzyć się cienka, nieciągła powłoka,

• powłoka ochronna – stosuje się materiały i systemy na bazie żywic syntetycznych: epoksydowych, poliuretanowych, epoksydowo-poliuretanowych, akrylowych, poliestrowych, poliwęglanowych, materiałów polimerowo-cementowych (akrylowo-cementowe, butadienowo-styrenowo-cementowe, poliure-
  tanowo-cementowe, epoksydowo-cementowe), bitumicznych, polimerowo-bitumicznych itp. W zależności od sytuacji może ona być wykonywana z wkładkami zbrojącymi z tkanin lub siatek np. z włókna szklanego. Tworzą one ciągły, szczelny układ o grubości zazwyczaj nieprzekraczającej 5 mm, chroniący konstrukcję lub jej element przed oddziaływaniem agresywnego środowiska, odporny w wielu sytuacjach także na parcie hydrostatyczne cieczy. Powłokami chemoodpornymi mogą być także membrany (folie) z tworzyw sztucznych, sklejane lub zgrzewane na zakładach. Są to najczęściej folie z polichlorku winylu (PCW), folie poliizobutylenowe oraz folie z polietylenu wysokiej gęstości (HDPE).

Hydrofobizacja, impregnacja, powłoki malarskie oraz powłoki bitumiczne stosuje się zwykle w środowisku o średniej agresywności chemicznej. W przypadku oddziaływania środowiska o silnej agresywności stosować można także wykładziny z elementów ceramicznych, kamiennych czy węglowych mocowanych na chemoodpornych kitach oraz wymurówki z cegieł ceramicznych kwasoodpornych, węglowych lub bazaltowych.

Powłoka ochronna może mylić
Niekiedy mylące może być samo sformułowanie „powłoka ochronna”. Przykładowo pod zbiornikami ze stężonym kwasem wykonuje się wannę szczelną, której wierzchnią warstwą jest np. dwumilimetrowa warstwa żywicy epoksydowej, którą można nazwać powłoką ochronną. Z kolei w hali magazynowej ta sama żywica o identycznej grubości będzie posadzką przemysłową.

Przykładowe zastosowania powłok ochronnych to:

• ochrona przed działaniem gazów wewnątrz pomieszczeń (w oczyszczalniach ścieków, zakładach przemysłu chemicznego, halach fabryczne, magazynach itp.),
• ochrona przed działaniem gazów i czynników atmosferycznych oraz kwaśnych deszczy na zewnątrz (oczyszczalnie ścieków, kominy, chłodnie, mosty i wiadukty, elewacje itp.),
• ochrona przed działaniem ciekłych mediów (stałym lub okresowym) na konstrukcje oczyszczalni ścieków (np. zbiorniki, kładki), w basenach, warsztatach naprawczych itp.

Powłoki ochronne można podzielić na:

• powłoki polimerowo-cementowe (akrylowo-cementowe, butadienowo-styrenowo-cementowe, poliuretanowo-cementowe, epoksydowo-cementowe),
• powłoki z żywic syntetycznych (epoksydowe, poliuretanowe, poliestrowe, akrylowe),
• powłoki na bazie bitumicznej i polimerowo-bitumicznej,
• wyprawy mineralne,
• wymalowania ochronne.

Powłoki polimerowo-cementowe mogą występować w postaci jedno- lub dwuskładnikowej. Dla materiałów jednoskładnikowych płynem zarobowym jest woda (wówczas polimery znajdują się w składniku sypkim), w przypadku materiałów dwuskładnikowych znajdują się one zazwyczaj w płynie zarobowym. Twardnienie powłoki następuje po zarobieniu suchego proszku wodą lub wymieszaniu składników A i B oraz nałożeniu na powierzchnię elementu.

Ciekłe kompozycje żywic syntetycznych mogą być kompozycjami jedno- lub wieloskładnikowymi (zazwyczaj dwuskładnikowymi). Utwardzanie się preparatów jednoskładnikowych następuje na skutek reakcji chemicznej z wilgocią z otoczenia lub ze stwardniałym zaczynem cementowym. Dla wyrobów lakierniczych (malarskich) może to być np. odparowanie rozpuszczalników lub dla wyrobów dyspersyjnych – wody. Materiały dwuskładnikowe wiążą na skutek reakcji chemicznej (sieciowania) żywicy i utwardzacza.

Wyprawy mineralne są zazwyczaj dwuskładnikowe (suchy proszek i płyn zarobowy). Po zarobieniu i nałożeniu na powierzchnię wiążą przede wszystkim na skutek reakcji hydratacji.

