Trwałość betonu
Jaki jest najtrwalszy beton? - idealny wybór dla stabilnej konstrukcji
Beton, jako jeden z najczęściej stosowanych materiałów budowlanych, pełni ważną rolę w wielu konstrukcjach. Jednak nie wszystkie rodzaje betonu są jednakowo trwałe i odporne na różne czynniki, takie jak wilgoć, mróz czy agresywne substancje chemiczne. Uważa się, że mocny beton, to trwały beton. Jednak fakt wysokiej wytrzymałości nie zawsze wystarcza w przypadkach budowli użytkowanej w różnych warunkach ekspozycji. Zarówno wytrzymałość, jak i trwałość betonu ma znaczenie. Jeśli zależy nam na trwałej i odpornej budowli, warto sięgnąć po beton dobrej jakości, który spełni nasze oczekiwania pod względem mrozoodporności, odporności na działanie środków odladzających, przepuszczalności, czy odporności na korozję. Dzięki temu unikniemy skutków niedostatecznej trwałości betonu jakim jest jego zniszczenie. Poniżej odpowiemy na najczęstsze pytania, jakie padają w temacie trwałego betonu.
Co to jest mrozoodporność?
Odporność betonu na działanie mrozu to jeden z czynników mający wpływ na trwałość betonu, szczególnie w naszym polskim klimacie o zmiennych temperaturach. Termin mrozoodporności betonu jest związany z porami kapilarnymi znajdującymi się w matrycy betonu, a także wodą, która w nie wniknęła i okresowymi mrozami.
Mechanizm niszczenia wyrobu budowlanego spowodowanego niskimi temperaturami jest następujący. W wyniku kulminacji procesów cyklicznego zamrażania i rozmrażania betonu pojawiają się uszkodzenia. Jest to tzw. pęcznienie betonu, a dzieje się tak dlatego, że woda znajdująca się w porach kapilarnych zaczynu cementowego w nasyconym betonie zamarza przy temperaturach spadających poniżej zera. Stopienie lodu i ponowne zamarznięcie w porach prowadzi do dalszego rozszerzania niszcząc beton najpierw jako fragmenty powierzchni, potem już postępując w głąb.
Istnieje wiele czynników wpływających na odporność betonu na działanie mrozu, ale ostatecznie największy wpływ mają: mikrostruktura porów zaczynu cementowego i stopień nasycenia betonu wodą. Beton o odpowiedniej mrozoodporności utrzymuje swoją trwałość nawet w ekstremalnych warunkach.
Jak uzyskać mrozoodporność?
Aby uzyskać beton o dobrej mrozoodporności istotna jest obecność w mieszance betonowej odpowiednich domieszek chemicznych tzw. napowietrzających. Dodaje się je po to, by uzyskać określoną ilość drobnych pęcherzyków powietrza w mieszance betonowej, właściwie czyli równomiernie rozmieszczonych w betonie, co jest konieczne do uzyskania odpowiedniej mrozoodporności. Domieszki napowietrzające powodują zmniejszenie porowatości kapilarnej i uzyskanie takiej struktury porów, żeby woda w nich zawarta przy zamrażaniu nie powodowała spękania i odprysków betonu. Warto jednak pamiętać, że wpływ na napowietrzenie betonu ma co najmniej kilkanaście czynników technologicznych [4], m.in. obecność dodatków mineralnych np. popiołów lotnych w mieszance z dużą zawartością części organicznych znacząco ją obniża, podobnie jak: superplastyfikatory, nieodpowiedni sposób transportu i zagęszczenia mieszanki betonowej. To wszystko trzeba mieć na uwadze, jeśli się chce uzyskać beton chroniony przed działaniem mrozu na długie lata.
Co to jest odporność na działanie środków odladzających?
Odporność betonu na cykliczne zamrażanie-odmrażanie w obecności soli odladzających jest niezwykle ważna, zwłaszcza w regionach, gdzie stosuje się duże ilości szczególne szkodliwe dla powierzchni betonu środki chemiczne do odladzania chodników i dróg tak powszechnie używane zimą w naszym kraju (np. chlorek sodu). Przyspieszają one niszczenie betonu w niskich temperaturach i wpływają na łuszczenie powierzchniowe, a szybkość korozji w tej sytuacji może wzrosnąć nawet pięciokrotnie [3]. Dzieje się to na skutek wcześniejszego zamarzania wody, która wniknęła w pory znajdujące się poniżej strefy porów z jonami ze środków odladzających. W wyniku tego powstają pęknięcia przy powierzchni. Mocny beton jest odporny na substancje odladzające, nie traci swoich właściwości i nie ulega złuszczeniu.
