Jakość betonowych posadzek przemysłowych nie zawsze jest zgodna z oczekiwaniami. Aktualne wymagania nie są wystarczająco precyzyjne. Zgodność klasy betonu, z którego wykonywana jest posadzka, i konsystencja mieszanki dostarczonej na budowę nie wystarczają do otrzymania dobrej jakościowo posadzki. W artykule pokazano, jaka jest rzeczywista wytrzymałość betonu na ściskanie na różnych poziomach posadzki. Wierzchnia warstwa jest zwykle dużo słabsza od klasy betonu projektowanego i dostarczonego na budowę. Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie na całej grubości posadzki powinno być obligatoryjne. Zaproponowano, aby beton w posadzce był badany na całej jej grubości, a ocena parametryczna powinna uwzględniać oprócz klasy betonu również gradient zmiany wytrzymałości na grubości posadzki.

Title
Assessment of concrete quality in industrial floors – a new concept
Streszczenie
Jakość betonowych posadzek przemysłowych nie zawsze jest zgodna z oczekiwaniami. Aktualne wymagania nie są wystarczająco precyzyjne. Zgodność klasy betonu, z którego wykonywana jest posadzka, i konsystencja mieszanki dostarczonej na budowę nie wystarczają do otrzymania dobrej jakościowo posadzki. W artykule pokazano, jaka jest rzeczywista wytrzymałość betonu na ściskanie na różnych poziomach posadzki. Wierzchnia warstwa jest zwykle dużo słabsza od klasy betonu projektowanego i dostarczonego na budowę. Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie na całej grubości posadzki powinno być obligatoryjne. Zaproponowano, aby beton w posadzce był badany na całej jej grubości, a ocena parametryczna powinna uwzględniać oprócz klasy betonu również gradient zmiany wytrzymałości na grubości posadzki.
Summary
The quality of concrete industrial floors is not always in line with expectations. Current requirements are not precise enough. Conformity of the concrete from which a floor is made with the concrete strength class and the consistency of the mixture delivered to the construction site are not sufficient to obtain a good quality floor. The paper shows the actual compressive strength of concrete at various levels of the floor. The top layer is usually much weaker than the class of the concrete which was designed and delivered to the construction site. Testing the compressive strength of the concrete over the entire thickness of the floor should be obligatory. It has been proposed that the concrete in the floor is tested over its entire thickness and that the parametric assessment should take into account, apart from the concrete class, also the gradient of the change of strength over the floor thickness.
Słowa kluczowe
posadzki przemysłowe, betonowe posadzki przemysłowe
Keywords
industrial floors, concrete industrial floors

Twierdzenie, że winę za złą jakość posadzki ponosi wyłącznie wykonawca, jest dużym uproszczeniem, gdyż temu samemu wykonawcy zdarza się wykonywać posadzki zarówno dobre, jak i złe, pomimo że niezmieniona pozostaje również technologia wykonania posadzek. W świetle takich spostrzeżeń pozostaje otwarte pytanie o przyczyny tej różnorodności, a także o kryteria oceny wykonania posadzki. Naprawa złych posadzek zwykle wymaga usunięcia wierzchniej warstwy. Powstaje kolejne pytanie: jaką grubość warstwy betonowej trzeba usunąć przez frezowanie, aby pozostała warstwa gwarantowała wystarczającą przyczepność nowego betonu do pozostawionego? Czy kosztowna naprawa będzie skuteczna, a trwałość naprawionej posadzki nie będzie obniżona? W literaturze wymienia się bardzo liczne przyczyny powodujące obniżoną jakość posadzki [1-5]. Ta problematyka jest bardzo obszerna i nie jest przedmiotem artykułu. Równie ważnym tematem jest problem oceny jakości wykonanej posadzki i możliwości ewentualnej naprawy.

