Zajímavosti VD Vrané nad Vltavou - diagnostický průzkum, poruchy starších betonových konstrukcíOpravitelnost starších betonových konstrukcí významně ovlivňují poruchy těchto konstrukcí. Kvalitní průzkum je základním kamenem při rozhodování o možnosti opravy daných konstrukcí.
V roce 2008 byl na elektrárenské části VD Vrané nad Vltavou proveden diagnostický průzkum, kterým měl být ověřen stávající stav některých železobetonových konstrukcí vodního díla a na jehož základě by bylo možno rozhodnout o způsobu opravy těchto konstrukcí.
Diagnostický průzkum byl na základě zadání investora zaměřen na ověření stávajícího stavu vytipovaných betonových konstrukcí vytipovaných hráze, jmenovitě na: konstrukci hrubých česlí, horním návodním trámu jemných česlí, středním pilíři na dolní vodě a lávce pod jeřábem 10 t na dolní vodě tak, aby mohl být dostačujícím podkladem pro PD opravy dotčených prvků hráze předmětného vodního díla.
V rámci diagnostického průzkumu byly provedeny tyto práce:
Ilustrační foto – pohled na VD
Ilustrační foto – pohled na hrubé česle
Sondy a zkoušky, které mohou objasnit mechanizmy poškození, byly prováděny v místech typických závad v přístupných oblastech, záměrem při rozmístění zkušebních míst bylo rovněž přímo porovnat jednotlivé zkušební metody a jejich zjištění.
Zpřístupnění konstrukce bylo zajištěno v rámci provádění průzkumu pomocí potápěčů, horolezeckou technikou, apod..
Poskytnutá původní projektová dokumentace a podklady z doby stavby (např. stavební deník) byla dostatečná pro provedení průzkumu i pro návrh rekonstrukce.
Zpracování odebraných vzorků bylo provedeno v laboratořích firmy Betonconsult, (doc. Dohnálek) a na Přírodovědecké fakultě UK (prof. Pertold). Předními odborníky těchto pracovišť pak byly i výsledky laboratorních zkoušek interpretovány. Výsledky průzkumu a návrhy opatření pak byly s těmito odborníky konzultovány.
POPIS DÍLA
Vodní dílo bylo realizováno fi rmou ing. B. Hlava - ing. J. Domanský v letech 1930 - 1936 na základě projektu autorů: Kamil Roškot (architekt), Stanislav Bechyně (návrh železobetonových konstrukcí) a Karel Domanský. Vzdouvacím objektem vodního díla je jez se čtyřmi přelivnými poli, oddělenými gravitačními pilíři šířky 4,20 m. Světlá šířka polí je 4 x 20 m, celková délka jezové stavby je 96,80 m. Vodní elektrárna se dvěma nízkotlakými Kaplanovými turbinami je umístěná v samostatné budově u pravého břehu, která osově navazuje na stavbu jezu. Vtoky do turbin jsou chráněné hrubými česlemi a strojně stíranými jemnými česlemi. Každý vtok je zvlášť hrazený tabulovým rychlouzávěrem.
Provizorní hrazení vtoků je hradidly, osazovanými do drážek jeřábem. Savky turbin jsou proti dolní vodě provizorně hrazeny tabulemi, osazovanými jeřábkem z plošiny nad výtoky.
ANALÝZA PŘÍTOMNOSTI REAKCE ASR
Kromě klasických poruch vybraných konstrukcí jako jsou nedostatečná odolnost betonu vůči mrazu, degradace betonu a koroze výztuže vlivem průsaků či nedostatečné tloušťky krycí vrstvy, poruchy vzniklé špatným návrhem, provedením či nedostatečnou údržbou, jejichž analýza bývá běžnou součástí diagnostických průzkumů, byly zkoumány zejména poruchy, jejichž dominantní příčinou byly reakce ASR a přítomnost hlinitanového cementu v betonu.
Ilustrační foto – reakce ASR na lomových plochách vývrtů
Analýza vlivu reakce ASR na beton zkoumaných prvků byla zpracována ve spolupráci s Ústavem geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze, jmenovitě pak Prof. RNDr. Zdeňkem Pertoldem, CSc.
V rámci dané části průzkumu byly řešeny následující problémy:
a) zda části betonové konstrukce situované nad a pod vodní hladinou mají stejné typy kameniva,
b) porovnání projevů ASR v různých vývrtech a v jednotlivých částech vývrtů,
c) chemismus alkalických silika-gelů s ohledem na poměr CaO/ Na2O+ K2O a dále na obsah SiO2,
d) dilatace upravených těles z odebraných vývrtů v mlžné komoře s ohledem na případný potenciál další expanze v důsledku ASR. (tato část průzkumu byla řešena ve spolupráci s laboratoří ŘSD ČR, jmenovitě pak s ing. Janem Hromádkem).
e) Jako doplňující problém byla dodatečně řešena i zjištěná přítomnost ettringitu v betonu.
