Měření vlhkosti betonu na mostovkách

Anotace: Mezi základní požadavky pro povrch betonu před pokládkou izolace patří zejména jeho tahová pevnost, vlhkost a makrotextura povrchu. Pro tahové pevnosti je přímo předepsána četnost zkoušek, pro makrotexturu a vlhkost ne. Makrotextura je po brokování viditelná pouhým okem a zkušení dělníci ji měřit nepotřebují, proto se měří pouze v případě pochybností či na vyžádání investora. Měření vlhkosti se provádí gravimetricky, ale v malé četnosti což ne vždy dává ucelený pohled na vlhkostní poměry v konstrukci. Příspěvek se zabývá možnostmi nedestruktivního měření vlhkosti na mostovkách.

1. Úvod
Na zajištění funkčnosti, trvanlivosti a spolehlivosti izolačního souvrství na mostovkách se podílí řada faktorů
- pevnost betonu v tahu a tlaku,
- makrotextura povrchu
- V případě provzdušněných betonů též množství otevřených dutinek či kaverniček na které jsme nebyli zvyklí u betonů neprovzdušněných
- Vlhkost povrchu (do 20 mm)
Zatímco měření pevnosti v tahu i tlaku je sledováno s předepsanou četností, makrotextura a vlhkost je brána celkem okrajově. Makrotextura je viditelná pouhým okem a zkušený izolatér v podstatě toto měření nepotřebuje. Skryté kaverničky se objeví někdy při nanášení kotevně adhezního nátěru a v horším případě až se zvedá izolace. Vlhkost je zpravidla měřena gravimetricky. Problémový zde bývá výběr místa, zpravidla se požaduje odříznutí vzorku někde v okraji a to jednoho, max. dvou vzorků. Tento způsob výběru a četnosti nedává dostatečný přehled o vlhkostních podmínkách v konstrukci.
Protože nám byly firmou AWAL zapůjčeny k testování některé přístroje pro měření vlhkosti a některé vlastníme sami, provedli jsme porovnání a hodnocení nám v této chvíli dostupných přístrojů.

2. Přehled metod pro zjištění vlhkostí betonu

A. Metody destruktivní
Společným znakem destruktivních metod je, jak již sám název napovídá, nutnost mechanickým způsobem poškodit povrch. Měření vlhkosti se provádí na vzorku materiálu odebraném z konstrukce.
Takový destruktivní proces je jednak časově i finančně náročnější, jednak riskantní pro destruovaný povrch. A je samozřejmě nepříjemné, pokud takovouto destruktivní zkoušku musíme provádět opakovaně, dokud se nepodaří dosáhnout požadované vlhkosti. Za další nevýhodu lze označit nereprodukovatelnost měření, protože nelze opakovat měření na stejném místě.

Gravimetrická metoda
Gravimetrickou metodu lze označit za nejznámější. Jedná se o metodu normovou [2]. V souladu s normou [2] ji lze nahradit jinou metodou, avšak pouze tehdy, pokud je prokázáno, že vede ke stejným výsledkům jako metoda podle ČSN EN ISO 12570 [3] (stanovuje způsob provádění gravimetrické metody).
Vlhkost materiálů (obsah volné vody) se stanovuje vysušením odebraného vzorku z konstrukce do ustálené hmotnosti.
Běžně se navrhuje vysekávání kusu betonu. Toto nedoporučujeme, protože při vysekávání odebereme relativně malý vzorek s proměnlivým množstvím hrubého kameniva a výsledná vlhkost pak může být velmi vzdálená vlhkosti betonu konstrukce. Odběr vzorku tedy doporučujeme provést dvěma rovnoběžnými řezy provedenými diamantovým kotoučem do hlouky 20 mm a vzdálené od sebe také cca 20 mm. Vzorek se ohraničí též kolmými řezy a celý se vysekne. Vzhledem k velikosti vzorku je odpar vlivem vyhřátí řezem zanedbatelný.
Beton se suší při teplotě 105±2°C do ustálené hmornosti. Vlhkost se pak vypočte z rozdílu hmotností před a po vysušení.

