„Nie należy obawiać się, że wykonanie dobrego betonu jest trudne. Zły beton – często materiał o niewygodnej konsystencji, twardniejący w porowatą, niejednorodną masę – jest po prostu wykonywany przez zmieszanie cementu, kruszywa i wody. Zadziwiające, że składniki dobrego i złego betonu są dokładnie takie same, a jedynie umiejętności, poparte przez zrozumienie wykonywanych czynności i zachodzących procesów, są odpowiedzialne za różnice”. - Profesor Adam Neville

WPROWADZENIE

To, co w budownictwie nazywamy betonem, znajdujemy w przyrodzie na co dzień, bowiem skały osadowe powstały poprzez spojenie okruchów innych skał w całość. Najstarsze prymitywne budownictwo polegało na prostym składaniu nieobrobionych kamieni, przy czym spoiny i puste przestrzenie uszczelniano mchem lub gliną. Budowle takie były naturalnie nietrwałe. Postępem już było ociosywanie i dopasowywanie kamieni. Największe osiągnięcia tego rodzaju budownictwa spotykamy w budowlach prehistorycznych w Andach południowoamerykańskich, gdzie bloki kamienne są tak precyzyjnie dopasowane, że spoiny są trudno widoczne. Pomimo braku lepiszcza, mury w ten sposób wzniesione okazały się trwałe, chociaż liczą już tysiące lat.

Rozwój budownictwa ludów, których jesteśmy kulturowymi spadkobiercami, poszedł w innym kierunku. Elementy budowlane, tj. cegły, kamienie i okruchy skalne łączono w jedną całość za pomocą lepiszcza albo spoiwa. O wyborze tego materiału decydowały oczywiście przede wszystkim zasoby miejscowe. W Mezopotamii (Niniwa, Babilon) ociosane bloki kamienne sklejano za pomocą bitumu. W starożytnym Egipcie pierwotnie stosowano jako lepiszcze muł nilowy z dodatkiem sieczki, którym spajano suszone na słońcu cegły. Przy budowie piramid stosowano już spoiwa mineralne, głównie gips. Tak na przykład bloki kamienne piramidy Chefrena (ok. 2650 r. p.n.e.) spojone są za pomocą gipsu hydraulicznego, przepalonego z dodatkiem wapna i piasku kwarcowego. Wapno wynaleźli Persowie, a od nich przejęli je Grecy. Obok piasku zwykłego, jako dodatku do spoiwa wapiennego, Grecy stosowali również pucolanę (ziemię santoryńską). Zaprawy wapienne były znane również Etruskom (XI wiek p.n.e.). Jednakże istotny rozwój techniki murarskiej, połączony ze świadomym szukaniem nowych rozwiązań, pojawia się dopiero w budownictwie rzymskim. Rzymianie bowiem, obok stosowanych zapraw wapiennych, modyfikowali je, przystosowując do masowego budownictwa inżynieryjnego i wodnego, gdzie osiągano wysokie wytrzymałości lub też możliwość tężenia pod wodą. Aby to osiągnąć, Rzymianie dodawali do zapraw dużo piasku oraz naturalną pucolanę z wyspy Puzzuoli a także sztuczną w postaci sproszkowanej ceramiki (dachówki, garnki), nazywając ten proszek „caementum”. Rzymianie stworzyli kolejny materiał – „betunium”, który otrzymywali, dodając do wapna tłuczeń ceglany, żużel paleniskowy i kamienie. Rzymianom znane były także domieszki do betonu w postaci związków organicznych i olejów. Sposoby wykonywania betonu i zapraw opisuje rzymski pisarz Witruwiusz w swoich dziełach o budownictwie (I wiek p.n.e.).

Dynamiczne wykorzystanie betonu nastąpiło jednak dopiero w wieku XIX, od momentu opracowania w roku 1824 przez Aspdina technologii sztucznego spoiwa, które nazwał cementem portlandzkim.

Dzisiaj pojęcie betonu jest znacznie szersze i uległo wielu modyfikacjom. Obecnie beton uzyskuje się nie tylko z okruchów skalnych (kruszywo naturalne i łamane), ale także z kruszywa sztucznego i wypełniaczy, zaś zamiast cementu stosuje się inne spoiwa a jego właściwości wzbogaca się domieszkami i dodatkami.Ogólnie można zdefiniować beton jako materiał budowlany uzyskany z połączenia drobnoziarnistego wypełniacza spoiwem. Tak uzyskany materiał nosi nazwę kompozytu, w którym zaczyn spełnia rolę matrycy, a kruszywo inkluzji.

