Stowarzyszenie Producentów Elementów Betonowych dla Kanalizacji

Wróć do listy publikacji

7.09.2011 – Przemysław Łapiński

Trwałość żelbetu

Mówimy, że konstrukcja powinna spełniać warunek trwałości w założonym okresie użytkowania. W chwili obecnej możemy projektować obiekty żelbetowe zgodnie z PN-B- 03264:2002 lub Eurokodem 2. Zgodnie z Eurokodem 2 wymaga się, aby okres ten był określany na etapie projektowania. Według PN-B-03264:2002 okres ten dla zwykłych obiektów budowlanych wynosi standartowo 50 lat.

W ubiegłym tysiącleciu problematyka trwałości betonu była lekceważona. Nie brano pod uwagę, że naprawa konstrukcji betonowych jest bardzo kosztowna i skomplikowana. Zdarza się często, że naprawa jest najzwyczajniej nieskuteczna lub też niemożliwa do przeprowadzenia ze względów konstrukcyjnych lub ekonomicznych.

Możemy wyróżnić trzy fazy wpływające na trwałość konstrukcji żelbetowych: 

• fazę projektowania
• fazę wykonawstwa
• fazę eksploatacji konstrukcji

1. Faza projektowania:

Aby zapewnić konstrukcjom betonowym właściwą trwałość należy przede wszystkim właściwie rozpoznać wszystkie czynniki mające wpływ na jej trwałość.

Grubość otulenia jest to odległość od zewnętrznej powierzchni zbrojenia (włączając w to pręty rozdzielcze i strzemiona) do najbliższej powierzchni betonu.

Przyjęta grubość otulenia powinna zapewniać bezpieczne przekazywanie sił przyczepności, ochronę stali przed korozją, ochronę przeciwpożarową oraz umożliwiać należyte ułożenie i zagęszczenie betonu. 

Grubość otuliny nie może być mniejsza niż: 

• średnica pręta Ø lub średnica zastępcza wiązki prętów Øn cmin ≥ Ø  lub  cmin ≥ Øn 
• maksymalna średnica kruszywa w zastosowanym betonie cmin ≥ dg + 5 mm 
• minimalna grubość otulenia zalecana ze względu na korozję 

Przy projektowaniu, minimalną grubość otulenia należy zwiększyć o wartość dopuszczalnej odchyłki ∆c, zależnej od poziomu wykonawstwa i kontroli jakości: 

• ∆c = 0 – 5 mm – w elementach prefabrykowanych, 
• ∆c = 5 – 10 mm – w elementach betonowanych w miejscu wbudowania, 

Grubość otulenia ze względu na odporność ogniową określa się według oddzielnych przepisów. 

Minimalne grubości otuliny dla poszczególnych klas ekspozycji 

2. Faza wykonawstwa:

Najczęstszymi przyczynami mającymi wpływ na trwałość przy wykonywaniu konstrukcji żelbetowych są:

• słaba jakość betonu 
• wykonywanie konstrukcji w niesprzyjających warunkach atmosferycznych 
• złe rozmieszczenie przerw roboczych przy betonowaniu 
• brak zgodności wykonanego zbrojenia z projektem
• niezachowanie projektowanej grubości otuliny
• brak zabezpieczenia zbrojenia przed przemieszczeniem
• zbyt rzadkie rozmieszczenie elementów dystansowych zbrojenia
• zastosowanie nieodpowiedniego materiału na elementy dystansowe
• niewłaściwe zagęszczenie lub jego brak
• niewłaściwa pielęgnacja
• prowadzenie prac w czasie twardnienia betonu
• zbyt wczesne rozdeskowanie konstrukcji 

Prace zbrojarskie

Jedną z przyczyn niezgodności wykonanego zbrojenia z projektem jest brak wykwalifikowanych zbrojarzy-betoniarzy i zatrudnianie na tym stanowisku ludzi przypadkowych, po krótkim, pobieżnym przeszkoleniu. 

Często zdarza się sytuacja, iż pracownik po krótkim szkoleniu nie wie, że obowiązkiem zbrojarza (a nie projektanta) jest uwzględnienie wydłużenia się prętów podczas gięcia i przeliczenia długości z zestawienia wykonanego przez projektanta. 

Elementy dystansowe: 

• dystansy punktowe betonowe/fibrobetonowe
• dystansy liniowe betonowe/fibrobetonowe
• plastikowe listwy dystansowe stropowe pod dolną siatkę zbrojenia
• plastikowe podkładki dystansowe
• metalowe elementy dystansowe

Układanie mieszanki betonowej

Sposób układania mieszanki betonowej zależy od typu konstrukcji, konsystencji mieszanki i sposobu zagęszczania, które powodują, że sposób układania musi być z góry odpowiednio zaplanowany. Plan taki powinien zawierać: 

• sposób wprowadzenia mieszanki do miejsca przeznaczenia,
• sposób układania,
• sposób zagęszczania,
• układ miejsc przerw roboczych i  sposób wykończenia powierzchni betonu na okres przerwy roboczej,
• kolejność betonowania elementów lub ich fragmentów.

