Problemy kontroli jakości materiałów i wyrobów na przykładzie kontroli jakości betonu. Janusz Mierzwa

Transkrypt

1 Problemy kontroli jakości materiałów i wyrobów na przykładzie kontroli jakości betonu Janusz Mierzwa

2 ŚWIATOWA PRODUCJA BETONU ROK 2012 PRODUKCJA CEMENTU 1,75 mld ton PRODUKCJA BETONU 6,10 mld m 3 betonu 14,70 mld ton betonu LUDNOŚĆ ŚWIATA 7,1 mld Produkcja betonu 2,1tony / osobę

3 BETONY NOWEJ GENERACJI BETONY SAMOZAGĘSZCZALNE Znakomita urabialność Fibrobetony Gwarancja jakości cech wyspecyfikowanych (certyfikacja ZKP) Dobra urabialność (beton pompowy) Gwarantowana trwałość (min. 50 lat) Ścisłość struktury Wysoka wodo i gazoszczelność Wysoka odporność na ścieranie Wysoki moduł sprężystości Mała odkształcalność

4 Betony zwykłe i wysokiej wytrzymałości Cecha BZ BW BUW Wytrzymałość f ck [MPa] Moduł sprężystości E c [MPa] ponad do do do Ścieralność [mm] < (2,5-3,0) > (2,0-2,5) > (1,0-1,2) Karbonatyzacja [mm] po 20 latach 15 do 25 2 do 3 > 0,5 W sp w/c ponad 0,4 poniżej 0,4 poniżej 0,2 Ilość cementu [kg/m 3 ] 280 do powyżej 500 Rodzaj cementu 32,5 do 52,5 42,5 i 52,5 52,5 i specjalny Domieszki Dodatki plastyfikatory superplastyfikatory popioły lotne superplastyfikatory upłynniacze mikrokrzemionka żużel mielony superupłynniacze mikrokrzemionka nanokrzemionka metakaolin

5 EFEKTYWNOŚĆ STOSOWANIA BW I BWW

6 PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ BETONÓW NOWEJ GENERACJI Walraven-Stichtse Bridge Amsterdam f ck proj. f ck = 85MPa zamiast f ck = 45MPa f ck wykonane po 15 godzinach po 28 dniach po 1 roku 55MPa 108MPa 145MPa segmenty zamiast 3,5m 5m redukcja skurczu, pełzania, strat spr. zmn. przekroju obniżenie ilości stali spr. o 26% skrócenie realizacji o 3 m-ce

7 Wiadukt Milleu

8 NAJWYŻSZY BUDYNEK ŻELBETOWY ŚWIATA Burj Khalifa (2012) Ilość betonu m 3 Wysokość pompowania 600m Wytrzymałość betonu f ck =100 i 120MPa (w części niższej)

9 Betony Samozagęszczalne (BSZ) Przyczółki Mostu Akashi 1988 Okamura Hajine

10 Betony Samozagęszczalne (BSZ) Most Zamkowy w Rzeszowie

11 FIBROBETONY zwiększona wytrzymałość na rozciąganie f ct /f c =0,15 0,20 - Cement 1000kg/m 3 - Pył krzemionkowy 250kg/m 3 - Piasek 0/0,5 500kg/m 3 - Woda 180dm 3 /m 3 - SP (PKK) 40 50dm 3 /m 3 (3 4%mc) - Włókno stalowe 350kg/m 3 f c 200MPa f ct 40 50MPa

12 BBW DUCTAL Beton z proszków reaktywnych f c =180 do 400MPa f ct = 15 do 40MPa E cm = MPa

13 Rozwój wytrzymałości betonów wykonywanych w warunkach technicznych w czasie

14 ROZWÓJ W LATACH 1950/1980 BUDOWNICTWO Z PREFABRYKATÓW BUDOWNICTWO MONOLITYCZNE Uprzemysłowienie procesu produkcji prefabrykatów z betonu Modernizacja i Automatyzacja Produkcji w węzłach Stworzenie systemów budownictwa prefabrykowanego Rozwój systemów deskowań i form Uprzemysłowienie transportu i montażu Rozwój transportu i podawania pompowego W Polsce w 1978 r. Produkcja cementu 21 mln ton Produkcja betonu 75,0m mln m tysięcy mieszkań