Karbidová metoda
V Evropě poměrně rozšířenou destruktivní metodou je karbidová metoda, kterou lze narozdíl od metody gravimetrické provádět in-situ přímo na stavbě. Hojně je používána v Německu, kde je i zakotvena v místních normách.
Nevýhodou je ovšem její horší přesnost a nutnost roztlouct dostatečně velký vzorek v moždíři. Metoda je použitelná na potěrových, či anhydritových podlahách, ale pro konstrukční beton třídy C 30/37 je vzhledem k nutnosti rozmělnění vzoru těžko použitelná. Protože buďto se odebere nereprezentativní vzorek, a nebo se dobře odebraný vzorek nerozmělní.

Obr. č.  1: CM přístroj (zdroj: http://www.dry-tools.de/)

Zkouška s vývrty
Tato metoda je poměrně rozšířena ve Velké Británii a v USA. Její výhodou je možnost provádění in-situ. Je popsána v americké normě ASTM F 2170, “Standard Test Method for Determining Relative Humidity in Concrete Floor Slabs Using in situ Probes“.
Touto metodou se měří vlhkost vzduchu v návrtu – 72 hod po navrtání. Měří však do větších hloubek a již časový rozměr tyto zkoušky pro použití na mostech vylučuje.

B. Metody nedestruktivní - povrchové

Hlavní výhodou nedestruktivních metod je, že se při jejich provádění obejdeme bez odběru vzorku a tedy bez mechanického poškození vrstvy konstrukce (betonové či jiné desky).
Při nedestruktivní zkoušce měříme určitou fyzikální veličinu, která se mění vlivem přítomnosti obsahu vlhkosti. Obvykle se jedná o elektrické vodivostní vlastnosti materiálu.

Kalcium-chloridová metoda
Kalcium-chloridová metoda se běžně používá v USA, kde je standardizována od 90.let 20. stol. předpisem ASTM F 1869. Měří se množství uvolněné vlhkosti z povrchu a její zachycení v chloridu vápenatém. Dlouhá doba testu a závislost na povětrnostních podmínkách ji z použití na mostech vylučuje.

Fóliová metoda
Podobně jako kalcium-chloridový test se provádí i další nedestruktivní zkouška – fóliová metoda (v originále „plastic sheet method“). Tato metoda je dokonce popsána v americkém předpisu ASTM D 4263.
Jedná se o metodu poměrně primitivní a značně orientační. Při této zkoušce se výsek podlahy o ploše 450 mm x 450 mm překryje čistou plastovou fólií, která se po všech 4 stranách těsně připevní k podkladu.
Vyhodnocení zkoušky se provede po 16 hodinách. Pokud je po této době na spodním povrchu fólie patrná kondenzace, nebo pokud povrch betonu ztmavnul, beton pravděpodobně není připraven na pokládku izolace.

British Standard Test (Britská normová zkouška)
Jedná se nejrozšířejnější kontrolní metodu pro měření vlhkosti betonových podkladů ve Velké Británii. Zkouška je založena na principu zjišťování relativní vlhkosti, při které je na povrch přiložena nepropustná „krabice“ (hygrohood) na dobu min. 72h a měří se opět vlhkost vzduchu. Zkouška svým postupem připomíná kalcium-chloridový test. Je vhodná pro podlahy, ale na mostech v podstatě nevyužitelná.

Metoda cigaretového papírku
Je u nás nejznámější orientační metodou – je velmi rychlá a v případě nutnosti rychlého rozhodnutí bez možnosti měřit jinak i vhodná – řadíme ji k nouzovým metodám. Na most se položí cigaretový papírek, překryje igelitovou fólií a pokud do hodiny nezvlhne nehrozí velké nebezpečí.

Metoda termografická
Další nedestruktivní metodou, kterou lze využít pro orientační zjišťování vlhkostního stavu konstrukcí, je metoda termografická. Termografická metoda je založena na principu zviditelnění energie, kterou tělesa vyzařují formou elektromagnetických vln, jejichž frekvence a vlnová délka se liší v závislosti na teplotě tělesa. 

