Na rynku dostępnych jest coraz więcej środków chemicznych do usuwania wykwitów na wyrobach betonowych.
Problem białych nalotów na świeżych wyrobach betonowych, najczęściej wytwarzanych w technologii wibroprasowania, znany jest od dawna. Odpowiednio ukierunkowana technologia betonu potrafi do minimum ograniczyć poziom ich występowania, lecz minimum nie oznacza zera. Klienci rozczarowani ewentualnym efektem końcowym, tj. białymi nalotami na ułożonej nawierzchni z betonowego bruku, po uzyskaniu od producenta informacji, zgodnie z aktualnymi zharmonizowanymi normami, że to naturalne zachowanie betonu „nie podlega reklamacji”, zaopatrują się w środki, które zgodnie z reklamą całkowicie usuwają wykwity wapienne.
Ich działania zrozumie każdy, kto zaliczył podstawowy kurs chemii. Wykwity wapienny to zasady o wysokim odczynie pH w granicach 13-14. Aby je usunąć, poprzez neutralizację, należy zastosować substancję o skrajnie niskim pH w granicach 1-3, tj. kwas, tak aby wyjściowo uzyskać powierzchnię betonową bez białych nalotów o odczynie pH od 6 do 8. Można więc stwierdzić, że oferowane środki to roztwory kwasów, które w zależności od ich rodzaju, stopnia stężenia, ilości dozowania oraz czasu dozowania, mogą: nie zadziałać, skutecznie usunąć wykwity wapienne lub w skrajnych sytuacjach zniszczyć strukturę betonu (fot. 1). A wszystko to na wyłączną odpowiedzialność końcowych użytkowników.
Fot. 1. Wykwity wapienne usuwane z kostki brukowej – widoczna różnica w sile reagowania dwóch środków
Fot. 2. Wykwity wapienne – efekt stosowania trzech środków o różnej mocy na jednej kostce
Zapisy normowe
Normatywy z rodziny prefabrykatów betonowej galanterii drogowej [1, 2, 3] w punkcie 5.4.1. „Wygląd” podają, że ewentualne wykwity wapienne nie mają szkodliwego wpływu na właściwości użytkowe betonowych (…) (prefabrykatów) (…) brukowych i nie są uważane za istotne. Z punktu widzenia technologii betonu stwierdzenie to jest oczywiste, jednakże dla inwestora nie zawsze zrozumiałe. Przyczynek powstawania wykwitów, ich budowę oraz konsekwencje pojawienia się na wyrobach betonowych szeroko opisano i zobrazowano między innymi w [4, 5]. W niniejszym artykule podjęto próbę oceny bezpieczeństwa aplikacji dostępnych na rynku środków do usuwania wykwitów zarówno dla ludzi, jak i przyszłej eksploatacji betonowych bruków.
>>> Wykwity na murach ceglanych
>>> Zasolenie przegród budowlanych – metody redukcji zasolenia
>>> Hydrofobizacja sposobem na ochronę elewacji
>>> Polecamy: Produkty budowlane
Skład chemiczny środków do usuwania wykwitów
Dział badań i rozwoju jednego z polskich producentów podjął się próby oceny skuteczności dziesięciu środków dostępnych na krajowym rynku. W tabeli zestawiono je pod symbolicznymi nazwami A, B…, J, podając jednakże ich rzeczywiste składy chemiczne – główne reagenty, deklarowane przez producentów, oraz ich stężenie. Dodatkowo podano jedną z ważniejszych dla betonu cech dotyczących obciążenia chemicznego, a mianowicie jego odczyn pH. Ze względu na cząstkowe informacje producentów na temat ilości, jakości oraz stężenia tzw. środków pomocniczych danych nie zamieszczono.
O mocy działania części analizowanych środków mogą służyć przykładowe informacje zawarte w kilku kartach technicznych, a mianowicie:
– działanie na układ oddechowy: może działać drażniąco,
– działanie na układ pokarmowy: ostra toksyczność,
– działanie na skórę: ostra toksyczność,
– działanie na oczy: ryzyko uszkodzenia oczu.