Beton i stal są obecnie dwoma najbardziej powszechnie stosowanymi materiałami w konstrukcjach budowlanych. Czasem się wzajemnie uzupełniają (tworząc żelbet) a czasem konkurują ze sobą w tym sensie, że konstrukcje podobnego typu i funkcji mogą być zbudowane z jednego z tych materiałów. A jednak inżynierowie zwykle wiedzą mniej o betonie, z którego jest wykonana konstrukcja, niż o stali.
Stal jest produkowana w warunkach dokładnie kontrolowanych, jej właściwości są określone w laboratorium i opisywane w świadectwach producenta. Projektant musi zatem jedynie wyspecyfikować stal zgodnie z odpowiednią normą, a nadzór inżyniera na budowie jest ograniczony do wykonawstwa połączeń między poszczególnymi elementami stalowymi.

Na budowie obiektu betonowego sytuacja jest całkowicie inna. Wprawdzie jakość cementu i kruszyw jest gwarantowana przez producenta w sposób podobny do tego jak w przypadku stali. Ale to nie cement i kruszywo, ale beton jest materiałem konstrukcyjnym. Elementy z betonu wykonywane są często na budowie, a ich jakość jest zależna niemal wyłącznie od fachowości wykonawstwa przy produkcji, transporcie, układaniu mieszanki betonowej oraz pielęgnowaniu świeżego betonu.

UREGULOWANIA NORMOWE

Beton jako materiał konstrukcyjny powszechnie stosowany w budownictwie jest objęty normą PN-EN 206-1 „Beton. Część 1: wymagania, właściwości, produkcja i zgodność” oraz PN-B-06265 „Krajowe uzupełnienia PNEN 206-1”. Z kolei zagadnienia ochrony powierzchniowej betonu precyzuje norma PN-EN 1504-2 „Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych – Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności – Część 2: Systemy ochrony powierzchniowej betonu”.

Poniżej przedstawione zostaną zagadnienia precyzowane przez wyżej wskazane normy. Zgodnie z przytoczonymi normami beton jest definiowany jako materiał powstały ze zmieszania cementu, kruszywa grubego i drobnego, wody oraz ewentualnych domieszek i dodatków, który uzyskuje swoje właściwości w wyniku hydratacji cementu.

Beton może być wytwarzany na placu budowy, może być betonem towarowym lub produkowanym w wytwórni betonowych elementów prefabrykowanych. Beton charakteryzuje się następującymi cechami wyróżniającymi:
- jako materiał budowlany beton wymaga niewielu zabiegów konserwacyjnych w okresie swojego użytkowania i nie musi być w tym okresie wymieniany, co minimalizuje jego wpływ na środowisko;
- jest materiałem ekologicznym. Beton i jego składniki mogą w sposób ekonomiczny podlegać kilkukrotnemu recyklingowi;
- beton stwarza szerokie i niespotykane w przypadku innych materiałów budowlanych możliwości dostosowywania jego właściwości do warunków jego wykonywania i użytkowania;
- beton jest przyjaznym materiałem zarówno dla architekta, jak i konstruktora. Pozwala w sposób efektywny łączyć formę i funkcję obiektu z konstrukcją i technologią wykonania;
- beton to konkurencyjne tworzywo konstrukcyjne w stosunku do innych materiałów budowlanych.

Podstawowe założenia normy PN-EN 206-1 Norma PN-EN 206-1 wprowadza nowe podejście do projektowania składu i produkcji betonu oraz oceny jego parametrów technicznych. Nadrzędnym celem spełnienia wymagań zawartych w tej normie jest trwałość betonu pracującego w określonych warunkach środowiskowych, tzw. klasach ekspozycji.

Norma PN-EN 206-1 określa wymagania dotyczące:

- składników betonu,
- właściwości mieszanki betonowej i betonu oraz ich weryfikacji,
- ograniczeń dotyczących składu betonu,
- specyfikacji betonu,
- dostawy mieszanki betonowej,
- procedur kontroli produkcji,
- kryteriów zgodności i oceny zgodności.
Norma PN-EN 206-1 obejmuje wymaganiami beton stosowany do konstrukcji wykonywanych na placu budowy oraz konstrukcji i elementów prefabrykowanych. Stosuje się ją do mieszanki betonowej zagęszczanej w celu usunięcia zawartego w niej powietrza, które nie pochodzi z celowego napowietrzenia.

