PŁYTY FUNDAMENTOWE A ZBROJENIE ROZPROSZONE

Ludzie już od zamierzchłych czasów budują różnego rodzaju budowle i budynki. Jednym z elementów budynku jest podłoga i jej wierzchnia warstwa, czyli posadzka. Nie należy ona do konstrukcji obiektu, tj. jej wytrzymałość nie jest obliczana w klasycznym projekcie konstrukcyjnym. W dawniejszych czasach, kiedy podłogi były obciążane wyłącznie siłami powstałymi w wyniku poruszających się po nich ludzi i ewentualnie drobnym ruchem kołowym, nie było potrzeby ustalania jej nośności. Tym bardziej, że głównymi materiałami podłogowymi były kamień i drewno, których wytrzymałość znacznie przewyższała powstające w wyniku obciążeń naprężenia.
W średniowieczu najważniejszą cechą świadczącą o jakości i przydatności posadzki była jej trwałość, czyli w rozumieniu technicznym ścieralność i twardość. Jak wiemy z historii, budowniczowie tej epoki pozostawili nam w spadku głównie granitowe nawierzchnie, niejednokrotnie zadziwiające trwałością nawet współczesne środowisko techniczne. Natomiast w baroku poprzez zastosowanie ozdobnych marmurów doceniono głównie aspekt estetyczny posadzek. Niestety marmury nie wykazują dużej odporności na ścieranie, ponadto nie są odpowiednie do stosowania na nawierzchnie zewnętrzne ze względu na niską mrozoodporność (ale nasze betonowe osadzki imitujące marmur są trwałe - zobacz je).
Rozwój przemysłu ciężkiego spowodował pojawienie się znacznie większych obciążeń działających na posadzki. Wystąpiła konieczność znalezienia rozwiązań spełniających wyższe wymagania. Na szczęście dla współczesnego inżyniera wynaleziono beton, a w późniejszym czasie i żelbet, czyli połączenie betonu ze zbrojeniem stalowym. Tradycyjna posadzka żelbetowa zbrojona jest siatkami stalowymi umieszczanymi głównie w dolnej części płyty posadzkowej. W tym przypadku stal zbrojeniowa ma za zadanie przejęcie naprężeń rozciągających, natomiast ściskanie przejmowanie jest przez beton.
Jest to rozwiązanie właściwe jeśli chodzi o zaspokojenie wymagań wytrzymałościowych posadzki. Płyta betonowa zbrojona siatką jest materiałem nieelastycznym i mogą wystąpić w niej mikrospękania. W związku z tym w środowisku naukowym jak i inżynierskim pojawiły się pytania, czy istnieje możliwość uzyskania materiału o cechach wytrzymałościowych podobnych do klasycznego betonu, lecz wykazującego większą elastyczność. Narodził się pomysł zastosowania zbrojenia rozproszonego w postaci włókien.
Włókna stalowe
Włókna stalowe do zbrojenia betonu
Użycie włókien do poprawienia mechanicznych właściwości materiałów kruchych znane jest już od zamierzchłych czasów. Pierwsze domy budowane z gliny w postaci lepianek były już wzmacniane „włóknem” ze słomy, co znacznie poprawiało wytrzymałość budulca. Kilkadziesiąt lat temu zaczęto coraz częściej stosować betony kompozytowe z włóknem stalowym i polipropylenowym, najpierw w Japonii, kraju zagrożeń sejsmicznych, a następnie w USA.
Fibrobetony należą do obszernego działu materiałów kompozytowych powstających w wyniku dodania krótkich włókien do matryc z zapraw cementowych lub betonów, zwykle drobnoziarnistych. Na matrycę betonową stosowane są kruszywa naturalne lub łamane, przy czym największe zalecane ziarna nie przekraczają 8 mm, choć znane są przypadki używania ziaren grubszych, nawet do 16 mm. Niekiedy wprowadzane są do matryc różnego typu domieszki i dodatki mające m. in. działanie uszczelniające lub uplastyczniające. Jako zbrojenie rozproszone dodawane są włókna stalowe o różnym kształcie, włókna z tworzyw sztucznych, np. polipropylenu, nylonu, włókna węglowe oraz pochodzenia organicznego np. z bawełny.
