Betonové vodonepropustné konstrukce

1. Úvod

Předmětem tohoto článku jsou betonové vodonepropustné konstrukce, jejichž vodotěsnost je dosažena bez použití povlakových (bariérových) hydroizolací. Hlavním představitelem tohoto druhu konstrukcí je tzv. bílá vana.

Bílá vana je betonová konstrukce, která kromě nosné funkce plní i funkci těsnící proti prostupu vody. V tomto smyslu bílá vana není zvláštním druhem stavby. Je to určité uspořádání spodní stavby, u něhož se využívá vodonepropustnost betonu.

Nosná konstrukce, která má vytvořit bílou vanu, musí z hlediska spolehlivosti splňovat požadavky kladené na únosnost, použitelnost a trvanlivost jako každá jiná konstrukce. Jenom jaksi navíc je třeba pro bílou vanu dořešit některé specifické detaily nosné konstrukce ve vztahu k vodotěsnosti. Kromě použití vodostavebního betonu musíme především posoudit vyztužení navržené konstrukce, abychom eliminovali vznik trhlin v této konstrukci a minimalizovali jejich šířku. Dále je třeba ověřit vliv vnějšího prostředí a navrhnout optimální systém těsnění pracovních a dilatačních spár, těsnění prostupů (obr.1 ve fotogalerii) a navrhnout způsob zpracování a ošetřování betonu.

2. Vodonepropustnost betonu

Beton ve fyzikálním smyslu není vodotěsný. Způsobují to různé diskontinuity, které vznikají nedokonalým zpracováním čerstvého betonu, odpařením přebytečné záměsové vody a v souvislosti s krystalizačními procesy. Ačkoliv tedy samotný beton nemůže být vodotěsný, může být prakticky vodonepropustný.
 
Technická vodotěsnost betonu se měří hloubkou průsaku vody do hmoty betonu kapilárním transportem. Tato viditelná hloubka průniku vody v kapalné fázi činí podle předního německého odborníka na bílé vany G. Lohmeyera i v případě trvale působící vody na správně zvolený a kvalitně zpracovaný beton nejvýše 70 mm. V návaznosti na tuto hloubku průniku vody kapilárním transportem probíhá dál do vnitřního prostoru bílé vany již jen transport vody v plynném skupenství tj. jako difúze vodní páry (obr.2 ve fotogalerii).

Aby vodní pára na vnitřním povrchu konstrukce nekondenzovala, je nutné ji od tohoto povrchu odvádět. Při běžném větrání je transportní kapacita vzduchu ve vnitřním prostoru bílé vany podstatně větší než přísun vody difuzí. Proto vnitřní povrch vany zůstává suchý.

3. Charakter vnějšího prostředí

Návrh bílé vany může ovlivnit charakter vnějšího prostředí a proto je nutné vliv některých  faktorů zkontrolovat. Jedná se zejména o agresivitu vnějšího zvodnělého prostředí na beton a o vliv radonu a bludných proudů na konstrukci. Tyto faktory však nejsou již charakteristické jen pro bílou vanu, ale jsou důležité i u jinak koncipovaných forem založení betonových staveb.

4. Vodonepropustnost objektu z vodostavebního betonu – bílé vany

4.1 Minimální tloušťky betonových stěn

Minimální tloušťka stěn bílé vany se v praxi odvozuje z technické vodotěsnosti betonu. Vychází přitom ze zmíněné hloubky kapilárního transportu vody v kapalné fázi do hloubky nejvýše 70 mm. Od vzdušného líce bílé vany naopak probíhá směrem do vnějšího prostředí vysýchání betonu, které dosáhne obvykle až do hloubky 80 mm. Zásadně by proto měla stačit minimální tloušťka stěny 150 mm, ale s ohledem na případné rušivé vlivy výrobního charakteru doporučuje Rakouská směrnice minimální tloušťku stěny 250-300 mm vodotěsného betonu, pro specifikované exponovanější podmínky i tloušťky větší.

