Poruchy betonových průmyslových podlah a možnosti jejich sanace

12. února 2009

Ing. Vítězslav Vacek, CSc.

Technologie a postupy Vyšlo v čísle 02/2009

S hospodářským rozvojem předchozích let byla spojena velká poptávka po průmyslových podlahách. Vzhledem k příznivému poměru ceny a užitných parametrů se velmi často jednalo o podlahy betonové. Příspěvek se zabývá analýzou příčin vzniku některých opakujících se typických poruch těchto podlah a představuje možnosti jejich sanací.

Autor:

Ing. Vítězslav Vacek, CSc.

Absolvent Fakulty stavební ČVUT v Praze, obor pozemní stavby. Pracuje v Kloknerově ústavu ČVUT v Praze, v oddělení stavebních materiálů, kde se zabývá vlastnostmi stavebních materiálů a konstrukcí, jejich zkoušením, diagnostikou a poruchami staveb.

Průmyslové provozy lehké i středně těžké výroby a skladování velmi často vystačí s obyčejnou betonovou podlahou. Těžká výroba již obvykle potřebuje podlahy speciální, i když zpravidla pouze lokálně - ve vazbě na technologii výroby. Zvláštním případem je pak oblast chemické výroby, kde často obyčejný beton dostatečně nevyhovuje. Jinou skupinou je např. náročná výroba elektroniky s požadavky na antistatické vlastnosti, potravinářské provozy, nemocnice apod. s vysokými nároky na čistotu provozu. Samostatnou skupinou jsou hromadné garáže. Betonová podlaha je většinou použita jako primárně konstrukční část i v provozech, kdy beton jako materiál svými vlastnostmi nestačí, a je pak následně opatřena dalšími vrstvami, tvořenými stěrkami, nátěry, speciálními dlažbami apod., tzn. obrusnými, resp. nášlapnými vrstvami, nebo jsou provedeny úpravy odpovídající požadovaným parametrům daného prostředí. Z hlediska místních podmínek lze podlahy členit na novostavby a opravy nebo rekonstrukce, resp. výměny podlahy v prostorách se stejným nebo nově odlišným využitím. Z konstrukčního hlediska je základním členěním rozdělení podlah na desky na terénu, nejčastěji u výrobních či skladovacích hal, a podlah vícepodlažních budov, kde je často podlaha již přímo upraveným povrchem stropu, např. hromadné garáže, nebo některé vertikálně řazené průmyslové technologie.

Návrh průmyslové podlahy
Průmyslová betonová podlaha je svou funkcí velmi důležitou částí stavby, neboť její stav bezprostředně ovlivňuje provoz (např. výroby nebo skladování), kterému má sloužit. Jejímu návrhu je tedy třeba věnovat potřebnou pozornost, protože zdánlivá úspora ve stavebních nákladech může přinést citelné provozní ztráty. Návrh průmyslové podlahy by měl mít na zřeteli bezpečné přenesení zatížení z povrchu do podzákladí při zachování tvaru, tj. omezené deformaci. Pro splnění této funkce je třeba docílit spolupůsobení vlastní horní obrusné vrstvy s vrstvami podkladními dostatečně plynulou změnou tuhosti souvrství. Mimo zatížení pojezdem a skladovaným mate- riálem je u průmyslových podlah významný účinek tzv. nesilových zatížení (zejména od změny teploty a vlhkosti) a v této souvislosti i interakce s vlastní konstrukcí haly nad podlahou (obr. 1, 2). Nedořešení těchto detailů, resp. nesplnění předpokladů návrhu se během provozu často projeví významnými poruchami. Základním úkolem projektanta je vyřešit všechny detaily a návaznosti, protože - jak kdysi řekl jeden z nestorů českého stavitelství profesor Hruban: ?Betonová konstrukce je kvalitní, když je kvalitní v každém provedeném detailu.? Což platí dodnes a bez výjimky i u průmyslových podlah.