Vývrty byly fotografi cky zdokumentovány. Nejdelší zachovaná část vývrtů byla kolmými řezy zarovnána a po stranách oříznuta tak, aby vznikl trámeček s dvěma paralelními rovnými plochami, který byl později použit k měření expanze v mlžné komoře. Trámečky byly makroskopicky pozorovány a popsány s ohledem na kamenivo a trhliny v betonu. Z krajových odřezků každého vrtného jádra byly zhotoveny tři výbrusy pro mikroskopii.
Tyto výbrusy byly nejprve digitálně skenovány, zhotoveny jejich fotografie a dále předběžně pozorovány v optickém mikroskopu v neleštěném stavu, aby nebyly případně vydroleny gely při jejich leštění.
Výbrusy byly pokoveny a pozorovány v elektronovém mikroskopu s přídavným zařízením EDAX, v kterém bylo zejména pátráno po přítomnosti alkalicko silikátových gelů a ettringitu a analyzovány, na základě bodového chemického složení, některé horninové minerály, gely a ettringit.
Po této fázi výzkumu byly výbrusy naleštěny, opět opticky mikroskopovány (nyní vzhledem k naleštění již podrobněji), opět pokoveny a některé z nich opět analyzovány v elektronovém mikroskopu se zařízením EDAX.
Ilustrační foto – gel ASR v trhlině pronikající úlomkem droby
Paralelně s těmito pracemi byla zajišťována možnost měření expanze betonu v mlžné komoře. Po úpravě čel betonových trámečků bylo přistoupeno k jejich měření. Nejprve v suchém stavu, potom nasycených vodou za laboratorní konstantní teploty a dále již v týdenních intervalech po jejich přechovávání v mlžné komoře za 40 °C a 98% vlhkosti.
Projevy degradace betonu, alkalicko křemičité gely, ettringit, trhliny a kalcitem bohaté lemy byly v odebraných vzorcích jednoznačně identifi kovány. Převládajícími projevy degradace betonu je přítomnost ettringitu a trhlin. Přítomnost alkalicko křemičitých gelů je jen podružná.
Ettringit vznikl jako druhotný, během tzv. DEF (delayed ettringit formation). Síra nutná k jeho vzniku pochází velice pravděpodobně ze sulfátů obsažených již původně v betonové směsi. Je víceméně jisté, že ettringitu předcházela poměrně výrazná reakce ASR se vznikem alkalicko křemičitých gelů, které jsou již v současnosti zčásti vyluhovány a karbonatizovány. Tím lze vysvětlit neúměrnou přítomnost trhlin ve zkoumaných vzorcích.
ANALÝZA PŘÍTOMNOSTI HLINITANOVÉHO CEMENTU
Na základě dodatečných informací o možné přítomnosti hlinitanového cementu v betonech použitých pro výstavbu VD Vrané nad Vltavou byly vzorky z odebraných jádrových vývrtů podrobeny chemickému rozboru za spolupráce zkušební laboratoře fy. Betonconsult pod vedením Doc. Ing. Jiřího Dohnálka, CSc.. Chemický rozbor se soustředil pouze na stanovení kysličníku vápenatého a kysličníku hlinitého, jejichž množství, resp. poměr je jednou z možností, jak rozlišit portlandský a hlinitanový cement.
Obecně se uvádí, že obsah kysličníku vápenatého (CaO) se v portlandském cementu pohybuje od 61 do 69 % a obsah kysličníku hlinitého od 8 do 4 %. Naopak u hlinitanového cementu se uvádí typický interval obsahu kysličníku vápenatého 25 až 23 %, naopak obsah kysličníku hlinitého 71 až 69 %.
Z výsledků provedených rozborů je zřejmé, že se zjištěné poměry u hodnocených vzorků blíží spíše poměru typickému pro hlinitanový cement.
Na základě provedeného chemického rozboru nelze tedy vyloučit, že ke zhotovení některých vybraných partií vodního díla Vrané, byl použit hlinitanový cement. Pravděpodobnost toho je zvýšena tím, že v některých konstrukčních prvcích jeho použití bylo prokázáno přímo ze stavebního deníku.
ZÁVĚR
Tento článek byl publikován také na XIX. mezinárodním sympoziu SANACE 2009.
Vodní stavby ovládáme (136x)