Normę PN-EN 206-1 stosuje się do:
- betonu lekkiego o gęstości w stanie suchym ≥ 800 kg/m3 i ≤ 2000 kg/m3
- betonu zwykłego o gęstości w stanie suchym > 2000 kg/m3 i ≤ 2600 kg/m3
- betonu ciężkiego o gęstości w stanie suchym > 2600 kg/m3

Klasy ekspozycji betonu związane z oddziaływaniem środowiska

Klasy ekspozycji są to warunki środowiska, w których znajduje się beton. Oddziaływanie środowiska może być chemiczne lub fizyczne i może wpływać na beton lub znajdujące się w nim elementy metalowe (zbrojenie).
Wymagania w zakresie składu i ustalonych właściwości betonu są określone dla każdej klasy ekspozycji i dotyczą:
- dopuszczalnych rodzajów i klas składników,
- maksymalnego współczynnika wodno-cementowego (w/c),
- minimalnej zawartości cementu,
- minimalnej klasy wytrzymałości betonu na ściskanie,
- minimalnej zawartości powietrza (w przypadku klasy ekspozycji XF).

Spełnienie wymagań dla składu i właściwości betonu dotyczących wartości granicznych jest równoznaczne z zapewnieniem trwałości betonu pracującego w określonym środowisku, pod warunkiem:
- prawidłowego ułożenia, zagęszczenia i pielęgnacji betonu zgodnie z odpowiednimi normami,
- zaprojektowania i wykonania odpowiedniej otuliny zbrojenia w betonie,
- prawidłowego doboru klasy ekspozycji,
- stosowania przewidzianej konserwacji konstrukcji.

Wymagania wynikające z klas ekspozycji

Wymagania w zakresie składu i ustalonych właściwości betonu w zależności od klasy ekspozycji przedstawione zostały w tablicy 1.

OCHRONA POWIERZCHNIOWA BETONU

Korozja betonu jest zjawiskiem niezwykle różnorodnym. Dla każdego rodzaju betonu, dla każdego rodzaju czynników korozyjnych, proces niszczenia betonu będzie przebiegać inaczej. Warunki jakie panują w naszym kraju wymuszają zastosowanie produktu o odpowiednich właściwościach.

Rodzaje ochrony konstrukcji przed korozją, w zależności od agresywności środowiska, przedstawione zostały w tablicy 2.



Ochrona konstrukcyjna polega na właściwym ukształtowaniu konstrukcji. Obejmuje ona projektowanie elementów o najprostszych kształtach, tak aby powierzchnia betonu narażona na działanie czynników korozyjnych była jak najmniejsza, bez miejsc, w których mogłyby się gromadzić agresywne pyły, ciecze lub opary. W obiektach narażonych na działanie środowisk agresywnych schemat statyczny i układ konstrukcyjny powinny być dobrane w taki sposób, żeby ewentualne uszkodzenia korozyjne poszczególnych elementów nie powodowały zniszczenia obiektu. Należy także zapewnić możliwość wymiany elementów najbardziej narażonych na korozję a w rozwiązaniu konstrukcyjnym należy unikać miejsc trudno dostępnych.

Ochrona materiałowo-strukturalna elementów nowo wznoszonych obejmuje:

- dobór materiałów o możliwie największej odporności na działanie środowiska
- kształtowanie struktury tworzywa (betonu) utrudniającej wnikanie agresywnych substancji z otoczenia

Natomiast ochrona materiałowo-strukturalna obiektów remontowanych polega na przywróceniu właściwego poziomu cech użytkowych betonu lub na ich poprawieniu, w tym szczególnie właściwości ochronnych wobec stali zbrojeniowej. Cele te osiąga się poprzez naprawę podłoża betonowego, głównie stosując:
- iniekcję rys i pęknięć otuliny betonowej
- zabezpieczenie zbrojenia
- uzupełnienie ubytków betonu
- impregnację betonu

Systemy zabezpieczeń powierzchniowych betonu zostały uporządkowane i opisane w normie zharmonizowanej PNEN 1504-2 „Wyroby i systemy do ochrony i napraw konstrukcji betonowych – Definicje, wymagania, sterowanie jakością i ocena zgodności – Część 2: Systemy ochrony powierzchniowej betonu”. Norma ta precyzuje trzy metody powierzchniowej ochrony betonu: impregnację hydrofobizującą, impregnację i nakładanie powłok.