Aby zabezpieczyć beton przed działaniem tych środków należy zapewnić odpowiednią ilość i wielkość porów znajdujących się w strukturze betonu. Dzieje się to za pomocą wcześniej wspomnianych domieszek napowietrzających.
Czy beton przepuszcza wodę?
Niewłaściwie zaprojektowany i wykonany beton nie wykazuje dostatecznej wodoszczelności, tym samym jest narażony na wiele czynników wpływających na jego trwałość. Transport różnych mediów (którymi mogą być gazy lub ciecze) odbywa się w rozmaity sposób zależny od mikrostruktury zaczynu cementowego. Beton o wysokiej porowatości może pęcznieć pod wpływem wilgoci, co prowadzi do jego zniszczenia. Mocny beton charakteryzuje się niską przepuszczalnością, co zapewnia mu długą żywotność, a bierze się to stąd, że szkodliwe czynniki dostają się do wnętrza betonu właśnie, gdy jest on nieszczelny.
Co zrobić żeby beton nie przepuszczał wody?
Można powiedzieć, że porowatość jest główną drogą transportu mediów w betonie. By zmniejszyć przepuszczalność w materiałach budowlanych należy za pomocą różnych środków zaradczych wpłynąć na obniżenie całkowitej porowatości poprzez zredukowanie średnic porów znajdujących się w zaczynie. Pomocne są domieszki chemiczne tzw. uszczelniające, dodatki o dużej aktywności pucolanowej i wreszcie niski współczynnik wody do cementu w mieszance betonowej. Właściwości cementu i przepuszczalność kruszywa także wpływa na przepuszczalność betonu. Aby zmniejszyć przepuszczalność wody w betonie warto również wydłużyć okres pielęgnacji na mokro (dot. betonu o wysokim w/c) nawet do 7 dni.
Czy beton może korodować?
Beton o niskiej odporności na działanie środowisk agresywnych chemicznie może ulegać degradacji i tracić swoje właściwości. Proces ten nazywamy korodowaniem. Jest to ważny aspekt w przypadku konstrukcji wystawionych na kontakt ze środowiskami takimi jak przemysł chemiczny czy gospodarka wodno-ściekowa.
Beton może ulec m.in. niszczącemu działaniu gazów (mniej szkodliwe) i wód agresywnych chemicznie. Jednak dobrze zaprojektowana mieszanka betonowa i odpowiednio dobrane składniki zapewniają szczelność betonu i nie ulegają zniszczeniu pod wpływem takich substancji, co przekłada się na jego długą żywotność. Istotny jest tu użyty cement, kruszywo, dodatki i domieszki, woda, ale też zagęszczenie, wiek betonu, a także środowisko i jego stężenie czynników agresywnych.
Co to jest korozja betonu?
W wyniku działania czynników atmosferycznych i środowiskowych beton może ulegać wspomnianej korozji. Jest to stopniowa zmiana właściwości betonu prowadząca do pogarszania się z czasem jego właściwości użytkowych, a nawet zniszczenia. Ma złożony charakter, choć najintensywniej działa na w początkowych etapach destrukcji materiałów budowlanych. W celu ograniczenia korozji i ochrony konstrukcji istotne jest dobre zaprojektowanie i wykonanie betonu.
Trwałość jest niezwykle ważną cechą betonu. Określają ją zalecenia normowe dotyczące składu oraz właściwości betonu takich jak współczynnik w/c, rodzaj i ilość cementu, czy wytrzymałość na ściskanie. Warto wspomnieć, że prócz opisanych czynników, na trwałość betonu ma także wpływ grubość otuliny.
Trwały beton, ze względu na swoje właściwości, jest doskonałym wyborem dla nośności konstrukcji budowlanych. Dzięki odpowiedniemu doborowi określonych parametrów, można zaprojektować mocny i trwały beton pod konkretne zastosowanie tak, by nie ulegał degradacji i wydłużyć czas eksploatacji konstrukcji.
Literatura
[1] Deja J. Beton. Technologie i metody badań, Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków, 2020
[2] Neville A.M. Właściwości Betonu, Polski Cement Sp. z o.o., Kraków, 2020
[3] Szaj P., Wielgosz P. Mrozoodporność nawierzchni betonowych – wymagania i metody badań Dni Betonu 2018, str. 145-160, Dostępny w Internecie: https://www.dnibetonu.com/wp-content/pdfs/2018/szaj_wielgosz.pdf (dostęp 06 października 2023 r.).
[4] Glinicki M. Właściwe i patologiczne napowietrzanie betonu Budownictwo – Technologie – Architektura, nr 2/2004, str. 37-40