Powłokami ochronnymi w wielu przypadkach są wymalowania specjalnymi farbami. W celu zabezpieczenia konstrukcji żelbetowych stosuje się np. specjalne farby na bazie kopolimerów akrylowych o odpowiednich współczynnikach oporu dyfuzyjnego dla pary wodnej i dwutlenku węgla. Nie w każdym przypadku muszą to być więc specjalne chemoodporne powłoki czy wymalowania.

Powłoki bitumiczne występują w postaci roztworów, emulsji albo mas. Dobrą chemoodpornością cechują się także materiały bitumiczne, zwłaszcza modyfikowane polimerami grubowarstwowe masy uszczelniające, zwane masami KMB (mogą być stosowane w przypadku agresywnych wód gruntowych klasyfikowanych jako XA3, czyli silnie agresywne wg normy DIN 4030).

Trudności w kosztorysowaniu
Taka klasyfikacja powłok ochronnych z punktu widzenia kosztorysanta rodzi pewne trudności. Dlatego zawsze podstawą przyjęcia w kosztorysie konkretnego rozwiązania (typu powłoki) powinien być projekt techniczny.

Podłożem pod powłoki ochronne może być beton, jastrych cementowy, tradycyjny tynk cementowy oraz zaprawy naprawcze PCC (polimerowo-cementowe), CC (cementowe) oraz PC (polimerowe).

Jeżeli zabezpieczenie nie jest wykonywane w nowym obiekcie (elemencie), konieczne jest odpowiednie przygotowanie podłoża. Chodzi przede wszystkim o usunięcie skorodowanych fragmentów podłoża oraz wykonanie prac naprawczych (reprofilacyjnych) konstrukcji.

Celem oczyszczania jest usunięcie pyłu, luźnych fragmentów i zanieczyszczeń – tak, aby poprawić połączenie oczyszczonej powierzchni podłoża i systemu ochrony powierzchniowej. Skutecznymi metodami są oczyszczanie strumieniem wody, czystym sprężonym powietrzem lub oczyszczanie próżniowe. W przypadku stosowania sprężonego powietrza należy zwrócić uwagę na to, aby powietrze było czyste i nie zanieczyszczało powierzchni olejem.

Gdy zanieczyszczenia znajdują się na powierzchni lub wniknęły pod nią, konieczne może być ich usunięcie metodami wymagającymi użycia rozpuszczalników lub pary wodnej.

Oczyszczanie powierzchni betonowej bez usuwania betonu wykonuje się zazwyczaj strumieniem wody pod ciśnieniem do 18 MPa.

Oczyszczanie strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem stosuje się do oczyszczania lub powierzchniowego usuwania betonu na głębokość do 2 mm. Inne przykłady usuwanych materiałów to membrany, pozostałości asfaltu, kolorowe oznaczenia i mleczko cementowe. Stosowanie wody pod wysokim ciśnieniem jest szybkim i skutecznym sposobem usuwania betonu, ograniczającym do minimum straty betonu nieuszkodzonego. Nie występują mikrospękania, a beton uszkodzony jest usuwany selektywnie, pozostawiając pozostały beton w stanie nienaruszonym.

Frezowanie pozwala na usunięcie wierzchniej warstwy podłoża o zbyt niskich parametrach wytrzymałościowych lub zanieczyszczonej trudno usuwalnymi substancjami. Śrutowanie pozwala na bezpyłowe usunięcie stwardniałego zaczynu cementowego.

Zalecaną metodą usunięcia zanieczyszczeń materiałami bitumicznymi, farbami oraz smołami są metody strumieniowo-ścierne (piaskowanie), frezowanie lub groszkowanie. Zanieczyszczenia chemiczne można usuwać przez oczyszczanie płomieniowe. Najskuteczniejszą metodą usunięcia zanieczyszczeń olejowych jest usunięcie skażonego podłoża. Inne metody, tj. stosowanie specjalnych preparatów czyszczących oraz mechaniczne zmycie czy szorowanie, nie dają stuprocentowej gwarancji usunięcia skażeń z podłoża.

Rysy i złącza mogą być oczyszczane strumieniem wody pod ciśnieniem, spłukiwane wodą lub przedmuchiwa­ne sprężonym powietrzem.

Wszelkiego rodzaju wady podłoża, takie jak raki, ubytki w powierzchni, wykruszenia, nierówności, pustki, muszą być bezwzględnie usunięte przed wykonaniem właściwych prac.