15 SKALA USZKODZEŃ I BRAKU TRWAŁOŚCI koniec lat 80-tych USA Na obiektów komunikacyjnych 40% wymagało naprawy (wg. Malhotry) Polska Konieczność napraw i konserwacji 22% mostów drogowych 19% mostów kolejowych (wg. W.Radomskiego)

16 PRZYCZYNY ROZWOJU USZKODZEŃ KOROZYJNYCH Szerokie zastosowanie cementów szybkosprawnych w wysokim C 3 A (prefabrykacja) Powszechność stosowania betonów marki R w =170at, R w =200at, R w =250at Podstawowe kryterium optymalizacji składu tych betonów: min C dla proj. R w Niedoceniane szkodliwości środowiska Karbonatyzacja przy małym otuleniu Porowata struktura betonu Niska odporność na działanie korozyjne Uszkodzenia Utrata trwałości

17 Międzynarodowa konkluzja jako jedno z założeń dla przyszłych norm Zapewnienie trwałości konstrukcji z betonu jest warunkiem równie istotnym jak osiągnięcie wymagań konstrukcyjnych Odniesienie do nowych norm PN- EN 206.1

18 Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich 89/106/EWG z dn. 21 grudnia 1988 r. została opublikowana 11 lutego 1989 r. w Dzienniku Urzędowym Wspólnot Europejskich w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych krajów członkowskich, dotyczących wyrobów budowlanych

19 Państwa Członkowskie ponoszą odpowiedzialność za zapewnienie, iż: obiekty budowlane i inżynierskie na ich terytorium będą projektowane i wykonywane w sposób, który nie zagraża bezpieczeństwu ludzi, zwierząt domowych i mienia, uwzględniając przy tym, w interesie dobra ogólnego inne wymagania podstawowe

20 Wymagania podstawowe PRAWO BUDOWLANE - Dz.U Nr 89 poz. 414 Art Obiekt budowlany wraz ze związanymi z nim urządzeniami budowlanymi należy, biorąc pod uwagę przewidywany okres użytkowania, projektować i budować w sposób określony w przepisach, w tym techniczno-budowlanych, oraz zgodnie z zasadami wiedzy technicznej, zapewniając: 1) spełnienie wymagań podstawowych dotyczących: a) bezpieczeństwa konstrukcji, b) bezpieczeństwa pożarowego, c) bezpieczeństwa użytkowania, d) odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych oraz ochrony środowiska, e) ochrony przed hałasem i drganiami, f) odpowiedniej charakterystyki energetycznej budynku oraz racjonalizacji użytkowania energii

21 Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady Uni Europejskiej CPR 305/2011 zostało przyjęte 9 marca 2011r Deklaracja właściwości użytkowych wg CPR zamiast Deklaracji Producenta

22

23 EUROPEJSKI SYSTEM NORMALIZACJI (MB 9/2013 s )

24 Obligatoryjność stosowania norm Ustawa o normalizacji z Dz. U. Nr 169 poz [ ] stosowanie Polskich Norm jest dobrowolne. Rozporządzenie Min. Infrastruktury odn. warunków technicznych dla budynków i ich usytuowania z Dz. U. Nr 109 poz Warunki bezpieczeństwa konstrukcji [ ] uznaje się za spełnione jeżeli konstrukcja ta odpowiada Polskim Normom dotyczącym projektowania i obliczania konstrukcji.

