PIELĘGNACJA BETONU dr inż. Grzegorz Bajorek Centrum Technologiczne Budownictwa przy Politechnice Rzeszowskiej Politechnika Rzeszowska - Katedra Konstrukcji Budowlanych 163
WYMAGANIA PROJEKTANTA (SPECYFIKUJĄCEGO): Beton po umówionym okresie dojrzewania (z reguły po 28 dniach od momentu wykonania konstrukcji) ma osiągnąć określone właściwości: wytrzymałość na ściskanie (klasę betonu), odporność na oddziaływanie środowiska (klasę ekspozycji) w zakresie mrozoodporności, wodoszczelności, odporności na agresję chemiczną (woda morska, środki odladzające, inne), odporności na ścieranie. CZYNNOŚCI TECHNOLOGICZNE ZAPEWNIAJĄCE SPEŁNIENIE TYCH OCZEKIWAŃ: projekt mieszanki betonowej i badania wstępne, wytwarzanie mieszanki betonowej (warunki produkcji i kontrola produkcji) transport mieszanki betonowej (środki transportu, czas) wbudowywanie mieszanki betonowej (pompowanie, zagęszczanie) pielęgnacja betonu (warunki wilgotnościowe, warunki temperaturowe, zabezpieczenie przed uszkodzeniami mechanicznymi CZY PIELĘGNACJA JEST POTRZEBNA? Zarysowania wierzchniej warstwy posadzki przemysłowej Zarysowania płyty mostowej wskutek skurczu plastycznego 164
Zarysowania płyty mostowej wskutek skurczu plastycznego Zarysowania podbudowy z chudego betonu wskutek skurczu plastycznego Pęknięcie płyty stropowej wskutek skurczu twardnienia Pęknięcia płyty stropowej wskutek szoku termicznego od polewania zimną wodą Pęknięcia płyty stropowej wskutek skurczu twardnienia widok od spodu Pęknięcie ściany zbiornika wskutek skurczu twardnienia 165
Brak zabezpieczenia powierzchni parkingu przed deszczem w trakcie betonowania Uszkodzenie powierzchni wskutek przemrożenia świeżego betonu Uszkodzenie ściany fundamentowej wskutek przemrożenia świeżego betonu Uszkodzenie płyty stropowej wskutek przemrożenia świeżego betonu Zarysowania remontowanej płyty mostowej wskutek drgań od sąsiedniego przęsła w czasie betonowania Zarysowania płyty podbudowy parkingu betonowanej w kierunku spadku placu 166
prenorma ENV 13670 PN-EN 13670:2011 167
PIELĘGNACJA I ZABEZPIECZENIA. Beton we wczesnym okresie należy pielęgnować i chronić: aby zminimalizować skurcz plastyczny, aby zapewnić odpowiednią wytrzymałość powierzchniową aby zapewnić odpowiednią trwałość strefy przypowierzchniowej, przed szkodliwymi warunkami atmosferycznymi, przed zamarzaniem przed szkodliwymi drganiami, uderzeniami lub uszkodzeniami. Metody pielęgnacji powinny zapewniać niskie tempo odparowywania wody z powierzchni betonu lub utrzymywać powierzchnię cały czas w stanie wilgotnym. Temperatura powierzchni betonu nie powinna spadać poniżej 0 C, dopóki powierzchnia betonu nie osiągnie wytrzymałości, przy której jest odporna na zamarzanie bez uszkodzeń (f c 5 MPa). Jeżeli przepisy obowiązujące na placu budowy nie stanowią inaczej, najwyższa temperatura betonu wewnątrz elementu nie powinna przekraczać 70 C, o ile nie są dostarczone dane, udowadniające, że przy zastosowanych materiałach składowych, wyższa temperatura nie będzie miała znaczącego szkodliwego wpływu na zachowanie się betonu. wg zaleceń ACI wielkość odparowania większa od 1,0 kg/m 2 /h, lub wg zaleceń CCA wielkość odparowania większa od 0,5 kg/m 2 /h powinna zmuszać wykonawcę robót do natychmiastowego podjęcia pielęgnacji betonu. 168
Metody pielęgnacji powinny zapewniać niskie tempo odparowywania wody z powierzchni betonu lub utrzymywać powierzchnię cały czas w stanie wilgotnym: pozostawienie betonu w deskowaniach nawilżanie powierzchni betonu poprzez polewanie, a we wczesnej fazie dojrzewania wyłącznie poprzez zraszanie nawilżanie powierzchni betonu poprzez polewanie i zatrzymanie wody przy pomocy włóknin zalewanie całej powierzchni betonu wodą i stałe utrzymywanie warstwy wody pokrycie powierzchni preparatami błonotwórczymi (żywicznymi lub parafinowymi) pokrycie arkuszami (pasmami) folii PE Zabezpieczenie betonu włókniną polewaną wodą Zabezpieczenie płyty posadzkowej preparatem powłokowym Zabezpieczenie płyty lotniskowej preparatem powłokowym Zabezpieczenie płyty posadzkowej folią 169
