Co zrobić żeby beton nie pękał? O wpływie skurczu na trwałość betonu
Powstawanie mikro- i makrozarysowań, kurczenie i pękanie a w rezultacie obniżona trwałość i przyspieszona degradacja betonu to coś, czego każdy wykonawca chciałby uniknąć na budowie. Za taki stan rzeczy odpowiedzialne jest zjawisko fizyko-chemiczne zwane skurczem betonu. Choć jest on nieunikniony istnieje możliwość ograniczenia jego skali, tak by zmiany skurczowe nie powodowały niechcianych szczelin dylatacyjnych. Na budowach największym problemem jest tzw. skurcz plastyczny i skurcz przy wysychaniu, które można skutecznie minimalizować za pomocą różnych technik pielęgnacji. Na czym polega zjawisko skurczu i jak chronić przed nim konstrukcje betonowe ? Odpowiadamy.
Czym jest skurcz betonu?
Skurcz jest naturalnym, reologicznym zjawiskiem. Polega on na zmniejszeniu objętości zaczynu cementowego, które jest wywołane złożonymi procesami utraty wody podczas wiązania, wysychania i twardnienia mieszanki betonowej. Powoduje odkształcenia lub naprężenia w betonie, najczęściej ułożone nierównomiernie, co może prowadzić do zarysowania betonu.
Czynnikiem wpływającymi na wielkość skurczu jest skład mieszanki betonowej, więc już na etapie projektowania należy uwzględnić rodzaj cementu, kruszywa i wartość stosunku woda/cement (stosunek ten oznaczany jest jako w/c). Mniejszy skurcz będzie przy zastosowaniu mniejszej ilości cementu, czy cementu o niskim cieple hydratacji, niskim w/c mieszanki oraz większej zawartości kruszywa w proporcji do cementu. W dobie dynamicznego rozwoju chemii budowlanej na rynku istnieje szeroka oferta środków dających możliwość minimalizowania skurczu. W betonach o bardzo małej ilości wody korzystnym jest podczas upłynnienia zastosowanie upłynniaczy czwartej generacji z grupy eterów polikarboksylowych. Istnieją też na rynku domieszki redukujące skurcz przy wysychaniu nawet o 30-40%.
Oczywiście nie tylko skład betonu jest ważny przy rozpatrywaniu wpływu na wielkość skurczu. Istotne są też kształt i wymiary konstrukcji , warunki termiczno-wilgotnościowe i sposób pielęgnacji mieszanki otoczenia podczas dojrzewania betonu. Należy zatem uwzględnić czynniki atmosferyczne takie jak wilgotność względna powietrza, temperatura, nasłonecznienie, wiatr.
Mnogość czynników wpływających na reologię betonu wskazuje na ważność tematu, którego nie warto bagatelizować, jeżeli zależy nam na trwałej konstrukcji.
Skurcz betonu definicja
Skurcz betonu wg Raczkiewicz zdefiniowany jest jako zjawisko, które polega na samoistnych odkształceniach reologicznych. Nie jest ono związane z żadnymi obciążeniami mechanicznymi, natomiast jest spowodowany zmianami, które zachodzą w zaczynie cementowym w skutek fizyko-chemicznych procesów utraty wody. Dzieje się tak w wyniku procesów: wiązania, twardnienia i wysychania betonu [1]. Skurcz jest nieunikniony, ale zapewnienie niskiego skurczu może zagwarantować, że na powierzchni ułożonego betonu nie pojawią się niepożądane rysy. Maksymalny skurcz nie powinien przekraczać 0,4 mm/mb w betonie posadzkowym [7].
Co powoduje skurcz betonu?
Odkształcenia skurczowe można podzielić w zależności od przyczyny je wywołującej. I tak rozróżniamy skurcz autogeniczny (inaczej samorzutnym, autosuszeniem) spowodowany zmianami chemicznymi i strukturalnymi zachodzącymi w młodym betonie, w skład którego wchodzi:
– skurcz „chemiczny” (inaczej kontrakcją lub skurczem Le Chatelier) spowodowany utratą wody wchodzącej w reakcję z cementem,
– skurcz plastyczny występujący w betonie znajdującym się jeszcze w stanie plastycznym, spowodowany odparowaniem wody z zaczynu, a dokładniej jego zewnętrznych warstw.
Na pełne odkształcenie skurczowe ma wpływ także skurcz suszenia spowodowany wysychaniem betonu podczas twardnienia.
Wyżej omówiliśmy rodzaje skurczu i jego przyczyny. Warte podkreślenia jest, że skurcz zależny jest od temperatury i wilgotności, nie ma więc wpływu na niego obciążenie konstrukcji.