25

26 Ustawa o Wyrobach Budowlanych Dz.U. z 2004 nr 92 poz 881 tekst jednolity I.2013 Art. 2. Ilekroć w ustawie jest mowa o: 1) wyrobie budowlanym należy przez to rozumieć rzecz ruchomą, bez względu na stopień jej przetworzenia, przeznaczoną do obrotu, wytworzoną w celu zastosowania w sposób trwały w obiekcie budowlanym, wprowadzaną do obrotu jako wyrób pojedynczy lub jako zestaw wyrobów do stosowania we wzajemnym połączeniu stanowiącym integralną całość użytkową i mającą wpływ na spełnienie wymagań podstawowych, o których mowa w art. 5 ust. 1 pkt 1 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (Dz. U. z 2003 r. Nr 207, poz oraz z 2004 r. Nr 6, poz. 41);

27 WYRÓB BUDOWLANY MATERIAŁ BUDOWLANY Produkt posiadający określone cechy oraz spełniający określone wymagania potwierdzone oceną dotrzymania wymagań podstawowych przez obiekt, w którym został zastosowany WYRÓB PRODUKT gotowy do wbudowania MATERIAŁ SKŁADNIK przetworzony przed wbudowaniem Obróbka nie zmienia cech Obróbka nowy materiał Dokumenty odniesienia Dokumenty jakości

28 WYROBY BUDOWLANE Kontrola i ocena jakości DOKUMENTY ODNIESIENIA 1. NORMY EUROPEJSKIE PN-EN Normy zharmonizowane Normy niezharmonizowane 2. NORMY KRAJOWE 3. EUROPEJSKIE APROBATY TECHNICZNE 4. KRAJOWE APROBATY TECHNICZNE

29 WYROBY BUDOWLANE Ustanawianie dokumentów odniesienia Normy europejskie Normy krajowe Akceptacja EN jako PN-EN Załączniki krajowe do EN Aprobaty krajowe Europejski Komitet Normalizacji Komisje Polskiego Komitetu Normalizacyjnego PCA Jednostki notyfikowane Kontrola Akredytowane laboratoria Certyfikacja Zakładowej Kontroli Produkcji (ZKP) Wyroby budowlane JOT

30 Wprowadzanie wyrobów na rynek Wyrób wg zharmonizowanej normy PN-EN OBOWIĄZKOWA Produkcja przy certyfikowanej ZKP Deklaracja Własności Użytkowych Oznaczenie CE INNE Wyrób wg niezharmonizowanej normy PN-EN i innych dokumentów odniesienia niższego Dobrowolny system europejski System wzajemnego uznawania pod warunkiem spełnienia wymagań krajowych Krajowy system uzgadniania wyrobów na rynku Oznakowanie B Deklaracja zgodności z krajową AT, normą PN-B lub niezharmon. PN-EN (M.B. Nr 11/2012, 8 i 9/2013)

31 STADIUM REALIZACJI KONSTRUKCJI WYKONAWCA KONSTRUKCJI Wybór Technologii wg Założeń Umownych i Warunków Realizacji Zamówienie Betonu Uściślenie Wymagań wg Założeń Specyfikacji (beton projektowany) (beton recepturowy) Dodatkowe wymagania Ze względu na: - szybkość robót, - temperaturę otoczenia, - geometrię elementów, - gęstość zbrojenia, - sposób betonowania Wykonawca Betonu Dobór składu ilościowego Sprawdzenie własności mieszanki i betonu ze względu na wyspecyfikowane w Zamówieniu cechy Kontrola jakości dostaw betonu wg ZKP WBRUDOWANIE BETONU

32 Beton materiał / wyrób wg PN-EN NORMA NIEZCHARMONIZOWANA DOBROWOLNA KONTROLA JAKOŚCI Zewnętrzna Kontrola Jakości KOMPETENCJA, NIEZALEŻNOŚĆ Dostawa betonu Wbudowanie w konstrukcji realizacja konstrukcji żelbetowej o wysokim stopniu odpowiedzialności producent betonu nie posiada certyfikatu kontroli produkcji szybkość realizacji wymaga ciągłej kontroli wczesnej wytrzymałości betonu jednoznaczność rozstrzygnięć w przypadku sporu pomiędzy producentem betonu a wykonawcą