Badania właściwości betonu zagęszczanego wibracyjnie w polu ciężkości ziemi

Normowe systemy kontroli betonu [8] sprowadzają się do badania próbek betonu z przygotowanej mieszanki betonowej. Sprowadzają się do kontroli wytrzymałości produkowanej mieszanki betonowej w wytwórni, czasem mieszanki dostarczonej na budowę (próbki pobierane na budowie). Sposób pobierania dużych próbek betonu 15 x 15 x 15 cm i ich przechowywania nie uwzględnia technologii wykonania posadzki, zachowania się masy betonowej w polu ciężkości Ziemi, gdy jest ona upłynniona w trakcie wibracji. Zjawisko rozsegregowania się składników upłynnionej drganiami mieszanki betonowej jest na ogół znane, ale zdecydowanie niedoceniane [7]. Normy [9-10] mówiące o badaniu betonu w konstrukcjach opartych na próbkach z odwierconych rdzeni nawet w przybliżeniu nie informują o wytrzymałości betonu na grubości posadzki. Nie można badać rozkładu wytrzymałości na dużych próbkach 15 x 15 x 15 cm (szczególnie gdy grubość płyty stropowej lub posadzkowej jest niewiele większa i wynosi 20-25 cm). Można ten problem nieznacznie rozpoznać, gdy badane są próbki odwiercone z konstrukcji o mniejszych średnicach, ale i tutaj zalecana jest średnica 10 cm. Gdy uwzględni się, że wytrzymałość danej próbki badanej metodą niszczącą jest równa wytrzymałości w połowie jej wysokości, to na odwiertach Φ10 cm badana jest wytrzymałość betonu w odległości 5 cm od powierzchni posadzki. Norma [10] o badaniu betonu w konstrukcji zwraca uwagę na to, że wytrzymałość w strefie górnej może być o około 25% niższa niż w strefie dolnej. Obszerne badania wytrzymałości betonu metodą niszczącą na próbkach o różnych średnicach, od 59 mm do 114 mm wycinanych z betonu różnie zagęszczonego, przedstawione w pracy [11] wykazały obniżenie wytrzymałości strefy górnej o około 40% w stosunku do próbek ze strefy dolnej. Należy jednak pamiętać, że ciągle badano nie strefę powierzchowną, która jest najbardziej obciążona w posadzkach, ale strefę odsuniętą od górnej powierzchni o kilka centymetrów (3-6 cm). W ramach realizacji projektu badań betonu posadzkowego analizowano betony, których próbki pobrane były z posadzek przemysłowych wykonanych w różnych częściach Polski, z różnych kruszyw, skomponowane według własnych projektów mieszanki betonowej, opracowanych w wytwórniach betonu towarowego. Cechą charakterystyczną badanych kompozycji betonowych były niedostatki w zakresie jakości betonu. Niektóre posadzki musiały być z tego powodu usunięte i wykonane od nowa. Do badań pobrano rdzenie o długości równej grubości posadzki, o średnicach 80 lub 100 mm, po 6 sztuk z każdej badanej posadzki. Pochodziły one z posadzek wykańczanych w różny sposób. Były posadzki nieutwardzane, utwardzane powierzchniowo środkami mineralnymi, a także z wierzchnią warstwą żywiczną. Warstwa utwardzona o grubości do 10 mm w niektórych obszarach odspoiła się, co trzeba jednoznacznie uznać za stan awaryjny posadzki. Do badania wytrzymałości betonu na różnych głębokościach posadzki, czyli na długości otrzymanych rdzeni, zastosowano metodę ultradźwiękową i korzystano z głowic punktowych, których powierzchnia kontaktu z betonem wynosiła tylko 0,8 mm2. Stosowano głowice o częstotliwości 40 kHz z falowodami eksponencjalnymi.

Przebieg badań był następujący:

  • Rdzenie betonowe oczyszczono i osuszono do stanu powietrzno-suchego.
  • Wzdłuż każdego z nich zaznaczono punkty do badania prędkości ultradźwięków na danej głębokości posadzki.
  • Odległość między płaszczyznami pomiarów przyjmowano jako 10 mm. W kilku wybranych rdzeniach w wierzchniej warstwie 3-4 cm odległości między płaszczyznami pomiarów zmniejszono do 2 mm lub 5 mm. Zagęszczenie płaszczyzny pomiarów miało na celu dokładniejsze rozpoznanie wytrzymałości w strefie dużych zmian tego parametru. W każdej płaszczyźnie wykonano po dwa odczyty w kierunkach w przybliżeniu prostopadłych do siebie.
  • Badania ultradźwiękowe wykonano próbnikiem Unipan 543 i głowicami punktowymi o częstotliwości 40 kHz. Testowanie głowic przedstawiono w pracy [12].
  • Po wykonaniu badań ultradźwiękowych rdzenie pocięto na walce o wysokości równej średnicy i zbadano ich wytrzymałość w maszynie wytrzymałościowej, otrzymując fc [MPa] dla każdej próbki.
  • Wytrzymałość zniszczeniowa fc [MPa] i średnia prędkość ultradźwięków CL [km/s] z 2 kierunków badania I i II określona w połowie wysokości każdej próbki walcowej były podstawą wyznaczenia zależności pomiędzy prędkością fali ultradźwiękowej a wytrzymałością betonu dla danej serii (posadzki).
  • Dla analizowanych posadzek otrzymano następujące zależności pomiędzy prędkością fali ultradźwiękowej CL a wytrzymałością betonu na ściskanie fc:

