Jakość betonu cem. w budowlach hydrotechnicznych w świetle wymagań normowych.pdf

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII ROLNICZEJ WE WROCŁAWIU

2002 KONFERENCJE XXXI NR339

Wojciech Kilian

JAKO ĺĘ BETONU CEMENTOWEGO W BUDOWLACH

HYDROTECHNICZNYCH

W ĺ WIETLE WYMAGA İ NORMOWYCH

QUALITY OF CONCRETE IN HYDROTECHNICAL

STRUCTURES UNDER THE STANDARD REGULATIONS

Instytut In Ň ynierii ĺ rodowiska, Akademia Rolnicza, Wrocław

Institute of Environmental Engineering, Agricultural University of Wrocław

Artykuł prezentuje wybrane wymagania normowe dotycz Ģ ce składu, jako Ļ ci,

odporno Ļ ci i trwało Ļ ci betonów cementowych, przeznaczonych do stosowania w

budownictwie hydrotechnicznym. Ten obszar zastosowa ı , ze wzgl ħ du na ró Ň norodno Ļę

i intensywno Ļę oddziaływania czynników agresywnych, stawia wykonawcom

szczególnie wysokie wymagania co do jako Ļ ci betonów i sposobu prowadzenia robót.

Trwało Ļę betonu u Ň ytego do wykonania budowli hydrotechnicznych ma zasadnicze

znaczenia dla jej bezpiecze ı stwa, a tak Ň e dla ekonomicznej efektywno Ļ ci inwestycji

w długim okresie czasu.

SŁOWA KLUCZOWE: konstrukcje betonowe, budowle hydrotechniczne, trwało Ļę

budowli

1. WST Ħ P

Budowla betonowa w projekcie konstrukcyjnym reprezentowana jest przez

okre Ļ lon Ģ form ħ materiału, której parametry, wymiary i układ zbrojenia determinowane

s Ģ obliczeniowo w oparciu o istniej Ģ ce w konkretnym usytuowaniu warunki

posadowienia, obci ĢŇ enia, zakładane parametry eksploatacyjne i wymagan Ģ trwało Ļę

obiektu. W przypadku materiału kompozytowego, jakim jest beton zbrojony lub

niezbrojony, o spełnieniu tych zało Ň e ı decyduj Ģ cechy dojrzałego materiału. Wynikaj Ģ

one zarówno z cech składników u Ň ytych do produkcji betonu, jak te Ň z przestrzegania

re Ň imu stosowanej technologii robót betonowych. Specyfika budowli hydrotechnicznych

polega na tym, Ň e s Ģ one nara Ň one na działanie wielu niszcz Ģ cych czynników o ró Ň nym

nasileniu, w zmiennym Ļ rodowisku. Czynniki te wymieniono poni Ň ej. S Ģ to [10]:

- agresja chemiczna wód powierzchniowych, gruntowych lub opadowych;

- ruch wody;

- parcie wody;

- parcie lodu;

- ci Ļ nienie wywierane przez wod ħ zamarzaj Ģ c Ģ w kapilarach masywu betonowego;

- transport masy wewn Ģ trz materiału;

- dyfuzja zawartego w powietrzu CO 2 ;

Wojciech Kilian

- zmiany temperatury;

- szok termiczny;

- wilgotno Ļę powietrza;

- mgła lub mgła solna w rejonach nadmorskich;

- opady atmosferyczne;

- czynniki powoduj Ģ ce Ļ cieranie i kawitacj ħ ;

- mikroorganizmy, ro Ļ liny, zwierz ħ ta;

- obci ĢŇ enia u Ň ytkowe.

Nale Ň y tu wymieni ę tak Ň e obci ĢŇ enia wyj Ģ tkowe i nieprzewidziane, zwi Ģ zane np. z

bł ħ dami monta Ň owymi, brakiem lub nieprawidłowym wykonaniem dylatacji, bł ħ dami

projektowymi.