33 PROJEKT KONSTRUKCJI SPECYFIKACJA WYKONAWCA KONSTRUKCJI REALIZACJA ZEWNĘTRZNA KONTROLA JAKOŚCI PRODUCENT BETONU KOMPETENCJA NIEZALEŻNOŚĆ PN-EN PN-EN PN-EN BADANIA WYKONANA KONSTRUKCJA SYSTEM ZKP wg PN-EN PN-EN PN-EN BADANIA f c, f ck f ct, f ctk W x, F x F x NaCl, N m PN-EN PN-B PROCEDURY wg SPECYFIK. PN-EN BADANIA I OCENA

34 PLAN KONTROLI w produkcji betonu wg PN-EN Beton z certyfikatem kontroli produkcji Beton bez certyfikatu kontroli produkcji Produkcja początkowa (do 35 pr.) Pierwsze 50 m 3 3 próbki 1 pr. na 200 m 3 lub 2 pr. na tydzień 1 pr. na 400 m 3 lub 1 pr. na tydzień max. 1 pr. na 25 m 3 Produkcja ciągła powyżej 35 pr. do 12 mies. gdy S f > 1,37σ 1 pr. na 150 m 3 lub 1 pr. na dzień Powrót do kontroli początkowej

35 KRYTERIA ZGODNOŚCI DLA WYTRZYMAŁOŚCI BETONU NA ŚCISKANIE Produkcja początkowa n min = 3 f ck proj Kr I f cm f ck + 4 Kr. II f ci min f ck - 4 Produkcja ciągła n 15 f ck - proj. f cm ; s 15 ; σ 15 Kr I f cm f ck + 1,48s Kr. II f ci min f ck - 4 przy 0,63 σ s 15 1,37 σ

36 Badania betonu w konstrukcjach Normowe metody badań wg PN-EN PN-EN Odwierty rdzeniowe. Wycinanie, badania i pomiary wytrzymałościowe na ściskanie. PN-EN Badanie nieniszczące. Oznaczanie liczby odbicia. PN-EN Określanie siły pull-out. PN-EN Oznaczanie prędkości fali utradźwiękowej. Interpretacja wg PN-EN Ocena wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcjach i prefabrykowanych wyrobach betonowych.

37 METODA SKLEROMETRYCZNA DOKŁADNOŚĆ OCENY Krzywe aproksymacyjne zależności f cm = φ(l i ) dla różnych betonów Oszacowanie błędu: Ze wzorcowaniem przyrządu: Weryfikacja wielopunktowa Δf c = ±7-12% Weryfikacja jednopunktowa Δf c = ±15-20% Bez wzorcowania przyrządu: Bez weryfikacji Δf c = 20-40%

38 Badania i ocena in-situ betonu metodą rdzeniową

39

40 Zasada kwalifikacji wytrzymałości wg PN-EN Metoda Bezpośrednia f is1, f is2, f is3... f isn min 15 rdzeni 3 do 14 rdzeni f m is - k 2 xs f is low +4 k 2 =1,64(1,48) f ck is k = f m is - k f is low +4 5 if n= if n=7 9 7 if n=3 6

41 Minimalne charakterystyczne wytrzymałości betonu in situ wg klas wytrzymałości jak w PN-EN Klasa wytrzymałości wg PN- EN C 8/10 C 12/15 C 16/20 C 20/25 C 25/30 C 30/37 C 35/45 C 40/50 C 45/55 C 50/60 C 55/67 C 60/75 C 70/85 C 80/95 C 90/105 C 100/115 Minimalna charakterystyczna wytrzymałość in situ [MPa] f ck is cyl f ck is cube