fc = 112,88CL2-379,85CL+333,01 [MPa](1)
fc = 0,372CL5,1316 [MPa](2)
fc = 0,123CL4,3081 [MPa](3)
fc = 9,346exp0,32CL [MPa](4)
fc = 0,1983CL4,3081 [MPa](5)
f= 6,147CL2-18,172CL+10,786 [MPa](6)
fc = 24,78CL-33,6 [MPa](7)

Dobór zależności fc-CL należy przeprowadzić każdorazowo dla badanego betonu ze względu na różne kruszywo, różny cement, różne dodatki i domieszki, a także różne nieznane dokładnie warunki wykonania.

Analiza otrzymanych
rozkładów wytrzymałości betonu na grubościach badanych posadzek

We wszystkich badanych posadzkach powtarza się niezmiennie ujawniona już we wcześniejszych badaniach autora [12, 13] zasada zróżnicowania wytrzymałości betonu na grubości płyty posadzkowej. Najmocniejszy beton jest w warstwie dolnej, a najsłabszy – w warstwie górnej. Zmiana wytrzymałości betonu na grubości płyty nie jest jednak jednakowa. Jednym słowem zagęszczenie mieszanki betonowej w różnych zakładach było różne. Można wskazać trzy grupy betonów stosowanych do wykonania posadzek:

  • Pierwsza grupa to posadzki, w których beton utrzymał dobrą jednorodność na przeważającej grubości. Jedynie wierzchnia warstwa o grubości około 10 mm jest silnie osłabiona (rys. 1).
  • Druga grupa to posadzki, które również mają dostateczną jednorodność na znacznej grubości, a warstwa osłabiona ma dużą grubość
    30-35 mm (rys. 2).
  • Do grupy trzeciej należą posadzki z betonu, w którym rozsegregowanie składników na grubości jest duże. Towarzyszy temu duża zmiana wytrzymałości betonu na całej grubości posadzki (rys. 3).

Z wykresów rozkładu wytrzymałości betonu na grubości posadzki wynika kilka cennych informacji, a mianowicie:

  • wytrzymałość w połowie wysokości rdzenia odpowiada klasie dostarczonego betonu,
  • ze zmienności wytrzymałości betonu na grubości posadzki wynika np., czy dobrany w wytwórni skład betonu był odporny na segregację składników i dopasowany do technologii zagęszczania,
  • jednoznacznie odczytujemy, o jakiej grubości warstwa posadzki jest słabsza od minimalnej wartości wymaganej i jaką grubość posadzki należy sfrezować, aby nowa warstwa betonu nie odspoiła się ponownie,
  • jeżeli posadzka była utwardzana powierzchniowo, to grubość strefy wzmocnionej jest widoczna na wykresie; jeżeli wytrzymałość betonu pod warstewką wzmocnioną jest za mała, to można przewidywać trwałość naprawionej posadzki; gdy beton w posadzce należy do grupy I, to poprawnie wykonana warstwa utwardzająca może wyrównać niedobór wytrzymałości i posadzka uzyska projektowaną jakość (rys. 4).

Wzmocnienie posadzki zbyt małą ilością posypki będzie nieskuteczne, co pokazano na rys. 5.
Również nieskuteczne będzie wzmocnienie powierzchniowe, gdy beton pod warstewką wzmocnioną będzie za słaby do przeniesienia naprężeń od skurczu wierzchniej wzmocnionej warstwy (rys. 6).