Znaczna cz ħĻę budowli hydrotechnicznych to obiekty o du Ň ym znaczeniu

gospodarczym i społecznym, których naprawa lub renowacja w znacz Ģ cy sposób

komplikuje korzystanie z cieku, zbiornika lub okre Ļ lonego systemu infrastruktury

technicznej. Nawet małe budowle, jak kanały, jazy, przepusty czy groble s Ģ istotne w

Ň yciu lokalnych społeczno Ļ ci. Ka Ň dorazowe wył Ģ czenie ich z eksploatacji mo Ň e

powodowa ę rozmaite problemy. Inwestycje i remonty budowli hydrotechnicznych s Ģ

kosztowne. Przygotowanie placu budowy i prowadzenie robót budowlanych wymaga

zazwyczaj stosowania specjalnych technik, jak zmiana lub ograniczenie szeroko Ļ ci

koryta cieku, zabijanie Ļ cianek szczelnych, betonowanie pod wod Ģ , itp. Z tych wzgl ħ dów

inwestor i wykonawca powinni dokłada ę wszelkich stara ı , by jako Ļę wbudowanego

betonu była jak najwy Ň sza. Pozwoli to na spełnienie wymaga ı konstrukcyjnych i

eksploatacyjnych, jak równie Ň sprawi, Ň e koszt inwestycji w odniesieniu do czasu

eksploatacji, długo Ļ ci okresu pomi ħ dzy naprawami i całkowitego kosztu eksploatacji

b ħ dzie niewielki.

W powszechnym przekonaniu beton jest materiałem ”łatwym”. Lektura publikacji

po Ļ wi ħ conych problemom złego wykonawstwa, uszkodze ı i szybkiego zniszczenia

konstrukcji betonowych przekonuje jednak, Ň e prawidłowe zaprojektowanie i

przygotowanie mieszanki betonowej oraz poprawne konstrukcyjnie i technologicznie

ukształtowanie zbrojenia i wykonanie konstrukcji betonowej wci ĢŇ stanowi wyzwanie

dla wykonawców i kadry in Ň ynierskiej. W opinii autora, punktem wyj Ļ cia do sprostania

temu wyzwaniu jest zrozumienie specyfiki wieloskładnikowego materiału, jakim jest

beton. Prowadzi ku temu poznanie podstawowych zasad rz Ģ dz Ģ cych zachowaniem

składników betonu, mieszanki betonowej oraz betonu twardniej Ģ cego i dojrzałego w

ró Ň nych, zmieniaj Ģ cych si ħ warunkach Ļ rodowiska. Zagadnienia te opisane s Ģ

wyczerpuj Ģ co np. w [13].

2. CHARAKTERYSTYKA MATERIAŁU

Beton jest uniwersalnym materiałem budowlanym, którego cechy umo Ň liwiaj Ģ

zastosowanie we wszystkich obszarach in Ň ynierii l Ģ dowej i wodnej. Beton powstaje

przez wymieszanie odpowiednio dobranego kruszywa (mieszanki kruszyw) z zaczynem

cementowym, w którym cement stanowi spoiwo, a woda umo Ň liwia dyspersj ħ ziaren

cementu. Nast ħ pnie, w procesie fizyko-chemicznym zwanym hydratacj Ģ , nast ħ puje przy

udziale wody zwi Ģ zanie spoiwa cementowego z kruszywem. Podstawowe zalety betonu

Jako Ļę betonu cementowego w budowlach hydrotechnicznych...

to: wysoka wytrzymało Ļę na Ļ ciskanie, niska nasi Ģ kliwo Ļę , wodoszczelno Ļę , odporno Ļę

na działanie wielu czynników mechanicznych, fizycznych i chemicznych, łatwo Ļę

kształtowania, łatwo Ļę modyfikacji cech, niski koszt. Cechy betonu, które nale Ň y

dodatkowo uwzgl ħ dnia ę w projektowaniu konstrukcji i planowaniu robót to: skurcz,

p ħ cznienie, przewodno Ļę cieplna, rozszerzalno Ļę termiczna, pełzanie. Cechy te

szczegółowo opisano np. w [2, 13]. Cechy betonu w znacznym stopniu zale ŇĢ od rodzaju

cementu, u Ň ytego do jego wykonania.