Wymienione czynności są bardzo ważne, gdyż jednorodność mieszanki betonowej i jej stopień zagęszczenia wpływają na faktycznie uzyskane właściwości betonu. 

Zagęszczanie mieszanki

Celem procesu zagęszczania jest zwiększenie gęstości objętościowej betonu, poprzez usunięcie z ułożonej mieszanki betonowej powietrza..

Zagęszczanie jest jednym z głównych, oprócz projektowania składu, czynnikiem formowania struktury i kształtowania jakości (trwałości) betonu. Jednym z czynników kształtującym jakość betonu jest jego szczelność. Zarówno wytrzymałość jak i trwałość rosną ze wzrostem szczelności betonu.

O trwałości betonu decyduje porowatość kapilarna (otwarta). Głównym czynnikiem powodującym powstawanie porowatości kapilarnej betonu jest wynikająca z warunku urabialności mieszanki betonowej ilość wody w świeżej mieszance betonowej. Oczywiście w przypadku stosowania domieszek chemicznych najnowszej generacji urabialność mieszanki nie jest już problemem.  

Pogorszenie jednorodności następuje wskutek segregacji składników mieszanki. Ocenę efektu zagęszczania prowadzi się zwykle wizualnie, przyjmując zazwyczaj, że proces zagęszczania jest zakończony w momencie ukazania się na powierzchni uformowanego betonu zaczynu cementowego.

W rezultacie, nawet, jeśli nie pojawiają się raki, to mamy do czynienia ze znacznymi rozrzutami wytrzymałości betonu w elementach i widocznym jego uwarstwieniem. Poważnym błędem technologicznym jest układanie mieszanki betonowej zbyt „grubymi” warstwami. Ogranicza to możliwość nie tylko skutecznego jej zagęszczenia, ale także kontrolowanego „przewibrowania” jej styku z niżej ułożoną warstwą. Rezultatem jest niejednorodność wykonanego betonu i zmienność jego właściwości, takich jak: wytrzymałość, mrozoodporność, wodoprzepuszczalność czy nasiąkliwość.

Pielęgnacja betonu

Ogólnie przyjęte w technologii betonu definicje pielęgnacji betonu określają ją jako zabiegi podejmowane od chwili ułożenia i zagęszczenia mieszanki betonowej, mające na celu zapewnienie prawidłowego przebiegu procesów hydratacji cementu i w efekcie uzyskanie w określonym czasie betonu o wymaganych właściwościach.

Zwraca się uwagę, że rozpoczęcie pielęgnacji wilgotnościowej betonu po upływie 1 doby od betonowania może być zbyt późne. Przy stosowaniu cementów obecnie produkowanych (zwłaszcza z indeksem R) oraz domieszek chemicznych należy pielęgnację mokrą rozpocząć tak szybko jak jest to możliwe ze względów technologicznych i technicznych. W niektórych przypadkach jest to możliwe nawet po 3 godzinach od betonowania (powierzchnia betonu miękka, ale pod uciskiem dłoni nie powstaje ślad). W takim przypadku stosuje się zraszanie mgłą wodną. Należy pamiętać aby nie polewać nigdy rozgrzanego betonu zimną wodą na wskutek czego może wystąpić szok termiczny a w wyniku uszkodzenia wierzchniej warstwy betonu.

Reasumując

Ubytek wody lub niewłaściwie prowadzona pielęgnacja wywołują następujące negatywne skutki dla betonu: 

• mniejszy przyrost wytrzymałości na ściskanie
• mniejszy przyrost wytrzymałości na rozciąganie
• większy skurcz plastyczny i powstawanie rys
• większą nasiąkliwość i przepuszczalność
• obniżoną mrozoodporność oraz odporność na ścieranie oraz wszelkie inne oddziaływania czynników zewnętrznych

3. Faza eksploatacji:

Jest najmniej przewidywalną fazą. Najczęściej możemy spotkać się z następującymi negatywnymi przypadkami dla trwałości są:

• brak konserwacji obiektu,
• niefrasobliwe podejście ekip remontowo-budowlanych (ingerencja w konstrukcję, przyśpieszona korozja zbrojenia w wyniku styku zbrojenia z gipsem zastosowanym do „łatania” uszkodzeń itp) a także użytkowników,
• zmiana przeznaczenia konstrukcji:
• zwiększenie obciążenia a w efekcie zarysowanie 
• zwiększona agresywność środowiska
• sytuacje wyjątkowe – uderzenia pojazdów, wybuch gazu, itp. 

4. Podsumowanie:

Aby osiągnąć wymaganą trwałość konstrukcji, nie można pomijać znaczenia żadnej z wymienionych powyżej faz.  

Pominięcie lub zlekceważenie znaczenia którejkolwiek fazy spowoduje zniweczenie dążenia do zapewnienia trwałości konstrukcji.