Analiza rozkładów wytrzymałości betonu na grubości posadzki dla dobrego specjalisty jest bardzo dobrym sposobem do oceny jakości betonu w posadzce. Nasuwa się jednak pytanie, czy dałoby się dokonać oceny jakości betonu w posadzce przemysłowej bez angażowania specjalisty, w oparciu o jakiś obiektywny parametr liczbowy. Stosowany dawniej współczynnik zmienności betonu jest przydatny wtedy, gdy zmienność ma charakter losowy. Nie będzie przydatny w omawianym przypadku, w którym zmienność ma charakter systematyczny.

Nowa koncepcja oceny jakości betonu w posadzkach przemysłowych

Główną przyczyną obniżenia wytrzymałości betonu w górnej strefie posadzek przemysłowych i w innych płytach formowanych w polu ciężkości Ziemi jest rozsegregowanie składników betonu, to znaczy kruszywo przemieszcza się ku dołowi, zagęszczając tam strukturę, a woda z powietrzem przemieszcza się ku górze, powodując silne sporowacenie tej strefy. Szybkość tych zmian jest różna w różnych betonach, zależy to od wielu czynników. Z jednych mieszanek betonowych można wykonać płyty o małym zróżnicowaniu wytrzymałości na grubości i odwrotnie – z niektórych mieszanek duże zróżnicowanie wytrzymałości na grubości płyty jest nieuniknione.

Aby można było ocenić, z jakiej mieszanki otrzymano lepszy produkt, a z jakiej gorszy, potrzebny jest taki wskaźnik, który oceni jakość betonu pod względem jednorodności betonu na grubości płyty, posadzki. Biorąc pod uwagę niezaprzeczalny fakt, że beton nie jest materiałem jednorodnym, wytrzymałości w różnych miejscach są różne, to w rzeczywistości możemy powiedzieć, że kompozyt betonowy tworzy skalarne pole wytrzymałości, a gradient takiego pola pokazuje kierunek najszybszych wzrostów wytrzymałości w poszczególnych punktach. Wektor przeciwny do gradientu nazywany jest antygradientem i pokazuje szybkość spadku (zmniejszania się) wytrzymałości. Gradient wytrzymałości jest wielkością wektorową, a jego jednostką w układzie IS jest paskal na metr (Pa/m). Pole wytrzymałościowe w posadzkach przemysłowych zmienia się przede wszystkim w kierunku pionowym, czyli wraz z odległością od spodu płyty. Gradient wytrzymałości między dwoma płaszczyznami pomiaru a i b można wyrazić równaniem:

 

(8)
gdzie:
fcb – wytrzymałość betonu w płaszczyźnie b,
fca – wytrzymałość betonu w płaszczyźnie a,
b – odległość płaszczyzny pomiaru b od spodu płyty,
a – odległość płaszczyzny pomiaru a od spodu płyty.

Aby gradient wytrzymałości stał się kryterium oceny, należałoby uzgodnić, jak duża zmiana wytrzymałości jest jeszcze dopuszczalna. W pracy [12] zaproponowano, aby ≤/-1,0/ MPa/cm i był przyjęty jako dopuszczalna szybkość spadku wytrzymałości w wierzchniej warstwie posadzki. Reasumując, posadzka powinna być wykonana z betonu określonej klasy i z gradientem zmienności wytrzymałości na zaproponowanym poziomie. Według proponowanej koncepcji jakość betonu w posadzce byłaby określona nie jednym, lecz dwoma parametrami, np. C25/30 i  MPa/cm.

Podsumowanie

Dotychczas stosowana ocena betonu w posadzkach przemysłowych jest nieskuteczna i z tego względu z powodu braku kryterium, co jest dobre, a co złe, nieskuteczne są próby poprawienia jakości betonów posadzkowych. Bazowanie na teoretycznej wytrzymałości produkowanej mieszanki betonowej jest błądzeniem po omacku. Często od wyprodukowania mieszanki betonowej do wbudowania mija dużo czasu, po drodze są transport i zagęszczanie formowanej posadzki, postępuje rozpoczęty proces wiązania cementu, nie mówiąc o niekontrolowanych zabiegach psujących beton, takich jak dolewanie wody itp. Ostatecznie powstaje wyrób, który ocenia się na podstawie klasy wyprodukowanego betonu. Końcowy wyrób, czyli beton w posadzce, powinien być badany na odwiertach rdzeniowych i nie na jednej próbce czy dwóch próbkach, ale przy wyznaczeniu wytrzymałości, np. metodą ultradźwiękową na całej grubości posadzki, a wynik badań byłby w miarę kompleksowy, gdyby ocena betonu w posadzce była przynajmniej dwuparametrowa (klasa i gradient wytrzymałości). Mając takie dwa parametry, można poprawiać skład mieszanki, technologię układania, zagęszczania, pielęgnacji betonu aż do momentu uzyskania betonu optymalnego.