C. Metody nedestruktivní – zasahující do požadovaných 2 cm hloubky

Zapichovací vlhkoměry
Zapichovací odporové vlhkoměry jsou hojně rozšířenou kontrolní metodou. Důvodem, proč tomu tak je, bude zřejmě dostupnost příslušných zařízení a jednoduchost metody. Tyto zapichovací přístroje však nejsou pro účely zjišťování vlhkosti podlahového potěru vůbec vhodné. Hrotové vlhkoměry jsou totiž určeny primárně pro dřevo, do kterého lze hroty zabodnout. Jedná se o odporové přístroje.
Zkoušeli jsme provést návrty tenkými vidiovými vrtáky do hloubky 20 mm a měření se provádělo měděnými štětečkovými hroty ale výsledky byly u betonu natolik žalostné, že jsme tuto metodu z ověřovaných vyloučili.

Příložné vlhkoměry
Z hlediska použití na mostech jsou příložné vlhkoměry jedinou rozumně využitelnou metodou. Měření těmito přístroji je založeno na kapacitním a impedančním měření (Tramex) či na dielektrickém měření (Merlin). Na spodní straně přístroje jsou umístěny dvě elektrody – přijímací a vysílací, mezi kterými dochází k přenosu signálu.
Přístroj stačí pouze přitisknout k podkladu a na digitálním displeji nebo analogovém číselníku, kterým je přístroj vybaven, se okamžitě zobrazují naměřené hodnoty.
 
  
Obr. č.  2: Příložný impedanční vlhkoměr        Obr. č.  3: Příložný impedanční vlhkoměr  (zdroj: Tramex)

Výhodou těchto přístrojů je, že signál proniká do hloubky několika centimetrů (u betonu obvykle cca 20-30 mm; záleží samozřejmě na typu přístroje a objemové hmotnosti materiálu). Jejich použitím jsme tudíž schopni zjistit vlhkost uvnitř posuzované vrstvy, nejen na jejím povrchu, aniž bychom museli mechanicky poškozovat povrch kvůli odběru vzorku.

3. Měření a porovnání metod

Metodika zkoušek
Pro měření byl ve všech případech použit beton třídy C 30/37 XF4 (shodná receptura pro SVP XF2), který je u staveb ŘSD používán pro stavbu nosných konstrukcí a je tedy betonem na který je aplikována izolace. Beton byl z různých betonárek – tedy různých cementů a kameniv. Přísady v betonu byly sice od různých dodavatelů, ale všechny na stejné bázi. Dávkování složek nám není známo, ale vzhledem ke stejné třídě betonu se významně nelišilo.
Měřená plocha byla vždy hladká plocha z formy. Pokud nebyl poškozen povrch betonu, byl ještě změřen nerovný povrch uhlazený pouze zednickým hladítkem. Výběr vzorků byl z hlediska doby uložení v laboratoři volen tak, aby byla obsažena celá sledovaná oblast 4 – 6% vlhkosti.
Pro zjištění vlivu kvality povrchu byly některé vzorky ještě obroušeny diamantovým kotoučem a povrch byl doleštěn ručním broušením brouskem ze Schmidtova tvrdoměru.
Nejprve byla změřena vlhkost nedestruktivně všemi dostupnými přístroji a pak byl vyříznut vzorek rozměrů 20 x 20 x 100 mm pro stanovení vlhkosti gravimetricky.

Pro měření byly použity vlhkoměry pouze takové, které měří do hloubky 2 – 2,5 cm:
- Tramex digitální přístroj
- Tramex analogový
- Merlin HM8-BF 30 s nastavenou objemovou hmotností 2400 kg/m3
Protože bylo zjištěno, že s přístrojem Merlin jso stabilně naměřeny nižší hodnoty, než u obou předchozích přístrojů, bylo několik posledních vzorků ještě změřeno při nastavené objemové hmotnosti 2000 kg/m3. Výsledky vlhkosti pak korelovaly s přístroji Tramex. V tabulce i grafu byly chybějící hodnoty dopočteny a jsou zde uvedeny pouze kurzívou v grafech pak přerušovanou čárou.

Obr. 4 Použité přístroje

Výsledky měření

Výsledky měření uvádím v naměřených hodnotách tabelárně a pro přehlednost též graficky. V první tabulce uvádím naměřené hodnoty na hladkém povrchu. Barevně jsou zvýrazněné povrchy, které byly buď řezané diamantovou pilou bez úprav, nebo povrchy broušené diamantovým brusem a doleštěné ručním broušením. Z výsledků je patrné, že zde není podstatný rozdíl mezi ideálně hladkým povrchem z formy a pečlivě obroušeným povrchem.