42 PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA METODY BEZPOŚREDNIEJ Lokalizacja rdzeni próbnych wyciętych z płyty fundamentowej

43 Rozkłady wytrzymałości w różnych punktach płyty

44

45 PŁYTA GÓRNA FUNDAMENTU TURBOGENERATORA część turbinowa część generatorowa żebro badane i rekonstruowane

46 Rdzenie wycięte ze strefy ściskanej żebra Z-2

47

48

49 Przykład uszkodzeń betonu płyty parkingu

50 WYMAGANIA ZE WZGLĘDU NA TRWAŁOŚĆ W / C Cf cø /f c cube C min POSADZKI na gruncie (wewnętrzne) XC3 XM2 0,55 30/ ,55 30/ C30/37 NAWIERZCHNIE na gruncie (zewnętrzne) XC4 XD3 XF4 XM2 0,50 30/ ,45 35/ ,45 30/ ,45 30/ C35/45

51 Ścieranie Złuszczenia Przyczyny uszkodzeń Materiałowe XM1 XM2 Projekt Realizacja C30/37 W / C 0,55 C min 300kg/m 3 S CB 2,5 3,0mm

52 Charakter uszkodzeń Brak mrozoodporności betonu

53 Przyczyny uszkodzeń Brak odporności mrozowej Materiałowe Projekt Realizacja WYMANIA DLA NAWIERZCHNI ZEWNĘTRZNYCH XC4 XD3 XF4 XM2 C35/45 W / C 0,45 C min 300kg/m 3 Napowietrzanie Specyfikacja A C 4,5 5,5% L śr 0,2mm A 300 1,8% PN-B F 150 Badania ΔG 5%; Δf cm 20% F50 w 3% NaCl

54 Przykład napowietrzenia struktury betonu (50x) RAPID AIR 480 PN-EN 480:11 Oznaczenie charakterystyki porowatości w stwardniałym betonie A = 5,2% L śr = 0,139mm A 300 = 2,15%

55 Ubytki Odpryski Rozległe duże spękania siatkowe Przyczyny uszkodzeń Materiałowe REAKTYWNOŚĆ ALKALICZNA Projekt Realizacja Punktowe odpryski

56 Przyczyny uszkodzeń Ubytki Odpryski Materiałowe Reaktywność alkaliczna Kruszywa Szklista, amorficzna krzemionka Cement Na 2 O + 0,658K 2 O > 0,658 Długotrwała wysoka wilgotność mapcracking pop-out

57 Ubytki Odpryski Przyczyny uszkodzeń Materiałowe BRAK MROZOODPORNOŚCI KRUSZYWA Projekt Realizacja Odpryski Rozległość uszkodzeń

58 Ubytki Odpryski Przyczyny uszkodzeń Materiałowe Brak mrozoodporności kruszywa Badania Projekt Realizacja Żwiry polodowcowe Skład petrograficzny Margiel, Iły, Gliny, Opoka, Rogowiec, Szarogłaz, Łupek, Wapienie, Kwarcyty Struktura nanoporów (5nm 0,1/0,5μm) Wskaźnik EDF Indeks JPIT Metoda RAO PN-EN Załącznik F. + F 50 w 3% NaCl

59 PRZYKŁADY KONTROLI PRZY REALIZACJI GRUBYCH PŁYT FUNDAMENTOWYCH METODĄ SEGMENTOWĄ Garden Residence Płyta 138,5x94,3m z podziałem na segmenty 20x20m

60 Garden Residence Płyta fundamentowa

61 Centrum Kongresowe w Krakowie Płyta fundamentowa

62

63 Przykładowy przebieg rozkładu temperatury w przekroju płyty w pierwszym tygodniu dojrzewania

64 Kontrola rzeczywistej wytrzymałości betonu w pierwszych dniach dojrzewania w płycie

65

66