Zabezpieczenie strefy deskowania ślizgowego osłoną z folii Zabezpieczenie bloku fundamentowego osłoną z folii Zabezpieczenie słupów folią opakowaniową (stretch) Okres trwania pielęgnacji powinien być funkcją rozwoju właściwości betonu w strefie przypowierzchniowej. Rozwój właściwości opisany jest przez 4 klasy pielęgnacji określone przez czas pielęgnacji lub przez procentowy przyrost projektowanej wytrzymałości charakterystycznej betonu na ściskanie. Tablica 4. Klasy pielęgnacji Klasa pielęgnacji 1 Klasa pielęgnacji 2 Klasa pielęgnacji 3 Klasa pielęgnacji 4 Okres [h] 12 a) Nie stosuje się Nie stosuje się Nie stosuje się Procentowy przyrost projektowanej 28-dniowej wytrzymałości charakterystycznej Nie stosuje się 35% 50% 70% a) Czas wiązania nie może przekraczać 5 godzin, a powierzchnia betonu powinna mieć temperaturę nie mniejszą niż +5 C. 170
Tablica F.1. Minimalny czas pielęgnacji betonu dla klasy pielęgnacji 2 (odpowiadający przyrostowi przypowierzchniowej wytrzymałości betonu równemu 35% projektowanej 28-dniowej wytrzymałości charakterystycznej). Temperatura powierzchni betonu t [ C] Minimalny czas pielęgnacji betonu a) [dni] c), d) Rozwój wytrzymałości betonu r = (f cm2 /f cm28 ) szybki r 0,50 średni 0,50 r 0,30 wolny 0,30 r 0,15 t 25 1,0 1,5 2,5 25 > t 15 1,0 2,5 5 15 > t 10 1,5 4 8 10 > t 5 b) 2,0 5 11 a) plus czas przekraczający 5 godzin wiązania b) dla temperatur poniżej +5 C czas trwania pielęgnacji powinien być zwiększony o okres z temperaturą poniżej +5 C c) rozwój wytrzymałości betonu jest stosunkiem średniej wytrzymałości na ściskanie po 2 dniach do średniej wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach wyznaczonym w ramach badań wstępnych lub opartym na właściwościach o porównywalnym składzie (patrz PN-EN 206-1) d) dla bardzo wolnego rozwoju wytrzymałości betonu, specjalne wymagania dla pielęgnacji powinny być podane w dokumentacji wykonawczej Tablica F.2. Minimalny czas pielęgnacji betonu dla klasy pielęgnacji 3 (odpowiadający przyrostowi przypowierzchniowej wytrzymałości betonu równemu 50% projektowanej 28-dniowej wytrzymałości charakterystycznej). Temperatura powierzchni betonu t [ C] Minimalny czas pielęgnacji betonu a) [dni] c), d) Rozwój wytrzymałości betonu r = (f cm2 /f cm28 ) szybki r 0,50 średni 0,50 r 0,30 wolny 0,30 r 0,15 t 25 1,5 2,5 3,5 25 > t 15 2,0 4 7 15 > t 10 2,5 7 12 10 > t 5 b) 3,5 9 18 a) plus czas przekraczający 5 godzin wiązania b) dla temperatur poniżej +5 C czas trwania pielęgnacji powinien być zwiększony o okres z temperaturą poniżej +5 C c) rozwój wytrzymałości betonu jest stosunkiem średniej wytrzymałości na ściskanie po 2 dniach do średniej wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach wyznaczonym w ramach badań wstępnych lub opartym na właściwościach o porównywalnym składzie (patrz PN-EN 206-1) d) dla bardzo wolnego rozwoju wytrzymałości betonu, specjalne wymagania dla pielęgnacji powinny być podane w dokumentacji wykonawczej 171
Tablica F.3. Minimalny czas pielęgnacji betonu dla klasy pielęgnacji 4 (odpowiadający przyrostowi przypowierzchniowej wytrzymałości betonu równemu 70% projektowanej 28-dniowej wytrzymałości charakterystycznej). Temperatura powierzchni betonu t [ C] Minimalny czas pielęgnacji betonu a) [dni] c), d) Rozwój wytrzymałości betonu r = (f cm2 /f cm28 ) szybki r 0,50 średni 0,50 r 0,30 wolny 0,30 r 0,15 t 25 3 5 6 25 > t 15 5 9 12 15 > t 10 7 13 21 10 > t 5 b) 9 18 30 a) plus czas przekraczający 5 godzin wiązania b) dla temperatur poniżej +5 C czas trwania pielęgnacji powinien być zwiększony o okres z temperaturą poniżej +5 C c) rozwój wytrzymałości betonu jest stosunkiem średniej wytrzymałości na ściskanie po 2 dniach do średniej wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach wyznaczonym w ramach badań wstępnych lub opartym na właściwościach o porównywalnym składzie (patrz PN-EN 206-1) d) dla bardzo wolnego rozwoju wytrzymałości betonu, specjalne wymagania dla pielęgnacji powinny być podane w dokumentacji wykonawczej Tablica 2. Minimalna wytrzymałość betonu w momencie zakończenia ochrony przed wysychaniem. Warunki ekspozycji w miejscu stosowania (klasy ekspozycji wg PN-EN 206-1) Beton niezbrojony i niezawierający innych elementów metalowych: wszystkie środowiska z wyjątkiem występowania zamrażania/rozmrażania, ścierania lub agresji chemicznej Beton zbrojony lub zawierający inne elementy metalowe: suche lub stale mokre Mokre, sporadycznie suche Umiarkowanie wilgotne Umiarkowanie nasycone wodą bez środków odladzających X0 X1 XC2 XD2 XC3 XF1 Minimalna wytrzymałość betonu w momencie zakończenia ochrony przed wysychaniem stopień stwardnienia jako % wytrzymałości wymaganej po 28 dniach wymaganie stosuje się tylko w odniesieniu do wytrzymałości badanej na próbkach walcowych/sześciennych wytrzymałość badana na próbkach walcowych/sześciennych [MPa] 12/15 40 16/20 Inne warunki ekspozycji (cyklicznie mokre i suche) 60 25/30 172
BETONOWANIE W WARUNKACH ZIMOWYCH: mieszanka betonowa zamarza przy temperaturze od -1 C do -3 C jest to temperatura tzw. krytyczna, przy której zamarza ok. 50% wody wolnej obniżenie temperatury zamarzania wody powodują rozpuszczone w niej sole wyługowane z cementu, zwłaszcza wapno, alkalia, gips. zamarznięcie mieszanki betonowej przed rozpoczęciem procesu wiązania w zasadzie nie powinno zaszkodzić betonowi zupełnie ustają procesy hydratacji po rozmrożeniu powinny się reaktywować na pewno zmniejszy się wytrzymałość końcowa. szkodliwe działanie mrozu nie jest duże, gdy młody beton uzyska wytrzymałość na ściskanie, tzw. krytyczną, równą 5,0 MPa, I dopiero później zamarznie. Po rozmrożeniu takiego betonu twardnienie przebiega dalej w sposób prawidłowy. najgorszy! jest moment zamarznięcia po rozpoczęciu procesów wiązania I przed osiągnięciem wytrzymałości krytycznej. powyższe uwagi dotyczą jednokrotnego zamarznięcia cykliczne zamarzanie odmarzanie może rozpocząć się dopiero po osiągnięciu przez beton pełnej wytrzymałości i mrozoodporności. ZABIEGI UMOŻLIWIAJĄCE WYKONYWANIE BETONU W WARUNKACH ZIMOWYCH: mieszanka betonowa zamarza przy temperaturze od -1 C do -3 C metody cieplne zachowanie ciepła, nagrzewanie betonu wykonywanie betonu w cieplakach domieszki przeciwmrozowe. METODY POMAGAJĄCE UZYSKAĆ PEŁNĄ ODPOR- NOŚĆ BETONU NA DZIAŁANIE MROZU: zwiększenie ilości cementu lub zmiana cementu przewidzianego w projekcie na cement wyższej klasy (wymaga to przeprowadzenia laboratoryjnych badań porównawczych) dodanie do mieszanki betonowej właściwych dla danej konstrukcji domieszek chemicznych i dodatków mineralnych (wymaga to przeprowadzenia laboratoryjnych badań porównawczych) podgrzewanie składników mieszanki betonowej (z wyjątkiem cementu) do odpowiedniej temperatury, w celu uzyskania określonej temperatury mieszanki betonowej, w chwili jej układania w deskowaniu osłanianie elementów lub całej konstrukcji materiałami ciepłochronnymi w celu zachowania ciepła w mieszance betonowej ułożonej w deskowaniu lub formie, przez okres czasu niezbędny do uzyskania przez beton pełnej mrozoodporności ogrzewanie świeżego betonu w deskowaniu za pomocą pary, ciepłego powietrza lub w przypadkach technicznie uzasadnionych za pomocą prądu elektrycznego wykonywanie robót betonowych w pomieszczeniach zamkniętych ogrzanych lub w cieplakach stałych albo przesuwanych, o temperaturze powietrza wewnątrz cieplaka niższej niż + 10 C. 173
Zabezpieczenie strefy deskowania ślizgowego osłoną z folii Zabezpieczenie płyty fundamentowej geowłókniną, styropianem i osłoną z folii Zabezpieczenie słupów folią bąbelkową Wykonywanie robót z zastosowaniem cieplaka Wykonywanie robót z zastosowaniem cieplaka Wykonywanie robót z zastosowaniem cieplaka 174
DZIAŁANIA DOMIESZEK PRZECIWMROZOWYCH: przyspieszenie wydzielania się ciepła hydratacji cementu, a przez to podwyższenie temperatury betonu obniżenie temperatury zamarzania młodego betonu (literatura podaje w granicach od ok. -3 C do -5 C nie aż tak bardzo!) zmniejszenie ilości wody zarobowej wytworzenie mikroskopijnych pęcherzyków powietrza stanowiących w twardniejącym i stwardniałym betonie zapas wolnej przestrzeni, w której może pomieścić się powstający lód. 175
BETONOWANIE ELEMENTÓW MASYWNYCH: 176
177
OBLICZENIE MAKSYMALNEJ TEMPERATURY W ELEMENCIE MASYWNYM I CZASU JEJ UZYSKANIA: Maksymalna temperatura w elemencie T max : T max = T + ΔT bet T temperatura wbudowanej mieszanki betonowej [ C] ΔT bet wzrost temperatury w elemencie w wyniku hydratacji cementu H cem ciepło hydratacji cementu [kj/kg] Q bet ciepło kumulowane przez beton [kj/m 3 K] ΔT bet = (c H cem ) / Q bet Q bet = c c c + w c w + k c k [kj/m 3 K] c, w, k ilość cementu, wody, kruszywa w m 3 mieszanki betonowej [kg/m 3 ] c c = 0,84 ciepło właściwe cementu [kj/kg K] c w = 4,20 ciepło właściwe wody [kj/kg K] c k = 0,84 ciepło właściwe kruszywa [kj/kg K] Czas uzyskania maksymalnej temperatury w elemencie t max : d grubość elementu [m] t max = d + 0,5 przy d < 3,5 [dni] t max = d + 1,0 przy d 3,5 [dni] Badania: domieszka A superplastyfikator mieszanina sulfonianów naftalenowych i melaminowych; domieszka B superplastyfikator sulfonowana żywica melaminowa; domieszka C superplastyfikator w karcie technicznej brak informacji o składnikach domieszki; domieszka D superplastyfikator o działaniu przyspieszającym mieszanina sulfonianu melaminowego i tiocyjanianu; domieszka E superplastyfikator nowej generacji ze znacznie poprawioną możliwością utrzymania konsystencji eter polikarboksylanowy; domieszka F plastyfikujący przyspieszacz mieszanina tiocyjanianu i naftalenosulfonianu sodowego; domieszka G przyspieszacz wiązania betonu do prac w czasie mrozu domieszka bezchlorkowa o składzie zastrzeżony, przez producenta; domieszka H domieszka przyspieszająca domieszka o składzie zastrzeżonym przez producenta; domieszka I domieszka przeciwmrozowa domieszka o składzie zastrzeżonym przez producenta; domieszka J domieszka do betonowania w niskich temperaturach, przyspieszająca wiązanie domieszka o składzie zastrzeżonym przez producenta. 178
WYNIKI BADAŃ Wytrzymałość 28-dniowa: Badania wskazują na dużą skuteczność w ochronie przeciwmrozowej domieszek znacznie obniżających zawartość wody zarobowej. Jest dużo większa niż dla domieszek przyspieszających procesy wiązania (twardnienia), czy definiowanych ogólniej jako przeciwmrozowe. Odmienny mechanizm działania ochronnego: 1. W przypadku domieszek upłynniających: zmniejszenie ilości wody wpływa na zwiększenie zapasu wytrzymałości, która może być stracona wskutek dojrzewania w niskich temperaturach zmiana właściwości fizycznych cieczy zarobowej jest jej mniej, więc stężenie jest większe, a to obniża temperaturę jej zamarzania 2. Dla domieszek przyspieszających (przeciwmrozowych): w ogóle nie jest związane ze zmianą wskaźnika w/c zjawiska fizykochemiczne obniżenie temperatury zamarzania i przyspieszenie reakcji hydratacji 179
180