3. TRWAŁO ĺĘ KONSTRUKCJI BETONOWYCH

Prawidłowo zaprojektowane, wykonane i eksploatowane konstrukcje betonowe, w

odniesieniu do przyj ħ tych okresów u Ň ytkowania budowli o ró Ň nym charakterze [10], s Ģ

trwałe. Przykładem mo Ň e by ę konstrukcja Hali Ludowej we Wrocławiu, która po 90-ciu

latach od wykonania (w roku 1913-1914) nadal jest normalnie eksploatowana. Trwało Ļę

konstrukcji betonowej ograniczona jest trwało Ļ ci Ģ betonu lub zbrojenia w okre Ļ lonym

Ļ rodowisku. Beton ulega uszkodzeniu wskutek oddziaływania agresywnych czynników,

wymienionych wcze Ļ niej. Prawidłowo rozmieszczona w przekroju betonowym stal jest

efektywnie chroniona przez warstw ħ otuliny o wysokiej warto Ļ ci odczynu pH.

Oddziaływanie dwutlenku w ħ gla zawartego w powietrzu powoduje stopniowe

zmniejszanie warto Ļ ci pH (karbonatyzacj ħ ) w coraz gł ħ biej poło Ň onych warstwach

betonu. Gdy strefa skarbonatyzowana osi Ģ ga grubo Ļę otuliny, rozpoczyna si ħ korozja

zbrojenia. Powstaj Ģ ce produkty korozji maj Ģ wi ħ ksz Ģ obj ħ to Ļę ni Ň substraty reakcji, co

powoduje dalsze niszczenie warstwy otuliny poprzez odspajanie betonu nad pr ħ tami

zbrojenia. Otulina mo Ň e by ę niszczona tak Ň e przez inne czynniki mechaniczne, fizyczne,

chemiczne lub biologiczne.

3.1 OCENA STOPNIA AGRESYWNO ĺ CI ĺ RODOWISKA

Ocen ħ stopnia agresywno Ļ ci Ļ rodowiska przeprowadza si ħ zgodnie z zaleceniami

podanymi w [3]. Klasy Ļ rodowiska, wynikaj Ģ ce z oddziaływa ı Ļ rodowiska naturalnego

oraz Ļ rodowisk agresywnych chemicznie, w odniesieniu do konstrukcji betonowych

podano w [2, tab. 8]. Według przyj ħ tej klasyfikacji, usytuowanie budowli

hydrotechnicznych odpowiada warunkom jak dla klasy 2b, 3, 4b. Dodatkowo budowle te

mog Ģ by ę nara Ň one na działanie Ļ rodowisk agresywnych chemicznie, spełniaj Ģ cych

kryteria jak dla klasy 5a, 5b i 5c. Rodzaje oraz klasyfikacj ħ Ļ rodowisk agresywnych

zawarto w [3]. Według przyj ħ tych oznacze ı stopie ı agresywno Ļ ci Ļ rodowiska okre Ļ lany

jest symbolami l a1 lub l a2 (słaby), m a ( Ļ redni) i h a (wysoki).

3.2 PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI

Podstawowe czynniki, jakie nale Ň y uwzgl ħ dnia ę przy zbieraniu danych wyj Ļ ciowych

do projektowania konstrukcji sprecyzowano w [4]. Poszczególne składniki betonu nie

mog Ģ w okre Ļ lonych warunkach Ļ rodowiska ulega ę korozji, nie mog Ģ te Ň powodowa ę

lub przyspiesza ę korozji betonu i stali zbrojeniowej. Konstrukcje nara Ň one na działanie

Ļ rodowisk agresywnych powinny mie ę kształt zwarty, masywny, o małym module

Wojciech Kilian

powierzchniowym, bez płaszczyzn i powierzchni sprzyjaj Ģ cych deponowaniu

agresywnych pyłów, osadów i zanieczyszcze ı , w tym tak Ň e wód opadowych. Schemat

statyczny i układ konstrukcyjny takich obiektów nale Ň y dobiera ę tak, by ewentualne

korozyjne uszkodzenie cz ħĻ ci konstrukcji nie poci Ģ gało za sob Ģ awarii całego obiektu.