Piśmiennictwo
  1. Hajduk P.: Monolityczne podłogi betonowe – jak uniknąć błędów cz. I-II. „Inżynier Budownictwa”, nr 10/2018, nr 11/2018.
  2. Czarnecki L., Mierzwa J.: Wybrane przyczyny materiałowe uszkodzeń posadzek betonowych. „Materiały Budowlane”, nr 9/2014.
  3. Concrete bleeding. Causes, effects and control. TheAberdeen Group, 1988.
  4. Daderko G.: Concrete failures. „The Construction Spe­cifier”, 2008.
  5. Concrete delamination, its causes and prevention. Gosling Czubak Engineering Science, inc. Vol. 10 Issue 1, 2011.
  6. Budownictwa betonowe: Badanie materiałów, elementów i konstrukcji. T. VIII (oprac. zbior.). Arkady, Warszawa 1970.
  7. Stawiski B.: Ultradźwiękowe badania betonów i zapraw głowicami punktowymi. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2009.
  8. PN-EN 12390-3: Badania betonu Cz. 3. Wytrzymałość na ściskanie próbek do badania.
  9. PN-EN 12504-1: Badania betonu w konstrukcjach – cz. 1. Odwierty rdzeniowe.
  10. PN-EN 13791: Ocena wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcjach i prefabrykowanych wyrobach betonowych.
  11. Szeptulski J.: Wpływ miejsca pobrania i średnicy odwiertów na wyniki badań wytrzymałości betonu w konstrukcji (rozprawa doktorska). Politechnika Warszawska.
  12. Gudra T., Stawiski B.: Non-destructive strength characterization of concrete using surface waves. NDT&E International, nr 33/2000.
  13. Stawiski B.: Gradienty wytrzymałości betonu w posadzkach przemysłowych. „Materiały Budowlane”, nr 11/2017.
  14. Stawiski B.: The heterogeneity of mechanical properties of concrete in formed constructions horizontally. „Archives of Civil and Mechanical Engineering”, nr 1/2012.

 



Rys. 1. Beton w posadzce ma dobrą jednorodność na grubości poza cienką, około 10-milimetrową warstwą wierzchnią

 

Rys. 2. Beton na grubości posadzki nie uległ znacznemu rozsegregowaniu, ale osłabiona wierzchnia warstwa ma znaczną grubość 30-35 mm

 

Rys. 3. Zmiana wytrzymałości betonu na grubości posadzki jest ciągła. Osłabiona wierzchnia warstwa jest bardzo gruba

 

Rys. 4. Wytrzymałość dość mocnej posadzki (22 MPa) dzięki posypce utwardzającej została wzmocniona do wartości projektowanej 30 MPa. Jednak wzmocnienie nie sięgnęło wystarczająco głęboko

 

Rys. 5. Wzmocnienie powierzchniowe za słabe, nieskuteczne

Rys. 6. Wzmocnienie nieskuteczne z powodu zbyt grubej warstwy wierzchniej słabego betonu. Posypka utwardzająca wzmocniła posadzkę do głębokości około 20 mm

W związku z wejściem w dniu 25 maja 2018 roku nowych przepisów w zakresie ochrony danych osobowych (RODO), chcemy poinformować Cię o kilku ważnych kwestiach dotyczących bezpieczeństwa przetwarzania Twoich danych osobowych. Prosimy abyś zapoznał się z informacją na temat Administratora danych osobowych, celu i zakresu przetwarzania danych oraz poznał swoje uprawnienia. W tym celu przygotowaliśmy dla Ciebie szczegółową informację dotyczącą przetwarzania danych osobowych.
Wszelkie informacje znajdziesz tutaj.
Zachęcamy również do zapoznania się z naszą nową Polityką Prywatności.
W przypadku pytań zapraszamy do kontaktu z naszym Inspektorem Ochrony Danych Osobowych pod adresem iodo@elamed.pl

Zamknij