4.2 Jmenovitá pevnost betonu

Pro vodonepropustné konstrukce je třeba volit betony s minimální pevností B25 podle ČSN 73 2400 nebo C 20/25 podle ČSN EN 206-1. Podle mých zkušeností je plně vyhovující beton se stupněm vodotěsnosti V8 podle již neplatné ČSN 73 1209 nebo s vodotěsností charakterizovanou hloubkou průsaku 60-80 mm podle metodiky ČSN EN 12 390-8.  Naprostá většina betonů výše uvedené pevnostní třídy současně vyhoví i požadavkům míře vodotěsnosti. Cena těchto konstrukčních betonů s definovanou pevností ale bez dalších požadavků je ve srovnání s betony stejných pevností a s požadavkem na vodotěsnost pro bílou vanu přibližně stejná.Vzhledem k vývoji vodotěsnosti betonu v čase doporučuji ji hodnotit po 90 dnech a to zejména u betonů z cementu CEM II. Speciální těsnící přísady nebo příměsi do betonů jsou zbytečné používat.

4.3 Trhliny v betonu

Významný vliv na funkci bílé vany mají trhliny v betonové konstrukci, které nepříznivě ovlivňují její vodotěsnost. Pokud v konstrukci vznikne trhlina, která prostupuje celým průřezem konstrukce, je voda transportována v kapalné formě až k druhému povrchu betonu. Prosakování vody trhlinou je závislé na šířce trhliny a hydraulickém spádu vody.

Velikost trhlin především ovlivňuje stupeň vyztužení, systém vyztužení konstrukce, způsob provádění a způsob ošetřování betonové konstrukce po uložení betonu. K tvorbě trhlin může dojít nedostatky v procesu výstavby bílé vany a to jednak v čerstvém betonu a ve ztvrdlém betonu.

Na nebedněném povrchu tuhnoucího betonu mohou vznikat velmi krátce po zpracování čerstvého betonu trhliny od plastického smršťování, plastického sedání, sklonu povrchu a od jeho vyhlazování. Původem vzniku tyto trhliny na sobě nezávisí, ale výrazně se navzájem ovlivňují. Jejich existence potom následně ovlivňuje vznik a polohu trhlin ve ztvrdlém betonu. Rozvoj těchto trhlin je ovlivněn složením čerstvého betonu, technologií výroby čerstvého betonu, jeho ukládáním, zpracováním a ošetřováním.

Ve ztvrdlém betonu mohou vznikat trhliny vlivem objemových změn v betonu. Objemové změny jsou vyvolány především smršťováním a dotvarováním betonu a vlivem teploty. Jejich rozvoj  se dá na základě početních řešení dosti úspěšně předvídat a jejich vznik  a šířku eliminovat stupněm a systémem vyztužení, správnou volbou dilatačních celků, vhodným postupem výstavby, provedením kluzné vrstvy pod konstrukcí a tím umožnění reologického posunu konstrukce.
Při návrhu konstrukce bílé vany je velice důležité vyztužení konstrukce s ohledem na maximální šířku trhlin v konstrukci. Při návrhu konstrukce bílé vany je velice důležité posoudit vyztužení konstrukce prostřednictvím tzv. výpočtové šířky trhlin. To znamená zkontrolovat na výskyt statisticky limitované maximální šířky trhlin v hotové konstrukci. A zde záleží na přístupu a znalosti projektanta. Bude-li konstrukci posuzovat podle ČSN 73 1201 nebo DIN 1045, které neberou v úvahu požadavky na kvalitu vnitřního prostředí a posuzují ji jako hydrotechnickou stavbu, dojde k výpočtové šířce trhlin blíží se hodnotě 0,15 až 0,10 mm. Naproti tomu Rakouská směrnice pro bílé vany se způsobem využívání vnitřních prostor uvažuje a při návrhu bílé vany stejné konstrukce je podle této směrnice šířka trhlin omezena většinou hodnotou 0,20 až 0,25 mm. Přitom podle propočtů přechod od šířky trhlin 0,20 mm na šířku 0,10 mm představuje při stejném charakteru vyztužení zvýšení spotřeby armovací oceli o 30 až 40 %. U běžné administrativní budovy s podzemními garážemi se tak jedná až o několik milionů Kč navíc – jen volbou výpočtové šířky trhlin.