Włókna polipropylenowe
Włókna polipropylenowe do fibrobetonu
Zbrojenie rozproszone w fibrobetonie - betonie kompozytowym jest równomiernie rozmieszczone w całej objętości, co czyni go materiałem jednorodnym.
Stwierdzono, że dodatek włókna stalowego zasadniczo zmienia charakter betonu konstrukcyjnego, zmieniając go w materiał quasi-plastyczny.
Ma to zasadnicze znaczenie kiedy brane jest pod uwagę zachowanie nośności po pojawieniu się pierwszej rysy. Niektóre firmy projektując posadzki skupiają się głównie na ww. aspekcie. Pojawienie się pierwszej rysy w sposób znaczący pogarsza jednak jej walory estetyczne i użytkowe. W związku z tym nasuwa się pytanie, czy dodatek włókien może również opóźnić moment pojawienia się rys. Na podstawie wieloletnich obserwacji, jak również przeprowadzanych badań ustalono, iż włókna stalowe BAUMIX 60 (produkowane przez BAUTECH) znacznie podwyższają wytrzymałość betonu na rozciąganie przy zginaniu.
Porównanie odporności na obciążenia: fibrobeton, beton kompozytowy semi-elastyczny, beton konwencjonalnyNa schemacie obok przedstawiono, jak wyglądają odkształcenia przy rosnących obciążeniach w betonie tradycyjnym i kompozytowym z zastosowaniem różnych włókien.
Firma BAUTECH gwarantuje najwyższą jakość stali z jakiej zostało zrobione włókno oraz wykonuje indywidualne opracowania projektowe dla poszczególnych rodzajów posadzek w zależności od sposobu użytkowania. W wyniku obliczeń dobierana jest optymalna ilość zbrojenia BAUMIX 60 jakie należy zastosować, aby płyta spełniała warunki nośności i przenosiła obciążenia użytkowe, jak również naprężenia skurczowe powodujące pojawianie się mikrorys, powstające w początkowej fazie wiązania betonu. Mimo iż na polskim rynku występuje wielu producentów zbrojenia rozproszonego, to tylko nieliczni proponują włókna, których dodatek powoduje, iż pierwsze rysy pojawiają się przy znacznie większych naprężeniach i mniejszym ich dozowaniu. W związku z tym należy odpowiedzieć sobie na zasadnicze pytanie, czy wyznacznikiem jakości posadzki jest jedynie jej quasi-plastyczność czy również odporność na pojawianie się rys.
Niekiedy mamy do czynienia z obiektami typu bunkier, skarbiec, gdzie bardzo ważne jest aby materiał był quasi-plastyczny. Natomiast jeżeli mówimy o posadzkach, czyli elemencie wykończenia budynku, konieczne jest zwrócenie szczególnej uwagi na aspekt pojawienia się pierwszej rysy. Poprzez dozowanie włókien zbrojeniowych BAUMIX 60 możemy uzyskać fibrobeton będący również materiałem dekoracyjnym. Odpowiedź klienta na pytanie: czy chce mieć posadzkę, która będzie wytrzymała pomimo pojawienia się rys, czy posadzkę, która nie popęka, jest oczywista. Zastosowanie zbrojenia rozproszonego pozwala na uzyskanie całkiem nowej struktury połączenia składników betonu. W efekcie naprężenia skurczowe prowadzące do powstawania spękań w fazie wiązania betonu zostają rozproszone.
Porównanie fibrobetonu i betonu bez włókna polipropylenowegoNa przedstawionym obok wykresie wyraźnie widać, iż zastosowanie odpowiedniej ilości zbrojenia powoduje wyeliminowanie rys skurczowych w posadzce.
Brak rys dodatkowo powoduje uszczelnienie betonu i w konsekwencji znacznie obniża korozję stali. Dzięki korzystnym cechom wytrzymałościowym możliwe jest zmniejszenie grubości konstrukcji posadzki.