Należy dodać, że przedstawione roztwory podczas aplikacji na powierzchnie betonowe wymagają zachowania szczególnych środków bezpieczeństwa.
Fot. 3. Wynik badania pH dla dwóch roztworów i wody papierkiem lakmusowym
Agresja chemiczna w stosunku do betonu
Aktualna od ubiegłego roku norma PN-EN 206-2014-4 Beton. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność wprowadziła tzw. klasy ekspozycji X, którym w przypadku obciążenia chemicznego przypisano indeks A. Wśród tej klasy dodatkowo wyróżniono trzy podklasy, a mianowicie:
– XA1 – środowisko chemicznie mało agresywne,
– XA2 – środowisko chemicznie średnio agresywne,
– XA3 – środowisko chemicznie silnie agresywne.
Dla ułatwienia procesu projektowania betonu w tab. 2 normy [6] autorzy zapisali brzegowe stężenia związków chemicznych mogących negatywnie wpływać na trwałość spoiw cementowych. Podano również graniczne zakresy wartości odczynu pH dla wszystkich podklas. Dla klasy ekspozycji XA3 minimalną wartość pH określono jako 4,0, co oznacza, że jest to skrajne obciążenie chemiczne, jakie beton strukturalnie jest w stanie „przenieść” pod warunkiem zastosowania cementu siarczanoodpornego HSR – najczęściej CEM III. W przypadku normalnych warunków eksploatacji, tj. XA1, przy zastosowaniu cementów CEM I oraz CEM II (bez indeksu HSR) minimalna dopuszczalna wartość pH wynosi 5,5.
Tab. Zestawienie środków do usuwania wykwitów
Nr |
Środek |
Główny reagent |
Stężenie [%] |
Odczyn pH |
1 |
A |
Kwas solny |
5-15 |
< 1 |
2 |
B |
Kwas azotowy |
< 10 |
< 5 |
3 |
C |
Kwas fosforowy |
10-25 |
< 1 |
4 |
D |
Kwas fosforowy |
< 20 |
< 2 |
5 |
E |
Kwas fosforowy |
5-15 |
1 |
6 |
F |
Kwas fosforowy |
< 10 |
< 2 |
7 |
G |
Kwas fosforowy |
< 5 |
< 2 |
8 |
H |
Kwas mrówkowy |
b.d. |
b.d. |
9 |
I |
Kwas amidosulfonowy |
2,5-10 |
3,6 |
10 |
J |
Kwas organiczny |
b.d. |
1,13 |
Wartości pH środków
Porównując zamieszczone w tabeli odczyny substancji chemicznych i dopuszczalne wartości pH wg [6] dla betonu, można stwierdzić, że usuwanie wykwitów polega na kontrolowanej agresji chemicznej na powierzchni betonu. Należy jednakże zauważyć, że zmiana pH nie odbywa się liniowo, lecz logarytmicznie, w stosunku do stężenia jonów odpowiedzialnych za kwasowość roztworu [H3O+], wg wzoru: pH = – log10 [H3O+]. Przykładowa wartość pH = 4 wyliczana jest ze wzoru pH = – log(10-4), co oznacza różnicę jednego rzędu stężenia molowego jonów H3O+ między wartościami pH zmieniającymi się o 1,0 (przy założeniu wartości współczynnika aktywności o wartości 1,0) [7].
Mając to na uwadze, podczas analizy składów chemicznych środków do usuwania wykwitów, zamieszczonych w tabeli, można stwierdzić, że roztwory związków chemicznych o odczynie pH zbliżonym do 1,0 mają ok. 10 razy większe stężenie jonów H3O+ od substancji o pH równym 2 i dalej ok. 100 razy większe od substancji o pH = 3,0 oraz ok. 1000 razy większe od substancji o odczynie pH = 4,0, granicznie dopuszczalnym przez [6]. Powoduje to znaczne przyspieszenie reakcji na powierzchni betonu dla roztworów o niższym pH, co zwiększa prawdopodobieństwo szybszego i większego uszkodzenia jego powierzchniowej struktury. Wyniki oszacowania wartości dwóch przykładowych roztworów do usuwania wykwitów (z tabeli 1 : 1 – B, 3 – E) oraz wody (2) przedstawiono na fot. 3.