Následující část příspěvku je zaměřena na dva hlavní typy betonových podlah. Prvním z nich jsou drátkobetonové podlahy skladovacích a výrobních hal, druhým pak nulové podlahy hromadných parkovacích garáží.

¤ Obr. 1. Garáž za provozu v zimě - trhlina v nátěru

¤ Obr. 2. Totéž místo - detail průsaku zespodu

Drátkobetonové podlahy skladovacích a výrobních hal
Širší rozvoj použití drátkobetonu pro průmyslové podlahy u nás začal v devadesátých letech minulého století. K jeho výhodám patří snadná realizace s možností dopravy čerstvé směsi čerpadly a větší odolnost proti vzniku, ale hlavně rozvoji trhlin než u prostého betonu. Drátkobeton v obvyklém provedení nemá ohybovou únosnost oboustranně vyztužené desky, ale v řadě aplikací svými parametry postačuje. Jeho realizace s minimem betonářské výztuže - obvykle jen dovyztužení některých detailů rovnými pruty nebo svařovanými sítěmi - je rychlá a jednoduchá.
Jelikož jsou skladové podlahy často vystaveny velkému obrusu tvrdými koly manipulační techniky, uzavírá se povrch podlahy při hlazení abrazi odolnou vrstvičkou vsypu. Pro eliminaci trhlin od smrštění se hotová podlaha v prvních 24 hodinách po dokončení nařeže jalovými řezy. Pokud se tak učiní vzhledem k podmínkám hydratace betonu pozdě, vznikne první porucha - ve formě tzv. divoké trhliny. K rozvoji trhlin přispívá rovněž nedokonalé ošetřování hotové podlahy v době zrání. Zde je dobré připomenout, že trhlina v betonu je přirozená a nevyhnutelná. Ovlivnit je možné jejich rozdělení - četnost a šířku. Z hlediska mechanického chování i trvanlivosti podlahy je lépe dosáhnout většího počtu malých trhlin, něž několika velkých, které by byly výraznou nehomogenitou celé podlahové konstrukce.
Při realizaci tenkých desek do tl. 150 mm, ale stává se to i u desek tl. až 200 mm, vznikají při následném vysychání miskovité deformace jednotlivých nařezaných čtverců, které se projevují zvednutím rohů. Ty jsou pak obvykle ulomeny při pojezdu vozíků, a vzniknou tak charakteristické trhliny. Jakákoliv nerovnost takto provozovaných podlah se při přejezdu vozíků stává potenciálním zdrojem výtluku. Nejčastěji se tak děje u spáry s nestejnou výškou obou navazujících ploch, nebo u pracovní spáry s vloženým ocelovým prvkem, vytvářejícím lokální skokovou změnu tuhosti. Údery tvrdých kol těžkých vozíků pak svým dynamickým účinkem nejprve odlomí hranu spáry, ale postupně vytvářejí plošně rozsáhlý výtluk (obr. 6, 7).
Pokud je podlaha špatně navržena - dimenzována ve vazbě na podloží, nebo je provozována pod vyšším zatížením, než bylo uvažováno při návrhu (těžší vozíky, větší skladovaná zátěž apod.), může dojít i k její celkové destrukci, jak ukazují obr. 3-7.
Trhliny a jalové řezy by měly být upraveny tak, aby při přejezdu kola vozíku přenášela spára vzájemně účinky zatížení do sousedních desek. Tento stav nenastává, pokud jsou spáry ponechány volné - odlamují se hrany, nebo pokud je výplň příliš poddajná - např. PU nebo akrylátový tmel (obr. 9). Renomovaní výrobci dodávají k tomuto účelu speciální semirigidní zálivky, které na prudkou změnu zatížení reagují jako tvrdý materiál, ale na pomalejší účinky, např. od změny teploty, reagují elasticky. Analogicky je tedy možné vyplnit jak řezy předem připravené, tak dodatečně provedené v místě divoké trhliny. Taková oprava je úspěšná u běžných trhlin, nikoli u významných konstrukčních poruch, třeba nad rozhraním podloží, na styku výrazně rozdílně zatížených oblastí apod.
Plošná porucha je v omezeném rozsahu opravitelná lokálním vybouráním a novou betonáží příslušného pole. Pro lokální výtluky je možné k náhradě rozdrceného materiálu použít speciálních sanačních hmot na cementové nebo polymerem modifikované bázi, určených k opravě pojížděných ploch. Jejich volba je obtížná v tom, že oprava by se měla svými vlastnostmi co nejvíce blížit okolní podlaze. Zvolíme-li materiál málo pevný, bude se porucha zanedlouho opakovat v témže místě. Pokud vybereme materiál příliš pevný, objeví se postupně poruchy před a za opraveným místem a nastane jev označovaný někdy jako stěhování výtluků. Pokud podlaha provoznímu zatížení neodpovídá a dochází k její destrukci (obr. 3, 4), je na místě ji vybourat a provést nově, včetně potřebné úpravy podloží a změny dimenzí drátkobetonové desky. Krátkodobě je možné provoz zajistit provizorním položením plechů na poškozená místa, ale i tlusté plechy se postupně deformují a jsou překážkou pro malá kola vozíků (obr. 8).