Ile trwa skurcz betonu?
Rozpoczęcie skurczu betonu następuje w momencie ubywania wody, która jest włączona w strukturę zaczynu cementowego, a jego szybkość zmniejsza się z czasem. Zauważono, że w ciągu pierwszych 14 dni dojrzewania betonu zachodzi 14÷34% zmian skurczowych w stosunku do całkowitego skurczu. Gdy spojrzeć na okres do 3 miesięcy od zagęszczenia mieszanki zmiany te występują w skali 40÷80%, a rozpatrując jeden rok 66÷85% [2].
Jak widać odkształcenia skurczowe nie występują tylko w okresie początkowym, ale narastają na przestrzeni wielu lat, mogą się pojawić nawet po kilkudziesięciu latach.
Czy należy podlewać beton po wylaniu?
Choć nie jest możliwe, by całkowicie zredukować zmian skurczowych, to ze względu na minimalizację tego zjawiska istotne jest utrzymanie wilgotnej pielęgnacji. Istnieje stare przysłowie mówiące: „jak najmniej wody do betonu, a jak najwięcej na beton” [6], zatem najrozsądniejszym jest trzymać się starej mądrości ludowej.
Istnieje woda, której odparowanie nie wpływa na skurcz, jest to tak zwana woda wolna znajdująca się w dużych porach stanowiąca około 20% całej wody. Ale pozostała woda już wpływa. Jeżeli jednak nie dopuścimy do szybkiego ubytku wody, wiec jeśli od momentu zagęszczenia mieszanki pozostaje ona w odpowiednich warunkach obejmujących wilgotność względną powyżej 90% to ograniczymy możliwość występowania skurczu. Stąd tak ważna jest właściwa pielęgnacja betonu po wylaniu.
Ile dni podlewać beton b25?
Jak wykazano w celu minimalizacji skurczu plastycznego należy utrzymać powierzchnię młodego betonu wilgotną. Przyjmuje się, że wilgotna pielęgnacja elementów krępych powinna trwać do 7 dni, a elementów płaskich i rozległych do 14 dni [1]. Zatem beton np. B25 (C20/25) należy polewać woda przynajmniej przez okres 7-14 dni. Trzeba uważać, by nie doprowadzić do rozcieńczenia mieszanki betonowej powodującej obniżenie wytrzymałości. Polewanie należy kontynuować w zależności od pogody, przynajmniej trzy razy dziennie: rano, po południu i pod wieczór. Czasem koniecznym jest przykrycie powierzchni betonu folią budowlaną, by chronić go przed szybkim odparowaniem wody.
Rysy i spękanie betonu wiąże się w dużej mierze z niedostateczną pielęgnacją młodego betonu. Metody ochrony należy dobrać tak, by świeżo ułożonej mieszance nie zaszkodziło zbyt szybkie odparowanie wody. Istnieje szereg zasad, które warto przestrzegać, by zminimalizować zjawisko skurczu betonu, a tym samym jego degradację. W artykule opisano mechanizm działania skurczu oraz przedstawiono najbardziej powszechnie stosowaną i przydatną metodę zapewniającą trwałość i bezpieczeństwo konstrukcji.
Literatura
[1] Raczkiewicz W. Skurcz betonu – cechy istotne ze względu na projektowanie konstrukcji z betonu, Przegląd budowlany, 2/2012, str. 43-46, Dostępny w Internecie: skurczbetonu_cechyistotnezewzgldunaprojektowaniekonstrukcjizbetonu.pdf(dostęp 03 września 2024 r.).
[2] Skurcz betonu C7, Heidelberg Materials Polska, Dostępny w Internecie: https://www.heidelbergmaterials.pl/sites/default/files/assets/document/7a/ce/c7_skurcz_betonu_www.pdf (dostęp 10 października 2023 r.).
[3] Kurdowski W. Rodzaje skurczu betonu, ich znaczenie i metody zapobiegania Cement Wapno Beton, 26(2) (2021), str. 109-117
[4] Puchalska D., Kuczma M. Skurcz i pełzanie betonu w ujęciach norm Builder, styczeń 2017, str. 69-71
[5] Kłos K., Adamczewski G. Metodyka badań skurczu betonu stosowana w praktyce inżynierskiej, ABiD, 2/2020, str. 90-95
[6] Jamroży Z. Beton i jego technologie Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2005
[7] R. Czołgosz Cechy mieszanki betonowej przeznaczonej na posadzki przemysłowe BTA Budownictwo. Technologie. Architektura, Wydanie 4(32)/2005, str.24-25, Dostępny w Internecie: 817.pdf (bta-czasopismo.pl) (dostęp 03 września 2024 r.).