Tab. 1 Naměřené hodnoty vlhkostí betonu v (%) do hloubky 2 cm na hladkém povrchu

Na hrubším povrchu bylo změřeno pouze 10 hodnot. Povrch nebyl definován makrotexturou a proto tato měření uvádíme spíš jen jako orientaci v problému. Výsledky jsou v následující tabulce a grafu.

Tab. 2 Naměřené hodnoty vlhkostí betonu v (%) do hloubky 2 cm na různě hrubém povrchu

4. Diskuse výsledků a závěr
Závěry a měření platí pouze pro provzdušněný beton C 30/37 XF2-4.

1. Měřením byla prokázána velmi dobrá shodnost výsledků u přístrojů Tramex, ale pouze za předpokladu zcela hladkého povrchu tak, že elektrody celou plochou dosednou na beton. U přístroje Merlin je byly naměřené hodnoty nižší než u gravimetrické metody při nastavené objemové hmotnosti 2400 kg/m3, dobré shodnosti je dosaženo až při nastavení objemové hmotnosti na 2000 kg/m3.
2. Na hrubém povrchu jsou celkově hodnoty nižší, při čemž posun k nižším hodnotám je dán nerovností povrchu a výrazně závisí na makrotextuře. U Přístrojů Tramex na brokovaném povrchu (námi nebyl měřen) očekáváme pokles naměřených hodnot proti gravimetrické metodě o 2 %, u přístroje Merlin je pokles vyšší a i pro odhad vlhkosti nelze použít.
3. Rozptyl jednotlivých výsledků mezi gravimetrickou metodou a nedestruktivní metodou dosahuje až 2%. Je to způsobeno rozdílnou metodikou měření. Gravimetricky stanovujeme celkový obsah vody, nedestruktivně pak stanovujeme nasycenost kapilár vodou. Rozptyl pak může způsobit zejména obsah hrubého kameniva v betonu. Při vysokém obsahu hrubého kameniva v betonu kdy naměříme gravimetricky nízkou vlhkost i při velké vlhkosti cementového tmele naměříme nedestruktivně vlhkost vysokou a naopak. Rozhodnutí, že zkoušky budeme dělat pouze na betonu mostovek, se tak ukázalo jako správné. Předpokládáme, že u potěrů bude gravimetricky naměřená vlhkost vždy vyšší než nedestruktivně stanovená – to koreluje se zjištěními podlahářských firem při měření vlhkosti potěrů.

Závěrem je možno měření použitými přístroji na mostovkách doporučit při dodržení základního požadavku kvalitně vybroušeného povrchu. Je otázkou a používání na mostech to ukáže, zda se nakonec nedestruktivní měření neprokáže jako výhodnější pro izolace než gravimetrická metoda – zde je totiž důležitější nasycenost či nenasycenost kapilár v betonu než celkový obsah vody.

4. Zdroje informací

[1] www.tramex.ie: článek „Moisture testing of concrete sub floors“
[2] ČSN 74 4505 – Podlahy - Společná ustanovení, 7.2008
[3] ČSN EN ISO 12570 – Tepelně vlhkostní chování stavebních materiálů a výrobků -  Stanovení vlhkosti sušením při zvýšené teplotě, 9.2001
[4] Ing. Jan Plaček: článek „Co měříme? Vlhkost podkladu!“, www.propodlahy.cz, 2001
[5] Ing. Tibor Pásztor: článek „Príspevok do problematiky merania vlhkosti na základe  novelizácie Normy ČSN 74 4505:2008“, Nitra 2010
[6] Don J. Schnell: článek „Measuring and removing moisture in concrete“,  www.itwresintech.com, 2001
[7] Tom Klemens: článek „How to moisture test concrete floors“,  www.concreteconstruction.net, 2006
[8] Ing. Lenka Široká: článek „Metody zjišťování vlhkosti pro sanace zdiva“, vydáno  v JUNIORSTAV 2008

Tento článek byl prezentován na 22.ročníku konference Hydroizolace a vozovky na mostech 2011