Oczywiście z powodzeniem można ominąć udział inżyniera – projektanta w procesie tworzenia posadzki i zastosować zwiększoną ilość zbrojenia. Jednak bardzo często są to zbędnie wydane pieniądze. Należy również pamiętać, iż zwiększenie zawartości zbrojenia rozproszonego znacznie pogarsza urabialność betonu, przez co trudne jest zachowanie odpowiedniej konsystencji przy utrzymaniu założonej klasy betonu. Ma to duże znaczenie podczas podawania mieszanki za pomocą pompy. Zastosowanie mniejszej ilości włókien ze stali dobrego gatunku jest bardziej efektywne od większej ilości włókien gorszych jakościowo.
Dzięki zastosowaniu zbrojenia rozproszonego dodawanego do betonu razem z kruszywem jeszcze na etapie wytwarzania mieszanki, uzyskujemy uproszczenie technologii poprzez wyeliminowanie zbrojenia tradycyjnego w postaci siatek i problemów związanych z utrzymaniem ich na właściwej wysokości w przekroju płyty, tj. zachowaniem odpowiedniej otuliny.
Zastosowanie włókien i w konsekwencji zahamowanie powstawania mikrorys podwyższa aspekty estetyczne posadzki oraz zwiększa jej odporność na uszkodzenia udarowe.
Ma to duże znaczenie w przypadku zastosowania utwardzenia powierzchniowego wykonywanego w technice suchej posypki (DST - dry shake topping), w wyniku którego uzyskujemy bardzo odporną na ścieranie nawierzchnię.
Wykonanie posadzki utwardzanej powierzchniowo polega zasadniczo na wtarciu w świeży beton materiału (utwardzacza) znacznie poprawiającego wytrzymałość posadzki na ścieranie. Dzięki temu powstaje warstwa o grubości kilku milimetrów trwale związana z matrycą betonową.
Zwraca się uwagę, że przedozowanie plastyfikatorów może spowodować znaczne opóźnienie wiązania, uniemożliwiając utwardzenie nawierzchni techniką suchej posypki.
Niedopuszczalne jest również dolewanie wody do mieszanki betonowej celem zwiększenia jej urabialności. Powoduje to znaczny spadek wytrzymałości betonu oraz wyraźny wzrost skurczu chemiczno-fizycznego, wskutek czego mogą powstać niekontrolowane rysy i spękania.
Samo wykonanie posadzki wymaga znacznej wprawy i wyspecjalizowanej kadry w wykonywaniu tego typu remontów kompleksowych w budynkach lub halach.
Układanie betonu listwa wibracyjna
Zagęszczanie betonu z włóknem stalowym przy pomocy listwy wibracyjnej wielopunktowej
Niezależnie od przyjętej metody rozkładania betonu i rodzaju utwardzacza etapy wykończenia nawierzchni są takie same i przebiegają w sposób następujący (zobacz proces na obrazkach):
Zgarnianie mleczka
Zgarnianie mleczka cementowego listwą z długim trzonkiem (bez wchodzenia na płytę).
Bezpośrednio po ułożeniu i zagęszczeniu mieszanki betonowej należy pamiętać o ściągnięciu nadmiaru mleczka cementowego, które po związaniu może stanowić „słabą” warstwę. Wykonuje się to za pomocą listwy z długim trzonkiem, ponieważ brak jest możliwości wejścia na powierzchnię. Następnie rozsypywana jest posypka (utwardzacz powierzchniowy – MULTITOP, MULTITOP ENDURO, BAUTOP ENDURO, EXTRATOP ENDURO) w ilości zalecanej przez BAUTECH. Posypki dostępne w Polsce wykazują różne odporności na ścieranie, co ma duże znaczenie przy doborze odpowiedniego materiału. Zależne to jest od intensywności i warunków użytkowania posadzki. W firmie BAUTECH zajmują się tym doradcy techniczni.
Kolejny etap polega na wygładzeniu i wyrównaniu utwardzacza. Wykonuje się to przegubową listwą ściągającą po jego nasiąknięciu wilgocią z mieszanki betonowej.
Zacieranie posadzki, zacieraczka
Zacieranie mechaniczne posadzki betonowej utwardzanej powierzchniowo w technologii DST

Impregnacja płyty
Impregnacja płyty przy pomocy opryskiwacza ciśnieniowego
Wstępne zatarcie wykonywane jest po stwardnieniu betonu do takiego stopnia, że można wejść na jego powierzchnię pozostawiając ślad o głębokości 2-3 mm. W celu lepszego połączenia warstwy utwardzającej z betonem dokonywane jest ono dyskiem zakładanym na łopatki zacieraczki mechanicznej.