¤ Obr. 3. Rozlámaná drátkobetonová podlaha ve vjezdu skladu

¤ Obr. 4. Rozlámaná drátkobetonová podlaha pod rampou

¤ Obr. 5. Detail rozvoje lomové poruchy drátkobetonové desky

¤ Obr. 6. Plošný rozvoj poškození rozlámané drátkobetonové desky

¤ Obr. 7. Odlomené rohy drátkobetonové desky a rozvoj výtluku

¤ Obr. 8. Nouzová oprava položením plechu

¤ Obr. 9. Odlamování hran spáry vyplněné pružným tmelem

Bezespáré podlahy z válcovaného betonu a polymerem modifikované vrchní vrstvy
Velmi podobným typem podlah jsou tzv. bezespáré podlahy z válcovaného betonu a polymerem modifikované vrchní vrstvy. Ani tyto betonové podlahy nejsou objemově stálé. Ačkoli spáry na počátku nemají, postupně se v nich vytvoří trhliny v linii oslabení - jako jsou pracovní spáry, řady sloupů apod. Ty se potom v průběhu času rozšiřují a postupně si vyžádají opravu. Zprvu je to jen zalití řezu, později, když se dále rozestupují, je někdy snaha je spojovat sponami (obr. 10). Sponkování těchto podlah pomocí kramliček je problémem, protože spony není do čeho chytit - modifikovaná vrstva je tlustá jen asi 30 mm a válcovaný beton pod ní má malou pevnost. Někteří zhotovitelé tedy místo spon používají jenom prutu zalitého v drážce. Taková oprava pohyb často nezastaví a je nutné přistoupit k radikálnějšímu zásahu ve větší šířce opravy (obr. 11). Výběr vhodného materiálu a návrh tvaru průřezu zde patří do rukou odborníka, který předem zhodnotí konkrétní situaci a její vývoj. Kvalitní oprava trhlin podlahy je provozní nutností, protože jinak dochází ke zvýšeným nákladům na opravy kol manipulační techniky (obr. 12). Provozní zatížení zejména skladových podlah obrusem je poměrně intenzivní, a tak by těmto podlahám měla být věnována také potřebná údržba. Pokud přesto časem dojde k odbroušení vsypové vrstvy chránící podlahu proti abrazi, je možné ji nahradit tenkou polymerní stěrkou s vysoce odolným plnivem, podobným původnímu vsypu.
Uvedené poruchy a způsoby jejich oprav jsou uplatnitelné nejen u podlah novějších, ale v přiměřené míře i u podlah starých. Jestliže není stará betonová podlaha příliš polámána na drobné elementy nebo silně kontaminována, ale má i do větší hloubky letitým provozem narušený povrch, je možné uvažovat - pokud to dovoluje světlá výška a návaznost na další části stavby - o její opravě novým přebetonováním. Nová vrstva může být se stávající podlahou svázána, nebo může být navržena jako separovaná. Výběr z těchto možností je věcí hodnocení projektanta, který zváží všechny místní podmínky. Pokud by byla nová betonová vrstva příliš tlustá, je za předpokladu funkční hydroizolace možné provést opravu povrchu tenčí, vícevrst- vou stěrkou na polymerní bázi. Jestliže by stará podlaha byla příliš poškozena a nebylo by ji možné přebetonovat nebo by docházelo ke zvýšení provozního zatížení, pak je obvykle třeba starou betonovou desku odstranit a realizovat celou podlahu nově.
Zhodnocení možnosti opravy v porovnání s novou podlahou je často velmi složité a nezřídka bývá komplikovanost provedení, cena a časová náročnost opravy tak vysoká, že se jeví rychlejší a levnější provést podlahu novou, na kvalitativně lepší úrovni. Praktické zkušenosti ukazují, že opravit se vyplatí jen podlahu v poměrně slušném stavu, popř. poškozenou lokálně, nebo tam, kde si to vynucují provozní omezení - možnost krátké odstávky, nepřístupnost apod.