Raki, wykruszenia i inne ubytki, w zależności od ich wielkości, trzeba uzupełnić zaprawami reprofilacyjnymi (np. typu PCC) lub innymi zaprawami mogącymi służyć do reprofilacji (np. zaprawą cementowo-epoksydową), jak również szpachlami i zaprawami epoksydowymi. Kierować się należy charakterem pracy elementu konstrukcji, parametrami wytrzymałościowymi podłoża i materiału reprofilacyjnego oraz wytycznymi producenta systemu ochrony.

Należy przestrzegać wymogów odnośnie wysezonowania podłoża (skurcz i wilgotność). Skurcz mas typu PCC praktycznie ustaje po kilku dniach, konieczna jest więc minimum kilkudniowa przerwa przed nakładaniem systemu uszczelnień powierzchni. W przypadku szpachli epoksydowych nakładanie kolejnych warstw możliwe jest zazwyczaj już po kilkunastu godzinach. Wiążące są wytyczne producenta systemu.

Powierzchnia podłoża nie powinna być zatarta na gładko. Wykonywanie na takim podłożu ciągłych powłok chemoodpornych może znacznie pogorszyć przyczepność systemu ochrony do podłoża.

Sposób naprawy zarysowanego podłoża zależy przede wszystkim od przyczyn powstania rys, ich stabilności i szerokości rozwarcia, dlatego w przypadku stwierdzenia obecności zarysowań konieczne jest określenie przyczyny ich powstania oraz podjęcie środków zaradczych.

Z powierzchni nowych elementów należy usunąć mleczko cementowe oraz luźne i niezwiązane cząstki.

Metody aplikacji
Preparaty do impregnacji, w tym impregnacji hydrofobizującej, można nakładać za pomocą wałka, pędzla lub natryskowo, zgodnie z wytycznymi producenta. Liczba nakładanych warstw i zużycie zależy od stanu podłoża i wytycznych producenta. Maksymalną wilgotność podłoża oraz temperaturę aplikacji określa producent systemu (niektóre systemy tolerują podwyższoną wilgotność podłoża; za minimalną temperaturę aplikacji najczęściej przyjmuje się 5°C÷10°C). Nie dopuszcza się wykonywania prac, gdy temperatura podłoża jest wyższa od punktu rosy o mniej niż 3°C.

Wyroby nanoszone wałkiem należy rozprowadzić równomiernie na podłożu, dbając o zapewnienie odpowiedniej i jednakowej grubości warstwy. Dobrym rozwiązaniem (tam, gdzie jest to możliwe – np. przy powłokach z żywic reaktywnych) może być rozprowadzenie wyrobu na podłożu np. za pomocą specjalnej listwy, a następnie przy pomocy wałka z krótkim włosiem (to specjalny wałek do żywic) energicznymi ruchami w prostopadłych do siebie kierunkach wtarcie go w podłoże.

Na powierzchniach poziomych przy wykonywaniu grubowarstwowych powłok z żywic reaktywnych wylewany materiał można rozprowadzić równomiernie za pomocą kielni lub rakli warstwą o odpowiedniej grubości, a następnie odpowietrzyć wałkiem z kolcami.

Przy nakładaniu natryskowym należy przestrzegać zaleceń producenta dotyczących rodzaju agregatu natryskowego, typu dyszy, ciśnienia itp.

Niektóre systemy, zwłaszcza na bazie żywic reaktywnych, wymagają wcześniejszego zagruntowania podłoża. Niekiedy konieczne może być wykonanie posypki z piasku kwarcowego o uziarnieniu podanym przez producenta systemu (zazwyczaj jest to 0,1-0,4 mm lub 0,2-0,7 mm). Posypkę taką wykonuje się jako pełnokryjącą, natychmiast po nałożeniu warstwy żywicy. Po związaniu żywicy (zazwyczaj jest to okres 12-24 godzin) nadmiar kruszywa należy usunąć.

Uwaga: moment wykonywania właściwej powłoki (po wykonaniu gruntowania) jest zawsze określony w karcie technicznej stosowanego systemu i musi być bezwzględnie przestrzegany. Gruntownikiem może być także ten sam produkt, z którego wykonuje się powłokę (dla żywic dyspersyjnych często spotyka się zalecenie rozcieńczenia wodą materiału stosowanego na warstwę gruntującą).

Uwaga na temperaturę
Zalecana temperatura materiału, powietrza i podłoża wynosi od +15°C do +25°C, za minimalną temperaturę aplikacji uważa się 5÷8°C, za maksymalną +30°C, o ile producent nie zastrzega inaczej.

Wkładkę zbrojącą (jeżeli jest stosowana) należy wtapiać w warstwę żywicy w sposób zgodny z zaleceniami producenta systemu.