Mechaniczne zacieranie posadzki dokonywane jest w określonych odstępach czasu, zależnych od panującej temperatury, zacieraczkami mechanicznymi ze skrzydełkami ustawianymi stopniowo pod coraz większym kątem, aż do uzyskania gładkości.
Niezależnie od zastosowanego rodzaju utwardzacza natychmiast po zakończeniu procesu zacierania należy za pomocą ręcznego lub przemysłowego opryskiwacza dokonać natrysku preparatu impregnującego, np. BAUSEAL ENDURO, który wiąże się na stałe z matrycą betonową, dzięki czemu:
uszczelnia i utwardza beton,
zapobiega pyleniu oraz karbonizacji,
ogranicza występowanie mikrorys,
zwiększa mrozoodporność,
ogranicza przenikliwość chlorków,
zwiększa odporność na agresję chemiczną,
a przede wszystkim pielęgnuje i impregnuje nawierzchnię.

W przypadku nawierzchni pływającej o grubości poniżej 12 cm oraz przy wysokich temperaturach panujących podczas wykonywania posadzki, należy po wyschnięciu impregnatu przykryć nawierzchnię na ok. 10 dni folią celem uniknięcia nadmiernego odparowania wody mogącego powodować powstawanie rys i paczenie się płyty.
Nacinanie szczelin dylatacyjnych
Nacinanie szczelin dylatacyjnych przecinarką do betonu

Wypełnianie dylatacji sznurem i masą
Wypełnianie szczeliny dylatacyjnej sznurem. Na fot. również masa dylatacyjna dwuskładnikowa (składniki mieszamy tuż przed użyciem).
Szczeliny skurczowe nacinane są w rozstawie ≤ 6 m, do głębokości ok. 1/3 grubości nawierzchni, o szerokości około 3 mm, możliwie jak najwcześniej, gdy piła już nie wyrywa ziaren kruszywa. Zależy to od temperatury panującej w hali. Wokół słupów wykonywane są nacięcia w „karo”, a gdy słup jest przy ścianie w „półkaro”.
Po ok. 30 dniach przystępuje się do wypełnienia szwów roboczych i szczelin skurczowych. W nawierzchniach zewnętrznych szwy robocze są dyblowane, a w nawierzchniach wewnętrznych zwykle kotwione. Szwy robocze winny być zakotwione prętami ze stali A0 lub AI gładkiej ø14 mm, długości ok. 40 cm, w odstępach ok. 30 cm, umieszczonymi w środkowej 1/3 przekroju.
Szczeliny rozszerzeniowe wokół słupów, ścian, fundamentów wykonuje się np. z pasa gąbki półsztywnej grubości 6 - 8 mm.
O rozstawie szwów i szczelin decyduje:
układ konstrukcyjny hali (występowanie bądź brak słupów),
plan zagospodarowania hali (miejsca usytuowania regałów, ciągi komunikacyjne).

Niezbędne czynności wypełnienia szwów i szczelin:
poszerzenie bruzdownicą do ok. 5 mm na niezbędną głębokość ok. 11 mm potrzebną do umieszczenia masy dylatacyjnej i sznura dylatacyjnego,
nacięcie bruzdownicą szwów roboczych na szerokość ok. 5 mm i głębokość ok. 11 mm,
ewentualne sfazowanie krawędzi szwów i szczelin,
ewentualne wysuszenie szczeliny w przypadku obecności wilgoci w niej,
oczyszczenie szczeliny,
wprowadzenie sznura dylatacyjnego BAUCORD na głębokość min. 5 mm,
pokrycie powierzchni faz i ścian szczeliny gruntem poliuretanowym BAUFLEX PRIMER,
wypełnienie szczeliny masą dylatacyjną elastyczną BAUFLEX.

Po upływie ok. 30 dni i uzyskaniu przez beton nominalnej wytrzymałości oraz wypełnieniu szwów i szczelin posadzka może być w pełni użytkowana.