Jak i czym usuwać wykwity wapienne?

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.

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

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.

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.

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.