Wyró Ň nia si ħ dwa sposoby zabezpieczenia konstrukcji betonowych przed korozj Ģ :

ochron ħ materiałowo-strukturaln Ģ oraz ochron ħ powierzchniow Ģ [3]. Ochrona

materiałowo-strukturalna stanowi podstawowe zabezpieczenie, którego stosowanie w

Ļ rodowisku agresywnym jest wymagane niezale Ň nie od stopnia agresywno Ļ ci

Ļ rodowiska. Jest ona tak Ň e zabezpieczeniem najbardziej uzasadnionym ze wzgl ħ dów

technicznych i ekonomicznych. Podczas projektowania ochrony materiałowo-

strukturalnej konstrukcji nale Ň y uwzgl ħ dnia ę : rodzaj i klas ħ betonu, rodzaj cementu i

kruszywa, rodzaj stosowanych dodatków modyfikuj Ģ cych cechy betonu, receptur ħ

betonu, stosowan Ģ technologi ħ robót betonowych, rodzaj zbrojenia i przekroje pr ħ tów

zbrojeniowych, kształt konstrukcji, dopuszczaln Ģ szeroko Ļę rozwarcia rys, grubo Ļę

otuliny [4]. Dodatkow Ģ ochron ħ powierzchniow Ģ nale Ň y stosowa ę tylko w warunkach

Ļ rodowiska o Ļ redniej (m a ) lub wysokiej (h a ) agresywno Ļ ci, w którym ochrona

materiałowo-strukturalna jest niewystarczaj Ģ ca. Zagadnienia dotycz Ģ ce projektowania i

stosowania ochrony powierzchniowej wykraczaj Ģ poza zakres tej pracy.

Tabela 1

Table 1

Rodzaj ochrony przed korozj Ģ w zale Ň no Ļ ci od stopnia agresywno Ļ ci Ļ rodowiska [4]

Means of corrossive protection depending on level of environment aggression [4]

Stopie ı agresywno Ļ ci

Ļ rodowiska

Rodzaj ochrony przed korozj Ģ

l a

ochrona materiałowo-strukturalna

m a

ochrona materiałowo-strukturalna i powierzchniowa

ograniczaj Ģ ca oddziaływanie Ļ rodowiska na konstrukcj ħ

h a

ochrona materiałowo-strukturalna i powierzchniowa,

całkowicie odcinaj Ģ ca dost ħ p Ļ rodowiska do konstrukcji,

wykonana wg specjalnego projektu

Mo Ň na stwierdzi ę , Ň e konstrukcje betonowe, kontaktuj Ģ ce si ħ z wodami

powierzchniowymi, s Ģ zwykle nara Ň one na oddziaływanie Ļ rodowiska o stopniu

agresywno Ļ ci równym co najmniej l a1 pod k Ģ tem jednego (z reguły warto Ļę pH) lub wielu

czynników [9]. Najbardziej poprawnym sposobem ochrony betonu i zapewnienia

trwało Ļ ci konstrukcji w tym przypadku jest ochrona materiałowo-strukturalna.

Konieczno Ļę stosowania tego rodzaju ochrony wynika z wymaga ı zawartych w [3, 4, 7].

Jest to tak Ň e najbardziej ekonomiczny sposób ochrony konstrukcji [10].