Impregnacja polega na nasyceniu betonu preparatem poprawiającym niektóre jego właściwości, głównie odporność na wilgoć, szczelność i wytrzymałość mechaniczną w strefie przypowierzchniowej. O hydrofobizacji mówimy, gdy zamierzony efekt impregnacji ogranicza się do zwiększenia odporności powierzchni betonu na wnikanie wody (co osiąga się dzięki zmniejszeniu zwilżalności powierzchni betonowej).

Stosowanie powłok (o grubości do 2 mm), wypraw (o grubości od 1 do 10 mm) i wykładzin (materiały arkuszowe przyklejane do powierzchni) ma na celu ochronę konstrukcji przed destrukcyjnym działaniem czynników zewnętrznych, takich jak woda, zmienne działanie temperatury ujemnej i dodatniej, dwutlenek węgla, i inne agresywne czynniki chemiczne (chlorki, siarczany, azotany). Systemy ochrony powierzchniowej o szczególnych właściwościach (wysoka chemoodporność, odporność na uderzenia, wysoki stopień wodoszczelności) określa się jako powłoki lub wyprawy specjalne.

Niezależnie od przytoczonej wyżej normy PN-EN 1504-2, zabezpieczenie powłokami malarskimi betonu konstrukcji obiektów inżynierii komunikacyjnej reguluje dodatkowo Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. Zgodnie z zapisami tam ujętymi zabezpieczenie powłokami malarskimi ma na celu ochronić konstrukcje przed wpływem środowiska a materiały używane do ochrony powierzchniowej betonu powinny:
- być dostosowane do stanu podłoża, jego zawilgocenia i szczelności,
- stanowić opór dla dyfuzji dwutlenku węgla (CO2),
- nie stanowić oporu dla dyfuzji pary wodnej,
- zapewnić zamknięcie rys, z wyjątkiem konstrukcji sprężonych, zależnie od ich wielkości w przedziale temperatur dodatnich i ujemnych, określonych w PN jako wartości ekstremalne wywołujące siły wewnętrzne w konstrukcjach,
- spełniać wymagania wytrzymałości na odrywanie od podłoża Technologie jakie proponuje firma Mapei mają wieloletnie tradycje poparte obiektami referencyjnymi z całego świata.

Powłoki ochronne wykonane farbami mają obecnie spełniać dwa podstawowe zadania. Zabezpieczenie konstrukcji przed niepożądanym wpływem środowiska oraz nadanie walorów estetycznych. Wiele obiektów jest budowanych w zwartej zabudowie i mimo że spełniają często bardzo konkretne funkcje (np. most, wiadukt) to odbiór wizualny stał się bardzo ważnym elementem wznoszonej budowli czy remontowanego obiektu. Projektant często bardzo konkretnie precyzuje swoje wymagania co do wyglądu obiektu i jego kolorystyki. W przypadku farb ochronnych ELASTOCOLOR PITTURA oraz COLORITE PERFORMANCE barwienie wykonywane jest dzięki systemowi ColorMap®, co pozwala na produkcję tych materiałów wręcz o nieograniczanej palecie kolorów.

Poniżej przedstawiamy kilka przykładów aplikacji wybranych produktów Linii Budowlanej zastosowanych do ochrony powierzchniowej betonu pracującego w różnych warunkach środowiska.

Dworzec Łódź Kaliska – remont estakady. Powierzchniowa ochrona betonu po pracach renowacyjnych, wykonana została z elastycznej farby akrylowej ELASTOCOLOR PITTURA. Trwałość naprawy i ochrony takiego obiektu jest kluczowa chociażby ze względu na wysoki koszt zamknięcia i wyłączenia z eksploatacji na czas remontu.