Należy bezwzględnie przestrzegać wytycznych producenta dotyczących długości przerw technologicznych. Jeżeli producent systemu nie podaje inaczej, to należy przestrzegać poniższych odstępów czasowych:

• aplikacja „mokre na mokre” – nanosić natychmiast warstwę na warstwę,
• nanoszenie kolejnej warstwy na
  uprzednio wykonanej bez posypki –12÷24 godziny,
• nanoszenie kolejnej warstwy na uprzednio wykonanej z posypką – określa producent systemu. Generalnie nie ma czasowego ograniczenia, wymagane jest bardzo staranne oczyszczenie uprzednio wykonanej warstwy i usunięcie niezwiązanego materiału. Producent systemu może postawić dodatkowe warunki dotyczące przygotowania powierzchni.

Wzajemna przyczepność poszczególnych warstw może się pogorszyć przez zawilgocenie i zabrudzenie powierzchni miedzy zabiegami. Z kolei niskie temperatury:

• opóźniają reakcję twardnienia,
• mogą powodować zwiększone zużycie materiału (z powodu podwyższonej lepkości),
• utrudniają właściwe rozprowadzenie materiału po podłożu.
• przyspieszają reakcję twardnienia,
• skracają czas obróbki,
• utrudniają uzyskanie powierzchni o optymalnej jakości.

Czas obróbki podany jest zawsze przez producenta systemu i odnosi się do konkretnej temperatury aplikacji. Po przekroczeniu czasu obrabialności materiał zaczyna mieć konsystencję gęstopłynną do gęstej, staje się ciągnący, klejący i nie może być dalej stosowany. Pod koniec czasu obrabialności materiałów reaktywnych można zaobserwować wzrost temperatury przygotowanej do nakładania masy.

Wykonując roboty w zmiennych warunkach temperaturowych, należy pamiętać, że wzrost temperatury powoduje wzrost ciśnienia pary w podłożu, co może skutkować miejscowymi odspojeniami powłoki (powstawaniem pęcherzy osmotycznych). Dlatego też zaleca się wykonywanie prac przy stałych lub spadających temperaturach. Temperatura podłoża musi być wyższa od temperatury punktu rosy przynajmniej o 30°C. W przeciwnym razie prace należy przerwać.

Wilgotność względna powietrza podczas wykonywania robót nie powinna przekraczać wartości podanej przez producenta systemu.

Przy wykonywaniu prac trzeba przestrzegać zapisów z karty charakterystyki substancji niebezpiecznej (konieczność stosowania środków ochrony osobistej, zapewnienie wentylacji pomieszczeń).

Polimerowo-cementowe i bitumiczne
Powłoki polimerowo-cementowe nakłada się zazwyczaj za pomocą twardego pędzla lub szczotki i pacy, zazwyczaj w dwóch warstwach. Należy wówczas pierwszą warstwę starannie wetrzeć w podłoże pędzlem lub szczotką, następna warstwa może być nakładana np. pacą (o ile pozwala na to rodzaj podłoża). Szczegółowe informacje, także o czasie przerw technologicznych, podaje zawsze producent zastosowanego systemu. Przy nakładaniu natryskowym należy przestrzegać zaleceń producenta dotyczących rodzaju agregatu natryskowego, typu dyszy, ciśnienia itp.

Powłoki na bazie bitumicznej nakłada się zgodnie z zaleceniami producenta, zazwyczaj przynajmniej w dwóch warstwach. Przy nakładaniu natryskowym należy przestrzegać zaleceń producenta dotyczących rodzaju agregatu natryskowego, typu dyszy, ciśnienia, itp.

Uwaga, kosztorysanci!
Wiele błędów związanych z kosztorysowaniem powłok ochronnych związanych jest z procesem odpowiedniego przygotowania podłoża. Podane powyżej zalecenia mają charakter ogólny, co oznacza, że muszą one być dostosowane do stanu konkretnego obiektu. Poza tym często zabezpieczane obiekty wymagają prac naprawczych (reprofilacyjnych), co może mieć znaczący udział w ogólnej wartości robót.

Przygotowanie podłoża musi być także ujęte, gdy powłoka jest wykonywana na nowym elemencie. Chodzi tu przede wszystkim o oczyszczenie i zmycie podłoża, usunięcie mleczka cementowego, niekiedy konieczne może być uszorstnienie powierzchni, usunięcie resztek olejów antyadhezyjnych, a w przypadku obecności licznych porów – wygładzenie powierzchni (szczególnie istotne, gdy wykonywana jest powłoka malarska).