Wody opadowe mog Ģ stanowi ę Ļ rodowisko bardziej agresywne. W wyniku analizy

chemicznej opadów z dorzecza Odry wykazano, Ň e Ļ rednie warto Ļ ci pH znajduj Ģ si ħ w

przedziale od 4,7 do 5,9 [11]. Stopie ı ich agresywno Ļ ci wobec betonu mo Ň na okre Ļ li ę na

podstawie [3] jako l a2 lub m a . Czynnik ten ma jednak działanie krótkotrwałe, pod

warunkiem zapewnienia szybkiego spływu opadów z powierzchni konstrukcji.

Jako Ļę betonu cementowego w budowlach hydrotechnicznych...

4. PODSTAWOWE WYMAGANIA MATERIAŁOWE

Autor jako podstawowe traktuje wymagania zawarte w [1] w odniesieniu do samego

betonu oraz w [2] w odniesieniu do konstrukcji betonowej. Wymagania te zebrano

poni Ň ej:

a) Dla betonów zbrojonych i nie zbrojonych, nara Ň onych stale na działanie wody przed

zamarzni ħ ciem, minimalna ilo Ļę cementu wynosi 270 kg/m 3 , a wska Ņ nik wodno-

cementowy w/c powinien by ę nie wi ħ kszy ni Ň 0,55. Przy r ħ cznym zag ħ szczaniu

mieszanki betonowej ilo Ļę cementu nale Ň y zwi ħ kszy ę o 20 kg/m 3 . Maksymalna ilo Ļę

cementu nie powinna przekracza ę 450 kg/m 3 dla betonów klas ni Ň szych ni Ň B-35, oraz

550 kg/m 3 dla betonów klas wy Ň szych. Nale Ň y podkre Ļ li ę , Ň e w konstrukcjach

betonowych o charakterze masywnym, których wymiary przekroju poprzecznego

przekraczaj Ģ 1,5 m, zaleca si ħ minimalizacj ħ ilo Ļ ci cementu, aby unikn Ģę dodatkowych

napr ħŇ e ı , wywołanych odkształceniami betonu, powstaj Ģ cymi na skutek

samoogrzewania betonowanego masywu podczas hydratacji cementu.

b) W betonach o wymaganym stopniu mrozoodporno Ļ ci nale Ň y stosowa ę domieszki

napowietrzaj Ģ ce. Zawarto Ļę powietrza w takich betonach powinna wynosi ę od 3 do

7,5%, w zale Ň no Ļ ci od uziarnienia mieszanki kruszyw. Wymagana obj ħ to Ļę powietrza w

stosunku do obj ħ to Ļ ci mieszanki betonowej maleje wraz ze wzrostem maksymalnej

Ļ rednicy u Ň ytego kruszywa. Dla betonów nie napowietrzanych dopuszczalna zawarto Ļę

powietrza wynosi 2%.

c) Nasi Ģ kliwo Ļę betonów bezpo Ļ rednio nara Ň onych na działanie czynników

atmosferycznych nie powinna przekracza ę 5%.

Tabela 2

Table 2

Wymagany stopie ı wodoszczelno Ļ ci betonu

Required level of permeability of concrete

Wska Ņ nik ci Ļ nienia

Wymagany stopie ı wodoszczelno Ļ ci betonu przy

stałym parciu wody

okresowym parciu wody

0,5-5

6-10

11-15

16-20

21-40

W10

>40

W12

W10

d) Stopie ı mrozoodporno Ļ ci betonu nara Ň onego na kapilarne podci Ģ ganie wody jest

równy przewidywanej trwało Ļ ci obiektu w latach, zaokr Ģ glonej w gór ħ do liczby 25 lub

jej wielokrotno Ļ ci, powi ħ kszonej o liczb ħ 50. Dla betonów znajduj Ģ cych si ħ w strefie

zmiennego poziomu wody lub w strefie działania Ļ rodków rozmra Ň aj Ģ cych stopie ı

mrozoodporno Ļ ci równy jest przewidywanej trwało Ļ ci obiektu w latach, powi ħ kszonej o

liczb ħ 100.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: