MJ Jedwabne - kostka brukowa

produkcja-1989

Strefa porad - mikrospękania skurczowe

Rysy na betonie, których nie trzeba się obawiać

Zjawiska różnego rodzaju rys powstających podczas wiązania zaczynu cementowego znane są odkąd produkowany jest beton. Przez ten czas obrosły w wiele mitów. Jednak z naciskiem trzeba podkreślić, że zjawiska te są bardzo różne, mogą mieć bardzo różne przyczyny i nie należy „wrzucać ich do jednego worka”. Znany autorytet w technologii betonu, Adam Neville, w książce pt. „Właściwości betonu”, rozróżnia co najmniej piętnaście rodzajów rys powstających w betonie.

Pisząc o „pęknięciach włoskowatych lub siatkowatych”, Neville zwraca uwagę, że rysy te są bardzo płytkie (stosunkowo), tworzą się wcześnie (w skali całej klasyfikacji rys) i mogą pozostać niezauważone do chwili wypełnienia „brudem”. Wg autora, takie rysy „poza kwestią wyglądu mają niewielkie znaczenie” ( rozdział 10.16 Rodzaje zarysowania).

Dopuszczalne szerokości rys dla betonów obciążanych są zaproponowane w literaturze (Reis, Mozer, Bianchini, Kesler, Causes and control of cracking in concrete (…)), co ma stanowić dobrą wskazówkę dla konstruktorów. Dla elementów wewnętrznych proponuje się 0,35 mm, dla zewnętrznych 0,25 mm, a w przypadku środowiska szczególnie agresywnego 0,15 mm. Autorzy są zdania, że najczęściej występujące drobne rysy są nieszkodliwe, w związku z czym intensywne poszukiwanie rys nie jest celowe.

Proponowane przez naukowców dopuszczalne wartości rys dotyczą faktycznych nieciągłości betonu widocznych gołym okiem. Tzw. mikrospękania lub mikrorysy mają małą szerokość i dlatego, jak wspomniano wcześniej, długo pozostają niezauważone, szczególnie podczas produkcji wyrobów betonowych, pakowania czy wczesnego etapu eksploatacji. Nie mają bowiem charakteru nieciągłości materiału. Nie można ich zobaczyć ani wyczuć dotykiem. Uwidaczniają się pod wpływem zabrudzeń oraz, paradoksalnie, korzystnych zjawisk podczas dojrzewania betonu, co zostanie wyjaśnione dalej.

Jak twierdzi Neville (Rozdział 6.8.), mikrorysy obecne są nie tylko w betonach tzw. normalnych, ale nawet w betonach o bardzo niskich współczynnikach w/c (woda/cement) i pielęgnowanych w wilgoci. Z uwagi na tą powszechność uważa się, że mikrozarysowania są ogólną cechą betonu. W poprawnie zaprojektowanych i wykonanych betonach nie są problemem technicznym, choć w przypadku niektórych zastosowań należy je brać pod uwagę.

Mikrorysy są szczególnie częstym zjawiskiem w posadzkach przemysłowych, jak na zdjęciu poniżej.

Ikea - posadzka

Zjawiska te oczywiście pogarszają estetykę wyrobów betonowych, co ma znaczenie np. dla klienta indywidualnego czy w przypadku betonów architektonicznych. Dla branży brukarskiej pocieszające jest to, że mikrospękania bardzo rzadko występują na kostkach brukowych. Jednak często występują na wyrobach masywnych albo takich o grubszej górnej warstwie, jak np. obrzeża lub krawężniki drogowe. Krawężniki nie mają znaczenia konstrukcyjnego w sensie obciążeniowym, a sprawdzono, że mikrospękania skurczowe pozostają stabilne podczas eksploatacji, a ich propagacja może nastąpić dopiero po przyłożeniu obciążeń ściskających bliskich wytrzymałości granicznej, kiedy cały kompozyt betonowy ulega już zniszczeniu. W poprawnie zabudowanych krawężnikach takie obciążenia praktycznie nie występują, ponieważ krawężniki poddawane są przede wszystkim zginaniu, i to przy znacznie mniejszych siłach.

Powstawanie mikrospękań można tłumaczyć nieuniknionymi różnicami właściwości między grubym kruszywem a zaczynem cementowym czy, w przypadku wyrobów dwuwarstwowych, istotnymi różnicami budowy i właściwości twardniejących warstw konstrukcyjnej i licowej. W takim twardniejącym betonie wiele się dzieje, np. występują naprężenia termiczne, różnice skurczu, temperatury wytwarzającej się w warstwach czy szybkości przyrostu wytrzymałości. To wszystko może być podejrzane o powodowanie zjawiska widocznego na zdjęciach poniżej.

Uwidacznianie się włoskowatych mikropęknięć pociąga za sobą także korzystne zjawiska występujące w dojrzewającym betonie. Beton o dużej zawartości cementu (ok. 450 kg/m. sześć. w górnej warstwie krawężników) jest przygotowany na wszelkie klasy ekspozycji. Niski współczynnik w/c polepsza wytrzymałość i mrozoodporność mieszanki, ale powoduje także pozostanie pewnej ilości nieuwodnionego cementu. Wnikająca do rys wilgoć powoduje stopniową hydratację tego pozostałego cementu, co znane jest w technologii betonu jako samoregeneracja czyli samoistne zamykanie rys. Dodatkowo dochodzi do zamiany wodorotlenku wapnia powstałego podczas hydratacji w twardszy węglan wapnia, co uszczelnia rysy, pory betonu oraz mniejsze pustki. Węglan wapnia z drobnymi zanieczyszczeniami transportowanymi przez wodę tworzą rodzaj blizny, która zaznacza przebieg mikropęknięcia. Taka blizna jest szczelna, a nasze badania mrozoodporności (przytoczone na koniec artykułu) nie wykazały osłabienia takich miejsc (zdjęcie poniżej).

Produkowane przez nas krawężniki wielokrotnie badane były w laboratoriach betonu, a wyniki otrzymywane w badaniach mrozoodporności były więcej, niż zadowalające; niektóre próbki wykazywały całkowity brak złuszczenia.

W specyfikacjach projektowych dróg często powtarzają się zapisy o niedopuszczalnych wadach górnej warstwy krawężników. Używane tam określenie „rysy” odnosi się do nieciągłości w powierzchni betonu, które można zauważyć gołym okiem z odległości 2 m, i które mogą świadczyć o błędzie w zagęszczeniu mieszanki betonowej. Należy podkreślić z całą stanowczością: włoskowate mikropęknięcia są niemożliwe do zauważenia podczas pakowania dopiero wyprodukowanych wyrobów betonowych, niewidoczne dla nieuzbrojonego oka i powstają zazwyczaj już po wyprowadzeniu produktów z hali produkcyjnej. Pozostają niewidoczne do czasu zaistnienia wyżej opisanych zjawisk. Są powszechnie znane. W prawidłowych wyrobach nie stanowią zagrożenia dla trwałości.

Na poparcie tych słów można przywołać zapisy w warunkach gwarancji znanych ogólnopolskich firm produkujących galanterię betonową. Firma Semmelrock pisze w swoich „Warunkach gwarancji”, że „nie można uznać za wadę włoskowatych mikropęknięć powierzchniowych (…)”. Firma Polbruk informuje w swojej broszurze technicznej: „Na powierzchni wyrobów mogą występować mikrospękania włoskowate, które szczególnie uwidaczniają się na wilgotnej nawierzchni, podczas jej schnięcia, np. po opadach atmosferycznych. (…)” oraz „że w przypadku wyrobów spełniających deklarowane cechy, omawiane mikrospękania nie obniżają własności użytkowych i trwałości wyrobu”.

Znana z naszego regionu firma Superbruk w swoich „Warunkach gwarancji” ma niemal co do słowa identyczny zapis, jaki jest w materiałach Polbruku (stan na wrzesień 2015), co oznacza, że przyjmuje identyczne stanowisko. Można znaleźć wiele innych przykładów podobnych zapisów na temat mikrospękań.

Przytoczone zapisy świadczą dobitnie, że chociaż producenci zdają sobie sprawę z występowania zjawiska włoskowatych mikropęknięć, to jednak nie mogą całkowicie ich wyeliminować.

Aby samemu przekonać się o nieszkodliwości mikrospękań skurczowych, poddaliśmy wyrób betonowy – krawężnik – badaniu mrozoodporności. Wcześniej ten krawężnik był wbudowany w poddaną eksploatacji drogę krajową na północy Polski. Pochodzenie krawężnika było znane ekipie badawczej, dlatego wiadomo, że został wyprodukowany prawidłowo.

Próbki wycięte z krawężnika przedstawione są na poniższych zdjęciach. Na próbce nr 1 jest widoczne uszkodzenie warstwy licowej pochodzące od uderzenia lemieszem podczas odśnieżania.

Badaniu poddano także próbki warstwy konstrukcyjnej krawężnika, która jest normalnie chroniona przed działaniem soli przez warstwę licową.

Próbki zostały przygotowane do bardzo wymagającego badania mrozoodporności z udziałem soli odladzającej w warunkach zamrażania-rozmrażania z przebiegiem temperatury wg normy PN-EN 1340 Krawężniki betonowe Wymagania i metody badań.

Próbki umieszczono w zamrażarce laboratoryjnej i zalano najbardziej agresywnym dla betonu 3% stężeniem NaCl (chlorku sodu).

Do kontroli temperatury cyklu zamrażania-rozmrażania służyło łącznie 6 czujników rozłożonych w różnych miejscach zamrażarki.

Poziom solanki był codziennie kontrolowany. Dla zwiększenia stopnia oddziaływania wynosił nie normatywne 5 mm, a ponad 10 mm.

Przebieg temperatury z jednego z czujników wyglądał następująco:

Zaostrzone warunki badania okazały się zbyt łagodne dla tego krawężnika. Nie spowodowały złuszczeń na górnej, licowej warstwie krawężnika, na której były mikrospękania.

Zdjęcia warstwy licowej po badaniu:

Na powierzchni warstwy konstrukcyjnej pojawiły się drobne złuszczenia (średnia 0,091 kg/m.kw.), jednak znacznie mniejsze od dopuszczalnej normatywnej wartości (1,0 kg/m.kw.), co przedstawiają zdjęcia poniżej. Na próbce numer 1 złuszczenie było najwyraźniejsze i wyniosło 0,185 kg/m.kw.

Należy zaznaczyć, że warstwy konstrukcyjnej nie poddaje się normalnie takiemu badaniu. Z założenia ma ona być chroniona przez warstwę licową, ponieważ pełni funkcję jedynie nośną i nie jest tak odporna na agresywny wpływ czynników eksploatacyjnych jak licowa. Dlatego nie spodziewano się, że warstwa konstrukcyjna przetrwa badanie mrozoodporności, nie mówiąc o tak dobrym wyniku.

Podsumowanie

Poprawnie wyprodukowane i wysokiej jakości wyroby betonowe, na których występują mikrospękania skurczowe, wytrzymują nawet ekstremalne warunki eksploatacyjne występujące na naszych drogach krajowych i ulicach.

Poniższe zdjęcie przedstawia krawężniki z silnymi spękaniami skurczowymi wyprodukowane i wbudowane późną jesienią, które natychmiast zostały poddane soleniu. Wygląd po 5 latach eksploatacji.

Na koniec zdjęcia z bardzo obciążonego ruchem ciężarowym skrzyżowania dróg krajowych w województwie podlaskim. Krawężniki pochodzące z naszej firmy wbudowano tam kilkanaście lat temu. Spękania skurczowe występujące na tych krawężnikach noszą ślady różnych zjawisk, ale wszystkie krawężniki spisują się prawidłowo i wykazują wysoką trwałość.

2015-10-03 13:03 Opublikował: Administrator

Wyszukiwarka

Informujemy, że, zgodnie z Ustawą z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych, wszystkie zdjęcia, rysunki i inne utwory obecne na niniejszej stronie internetowej, są własnością autora i podlegają ochronie prawnej. Kto wykorzystuje je w sposób niezgodny z ustawą, w szczególności bez zgody autora, podlega grzywnie, karze ograniczenia wolności albo pozbawienia wolności do lat 3.