Podlahy hromadných parkovacích garáží
Druhým charakteristickým, v současnosti často frekventovaným typem betonových průmyslových podlah jsou hromadné garáže. Většinou se jedná o vícepodlažní budovy, kde k parkování slouží základová deska, mezistropy a často i střecha. Některé parkovací domy založené jinak než na desce mají - podobně jako výše uvedené haly - spodní podlahu na terénu.
Posledních zhruba deset let je již i v ČR výstavba hromadných garáží poměrně intenzivní. Většinou jde o železobetonové monolitické, nebo prefabrikované, ale zpravidla o kombinované systémy konstrukcí. Často jsou to spodní - podzemní podlaží hotelů, bank, administrativních a obchodních center, ale také pouze garážové objekty s podzemními, nadzemními podlažími a pojížděnou střechou. Tyto podlahy jsou převážně navrhovány jako nulové, tzn. že jde přímo o zahlazený povrch nosné železobetonové konstrukce, bez dalších vyrovnávacích, roznášecích a podobných podkladních vrstev. Určitě progresivní zjednodušení skladby svislého řezu stropu přispívá k jeho odlehčení o balastní podlahové vrstvy, ale přináší i nové nároky na kvalitu a způsob provádění betonářských prací a ochranu betonové konstrukce v sekundárním smyslu. Jedná se o tuhost konstrukcí, jejich průhyb, sklon povrchu atd. Podlaží těchto objektů jsou vertikálně propojena rampami nebo nákladními výtahy. Půdorysně jde o celky malé i značně rozlehlé.
Charakteristickým zatížením garážových prostor je kromě vlastní tíhy a účinků dopravy - cyklického pohyblivého zatížení, i expozice mokrým procesům, především v souvislosti s chemickými rozmrazovacími látkami a sněhem, někdy i prudkým změnám teplot při nedostatečně regulovaném větrání. Jejich společným jmenovatelem je úplná absence, nebo existence jen provozně nedostatečného systému odvodnění. Investoři obvykle společně s projektanty předpokládají strojní úklid, který je však reálně prováděn s dostatečnou intenzitou jen v menšině malých staveb. Z hlediska opotřebení povrchu abrazí je situace poněkud lepší než u shora uvedených hal, protože podvozky aut jsou opatřeny pneumatikami.
Podcenění uvedených fenoménů ve spojení s nevhodným a technicky nepochopitelným uplatňováním normových kritérií mezních šířek trhlin (pro vnitřní prostory budov) ve vodorovných konstrukcích takových budov vede ke vzniku typické, systematicky se opakující poruchy - protékání vody a vodných roztoků stropními konstrukcemi shora dolů. První problémy se projeví poškozením laku dole parkujících vozidel vápenatými výluhy, ale jsou těsně následovány i korozí výztuže, a tedy mnohem nebezpečnějšími důsledky pro samotnou nosnou funkci konstrukce. Koroze ocelové výztuže působením agresivních vodných roztoků je poměrně intenzivní (obr. 22). U několika zahraničních staveb již dokonce došlo ke zřícení takto poškozených stropů garáží.