4.4 Pracovní a dilatační spáry

Těsnění pracovních spár je v koncepci bílé vany integrální součástí betonáží a nepředstavuje zvláštní technologie, které vyžadují předávání staveniště jako např. při instalaci fóliových hydroizolací, natavovacích živičných pásů nebo hydroizolačních stěrek. To je další nezanedbatelná výhoda bílé vany.

Základem těsnosti pracovní spáry je její čistota. Plocha pracovní spáry by měla být před betonáží dalšího pracovního postupu zbavena vyplaveného a usazeného cementového mléka a zdrsněna. Do pracovní spáry pak vkládáme různé těsnící prvky, které napomáhají pracovní spáru utěsnit.

Podle způsobu jakým tyto prvky vodotěsnost zajišťují můžeme udělat jejich základní rozdělení na  pasivní a aktivní. Mezi pasivní prvky patří například plechy a PVC pásy. Tyto prvky se do pracovní spáry zabudovávají již před prováděním prvního pracovního záběru. V pracovní spáře vytvářejí pasivní bariéru, která zabrání průniku vody dál do konstrukce. Podmínkou je dokonalé přibetonování konstrukce v okolí tohoto těsnícího prvku. Bentonitové profily a expanzní profily z hydrofilních polymerů se řadí mezi prvky aktivní. Do pracovní spáry jsou instalovány před betonáží navazující konstrukce. Při styku s vodou se rozpínají a aktivně pracovní spáru dotěsňují.

Dilatace pro bílou vanu se nijak neliší od běžně používaných dilatací železobetonových konstrukcí. Do dilatačních spár nejvíce používáme pásy z měkčeného PVC s podélnou komůrkou, která umožňuje pohyb v této spáře.

5. Poruchy bílé vany

Četnost výskytu poruch vodotěsnosti správně navržené bílé vany je všeobecně nízká. Relativně nejčetnější poruchy jsou netěsnosti pracovních spár a trhliny v železobetonových deskách a stěnách. Oproti konstrukcím s povlakovou izolací jsou místa poruch velmi dobře lokalizovatelná. Při sanaci poruchy tak dotěsňujeme místo skutečného průsaku.

6. Závěr

Bílé vany představují technicky správné a ekonomicky výhodné řešení spodních staveb. Pro zajištění jejich spolehlivosti je důležitý správný návrh, který je zároveň podmínkou jejich uplatnění na trhu stavebních prací.

Beton použitý pro bílou vanu nevyžaduje speciální těsnicí přísady. Jeho cena se obvykle pohybuje v úrovni běžných konstrukčních betonů příslušné třídy. Nově zavedená ČSN EN 206-1 navíc umožňuje použít beton v převážné míře bez dodatečné ochrany. Pokud jde o náročnost a kvalitu provádění bílé vany, požadavky na provádění a technologickou kázeň nevybočují z obvyklého standardu.

U správně navržené bílé vany je celkový přísun vlhkosti z vnějšího prostředí do vnitřního prostoru bílé vany tak malý, že pro její odvedení vyhoví i velmi nízká výměna vzduchu, která je zpravidla hluboko pod provozním hygienickým minimem. Počáteční potíže s vlhkostí, hlavně u nátěrů podlah, jsou způsobeny přebytečnou záměsovou vodou. Projevují se stejně u bílé vany jako u každé jiné betonové konstrukce.