Zakłady Chemiczne Police koło Szczecina – remont czterech kominów. Powierzchnia zewnętrzna kominów została zabezpieczona akrylową farbą COLORITE PERFORMANCE (część poniżej biało-czerwonych pasów ostrzegawczych). Komin – to budowla, która ze względu na swoją funkcję musi być projektowana z wielką starannością. Jednym z elementów właściwego zaprojektowania nowego lub projektu remontu już oddanego komina jest właściwy dobór powłoki zabezpieczającej, zapewniającej wymaganą trwałość w środowisku spalin przemysłowych.



Oczyszczalnia Ścieków Sitkówka koło Kielc – powłokowe zabezpieczenie żelbetowych zbiorników osadników wstępnych i kanałów odpływowych. Ze względu na agresję spowodowaną zanieczyszczeniami obecnymi w ściekach komunalnych, jako powierzchniową ochronę betonu wybrano żywicę epoksydową MAPECOAT I24 (na ścianach zbiorników) oraz materiał epoksydowo-bitumiczny DURESIL EB (na dnie zbiorników). Kanały odpływowe zabezpieczone zostały wewnątrz żywicą epoksydową MAPECOAT I24.
Podstawowy aspekt w tego typu obiektach to trwałość zabezpieczenia wymagana ze względu na charakter i przeznaczenie zbiorników oraz wpływ na środowisko i ekologię rejonu, który obsługuje oczyszczalnia ścieków.



Nietypowe zastosowanie elastycznej farby ochronnej ELASTOCOLOR PITTURA – ochrona mineralnego materiału nakładanego metodą natrysku na konstrukcję stalową. Podobnie jak w przypadku mostów czy wiaduktów, w tym przypadku obok funkcji ochronnej przed atmosferą przemysłową farba kształtuje barwę konstrukcji i nadaje walory estetyczne. Ponad 70 lat prymatu technologii Mapei i związanych z tym doświadczeń to solidna baza, na której opiera się Mapei Polska, proponując klientom szeroką gamę specjalistycznych produktów linii budowlanej, znajdujących zastosowania w tworzeniu nowych i renowacji istniejących konstrukcji betonowych.




Doświadczenie ekspertów technicznych Mapei, zdobyte na placach budowy całego świata, pozwala na równi zaspokoić potrzeby konstruktorów (inżynierów, architektów) oraz wykonawców, dla których liczy się połączenie łatwości stosowania produktu z wysokimi parametrami technicznymi oraz efektowny wygląd końcowy.
Mapei Polska korzysta z wiedzy jaką uzyskała firma podczas realizacji wielu ważnych i prestiżowych obiektów na świecie, w różnych warunkach klimatycznych, jak most nad cieśniną Oresund łączący Danię ze Szwecją, platforma wiertnicza Strawanger (Norwegia), renowacja tunelu Monte Bianco (Włochy) czy Centrum Asturiano na Kubie.

Obecnie z powodzeniem stosujemy tę wiedzę w Polsce, dostarczając pełną ofertę produktową na obiekty w naszym kraju.

Jednym z ważniejszych etapów przy naprawie lub budowie konstrukcji betonowych (z betonu lub betonu zbrojonego) jest właściwe zabezpieczenie powierzchni farbami przed szkodliwymi oddziaływaniami środowiska i czynników atmosferycznych (wody, wody z solami odladzającymi, dwutlenku węgla), umożliwiając jednocześnie odparowanie wody z konstrukcji.

Firma Mapei znana jako producent farb o bardzo wysokiej jakości wprowadziła na rynek polski zestaw produktów do wykonania zabezpieczeń powierzchniowych konstrukcji betonowych. Materiały te zostały sprawdzone w wielu krajach o bardzo zróżnicowanym kimacie, między innymi Włochy, Norwegia, Polska, Chiny, Stany Zjednoczone Ameryki Północnej, Kanada. Wszędzie gdzie materiał się pojawił zostały spełnione wymagania techniczne narzucone przez projektanta, wykonawca ocenił pracę z tymi materiałami za bardzo przyjazną i szybką a inwestor był zadowolony z efektu końcowego, zarówno technicznego, jak i estetycznego.

dr inż. Krzysztof Pogan
Product Manager, Linia Budowlana, Mapei Polska. Posiada Uprawnienia Budowlane do kierowania robotami budowlanymi bez ograniczeń w specjalności konstrukcyjno-budowlanej.

mgr inż. Piotr Wyszyński
Doradca techniczny, Linia Budowlana, Mapei Polska.

Źródło: Mapei

Autor: Mapei - zobacz wizytówkę firmy