Samotná betonová podlaha garáží tedy není schopna plnit všechny potřebné funkce. Proto se železobetonová konstrukce doplňuje systémem přímo pojížděné izolace. Jedná se o tenkou pružnou vrstvu, odolnou proti vodě, rozmrazovacím látkám a provozním náplním vozidel, která plní funkci podlahy ve smyslu jejího vzhledu, barevnosti, neskluznosti apod., ale hlavně také ochrannou funkci ve vztahu k nosné železobetonové konstrukci. Toho je dosaženo především řešením všech detailů a vyvedením stěrkového systému na soklík svislých konstrukcí, čímž je vytvořena mělká ochranná vana, schopná pružně přenést všechny deformace nosné konstrukce.
Ochranný systém pojížděné izolace není pouhým barevným nátěrem, ale musí mít schopnost bez porušení těsnosti překlenout pohyblivé trhlinky. Málo pružný a příliš tenký nátěrový systém nelze úspěšně opravit. Dále musí mít i potřebnou mechanickou odolnost a samozřejmě i přídržnost k podkladu. Bez těchto vlastností není možné dosáhnout potřebné funkčnosti ani životnosti podlahy.
Kromě plošné mozaiky drobných trhlin jsou na železobetonových konstrukcích typické i trhliny od vázaného smrštění (obr. 18), které správně navržený systém pojížděné izolace ošetří již předem, podobně jako pracovní spáry (obr. 19). Kvalitní systém přímo pojížděné izolace podlahy garáží je tvořen vrstvou penetrace, pružnou hydroizolační membránou, obrusnou vrstvou s pískovým vsypem a uzavíracím nátěrem. Na závěr je hotová podlaha zpravidla doplněna ještě systémem vodorovného dopravního značení (obr. 17). Příprava podkladu se obvykle děje brokováním s odsáváním prachu (obr. 20). V této fázi se odhalí síť trhlin, dříve skrytých cementovým šlemem z hlazení, která se před provedením stěrkového systému opraví pružným tmelem (obr. 21).
Pokud se projeví nějaké vady garážových stěrkových podlah, opravy se zpravidla provedou opakováním technologického postupu, jako v případě první realizace. Příčinami poruch mohou být chyby při aplikaci, nejčastěji nedodržení aplikačních podmínek (teplota, vlhkost), ale i vady materiálu a v neposlední řadě i poruchy nosné železobetonové konstrukce spojené se sedáním, dotvarováním nebo malou tuhostí stropů. Pokud je příčinou poruchy změna předpokládaného chování konstrukce, je zpravidla nutné upravit lokálně celý systém, aby respektoval nový stav a mohl opět zajistit všechny, tedy i ochranné funkce podlahy.

Závěr
Betonové průmyslové podlahy jsou samostatnou částí konstrukce se specifickými užitnými parametry, jejichž dosažení je podmíněno správným návrhem i provedením, ve vazbě na podklad i další okolní konstrukce. Mají životnost limitovanou intenzitou provozu a kvalitou prováděné údržby. Současné betonové podlahy jsou, především v logistických centrech, poměrně hodně zatěžované, ale při odpovídající péči a včasné opravě mohou sloužit svému účelu velmi dlouho. Za použití moderních sanačních technologií je opravitelná prakticky každá porucha betonové podlahy, avšak někdy taková oprava nemusí být cenově rentabilní.

¤ Obr. 10. Oprava trhliny bezespáré podlahy sponkou a zalitím