Fot. 4. Wygląd powierzchni czarnej kostki: a) po zastosowaniu środka B z katalogu; b) wygląd struktury betonu powierzchni kostki pod powiększeniem 10 x; c) wygląd powierzchni kostki świadka
Aplikacja środków chemicznych usuwających wykwity wapienne
Niezwykle ważna, bo wpływająca na efekt końcowy prac oczyszczających, jest ilość nałożonego środka chemicznego oraz czas jego aplikacji. Nakładanie tak agresywnych substancji pędzlem nie gwarantuje równomierności powłoki i tym samym jednolitości oczyszczenia całej powierzchni. Pokrywanie zbyt dużych przestrzeni dodatkowo może doprowadzić do nadmiernego „spalenia” powierzchni betonu, w miejscu gdzie prace rozpoczęto. Analizując wytyczne producentów, dotyczące stosowania omawianych substancji, można stwierdzić, że w części dokumentów (karty techniczne) nie zawarto jakichkolwiek informacji na temat konieczności spłukania powierzchni bruków wodą po aplikacji środków chemicznych w celu usunięcia nieprzereagowanych pozostałości roztworów. Omawiane zabiegi dotyczą w zasadzie nieodwracalnych reakcji chemicznych, tak więc przedozowanie bądź opóźnione neutralizowanie, przez spłukiwanie wodą, może doprowadzić do zniszczenia betonowych nawierzchni i konieczności ich wymiany w przyszłości. Wobec powyższego najbardziej efektywną zarówno pod względem prędkości, jak i jakości aplikacji środków wydaje się metoda powierzchniowego natrysku, gwarantująca równomierność dozowania w możliwie najkrótszym czasie.
Fot. 5. Wygląd powierzchni czerwonych kostek po katalogowym zastosowaniu środka E
Badania laboratoryjne
Chcąc przeanalizować skuteczność działania kilku roztworów z tabeli, w zakładowym laboratorium jednej z firm przeprowadzono pod koniec 2012 r próby usunięcia wykwitów wapiennych z powierzchni kilku losowych kostek o wieku betonu ponad 28 dni [8]. Przygotowano próbki trzech środków oznaczonych, zgodnie z tabelą, odpowiednio B, E, H. Roztwór B naniesiono, zgodnie z zleceniem producenta, na powierzchnię kostki brukowej (czarnej kostki typu Holland). Po jej spłukaniu wyrób poddano suszeniu. Uzyskany efekt stosowania środka przedstawia fot. 4a i 4b, a powierzchnię kostki świadka z tego samego cyklu produkcyjnego – fot. 4c.
Drugie badanie porównawcze na bazie środka E przeprowadzono na powierzchni dwóch czerwonych kostek typu Holland i Behaton. Jak powyżej, po jego spłukaniu wyroby poddano suszeniu. Uzyskany efekt usuwania wykwitów przedstawia fot. 5, obrazująca stan odpowiednio przed (kostka Behaton z prawej) i po badaniu (kostka Holland z lewej).
W trzecim i ostatnim badaniu porównawczym wykorzystano do aplikacji na powierzchni szarej kostki typu Holland roztwór H. Analogicznie po jego spłukaniu kostkę poddano suszeniu. Uzyskany efekt stosowania, pokazujący odpowiednio stan przed i po badaniu, przedstawiają fot. 6a i 6b.
Fot. 7. Pomiar odczynu środka do usuwania wykwitów z deklarowaną wartością pH < 5
Jak usuwać wykwity wapienne. Podsumowanie
Porównując efekty stosowania trzech przykładowych środków do usuwania wykwitów, można stwierdzić, na podstawie zamieszczonych fotografii, że charakteryzują się one diametralnie różną mocą, a co z tego wynika – skutecznością. Wśród informacji zawartych w karcie technicznej środka do usuwania wykwitów, oznaczonego symbolicznie w tabeli jako B, producent podał wartość roztworu pH < 5. Jest to zgodne z prawdą, gdyż oszacowanie odczynu tego środka, wykonane miernikiem pH metrycznym (fot. 7), wykazało wartość pH… 1,02, co jak powyżej przedstawiono, oznacza możliwe 10 000 większe stężenie jonów H3O+ oraz dużo większą agresję od tej sugerowanej w dokumentach producenta. Nie jest to wartość delikatnie, lecz drastycznie (kilka razy mniejsza), od niej odbiegająca. Dokładniejsze i uczciwsze byłoby opisanie wartości odczynu jako 0 > pH > 2.
Analizując powyższe rozważania, bezpieczniejsze wydaje się stosowanie słabszych roztworów o mniejszych stężeniach, które pomimo większej liczby aplikacji gwarantują bezpieczeństwo stosowania – dla bruku i oczywiście człowieka. Na podstawie wieloletnich doświadczeń laboratoriów zajmujących się badaniem betonów można stwierdzić, że najczęściej stosowanym przez profesjonalistów środkiem do usuwania wykwitów jest 3-5-procentowy roztwór kwasu mrówkowego HCOOH. Jest to najprostszy kwas karboksylowy, będący substancją organiczną. Dodatkowo niezwykle ważny jest aspekt ekonomiczny. Jeden litr tej substancji o stężeniu 80% można kupić na rynku polskim za ok. 15 PLN, co przy sporządzeniu 4-procentowego roztworu pozwala uzyskać ok. 20 l gotowego środka o bezpiecznym dla kostki i ludzkiej skóry stężeniu. Zakładając dalej wydajność ok. 4 m2 z 1 l, pozwala to wyliczyć koszt surowca na poziomie do 20 PLN za 100 m2 oczyszczanej powierzchni, czyli 0,20 PLN doliczone do każdego metra kwadratowego wydanego na zagospodarowanie terenu. Przy obecnych cenach za materiał, podbudowę oraz robociznę oscyluje to w granicach do 0,002% (2 promili) całości inwestycji. W sytuacjach wyjątkowych, kiedy roztwór HCOOH o zalecanym stężeniu nie usunie całości wykwitów wapiennych, można zastosować kwas mrówkowy o wyższym stężeniu (np. 10%), jednak każdorazowo przed rozpoczęciem jego aplikacji należy wykonać próbę na najmniej reprezentacyjnym fragmencie powierzchni. Prace można kontynuować dopiero po sprawdzeniu na wyschniętym betonowym bruku (zwykle dzień później), czy zaczyn cementowy warstwy wierzchniej nie został nadmiernie usunięty.
Wszystkie prace powinny być prowadzone z zachowaniem przepisów BHP oraz wytycznych i zaleceń zawartych w kartach technicznych producentów, omawianych środków chemicznych.
dr inż. Grzegorz Śmiertka
Literatura
1. PN-EN 1338:2005+AC:2007 Betonowe kostki brukowe. Wymagania i metody badań.
2. PN-EN 1339:2005+AC:2007 Betonowe płyty brukowe. Wymagania i metody badań.
3. PN-EN 1340:2004+AC:2007 Krawężniki betonowe. Wymagania i metody badań.
4. M. Kurpińska, Korozja wibroprasowanych elementów betonowych, „Brukbiznes” nr 2/2012, s. 32-37.
5. A. Ignerowicz, Rola domieszek hydrofobowych w produkcji wyrobów wibroprasowanych, „Brukbiznes” nr 4/2012, s. 20-25.
6. PN-EN 206:2014-4 Beton. Wymagania właściwości, produkcja i zgodność.
7. A. Jabłoński i in. Obliczenia w chemii nieorganicznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2002.
8. Dział Badań i Rozwoju ZPB KaczmareK, Raport ze stosowania środków do usuwania wykwitów wapiennych na powierzchniach betonowych kostek brukowych, Rawicz, październik 2012.
Podziękowanie: Bardzo dziękuję p. Maciejowi Dziakowi za nieocenioną, specjalistyczną pomoc podczas redagowania niniejszego tekstu.