artykuł promocyjny

฀
฀ ฀ ฀
฀
฀ ฀ ฀
฀ ฀
฀ ฀
฀
฀
฀ ฀฀
฀ ฀
฀ ฀
฀ ฀ ฀ ฀ ฀
฀ ฀
฀ ฀ ฀
฀ ฀ ฀
฀
฀
฀
฀฀
฀
฀
฀
฀mgr inż. Gerhard Vitt,
฀
฀
฀ ฀ ฀mgr inż. Barbara Dymidziuk,
B
฀ ฀
eton zbrojony włóknami stalowymi jest stosowany jako
materiał konstrukcyjny posadzek przemysłowych od ponad
czterdziestu lat. Szczególnie
w ostatnim dziesięcioleciu ta
technologia uległa znacznemu unowocześnieniu
i zaczęła być stosowana na całym świecie. Swój
sukces zawdzięcza głównie mechanizmowi
zapobiegającemu powstawaniu rys. Ilość rys
i ich szerokość w posadzkach fibrobetonowych
jest mniejsza w porównaniu z posadzkami
zbrojonymi siatkami stalowymi.
Szerokość rys, jakie mogą się pojawić w fibrobetonie, może być oszacowana i zależy to w dużym
stopniu od inżynierskiego doświadczenia. Nie
może być ona jednak obliczona. Odpowiednia
metoda zwymiarowania i wykonania posadzki
powinna pozwolić w dużym stopniu na ograniczenie powstawania zarysowań. Prawidłowo zaprojektowana posadzka bezspoinowa z 30 kg/m3
wysokoefektywnych włókien stalowych Dramix® RC-65/60-BN może mieć na powierzchni
rysy o szerokości od 0,3 do 0,5 mm. Takie rysy nie
wpływają na spadek użyteczności posadzki: jest
ona nadal zdatna do użytku i trwała, jej nośność
nie ulega zmniejszeniu, a przenoszenie obciążeń
฀฀
฀ ฀
฀
฀ ฀
฀ ฀
฀
฀ ฀ ฀
฀ ฀
฀
฀ ฀ ฀ ฀ ฀
฀ ฀
฀ ฀ ฀
฀ ฀
฀ ฀฀
฀
฀
฀
฀
฀
฀ ฀
฀
฀
฀
฀
na nieplanowanych dylatacjach, tj. rysach, jest
zapewniona. Co jednak zrobić wówczas, kiedy
posadzka z uwagi na swoje przeznaczenie eksploatacyjne nie może mieć rys szerszych niż
0,1 mm? Jak wykonać taką posadzkę?
Koncepcje wykonania posadzki z dylatacjami
nacinanymi i bez nich, a tylko z dylatacjami
konstrukcyjnymi (tzw. posadzki bezspoinowe)
są znane od lat. Rozwiązania te mają jednak
ograniczenia konstrukcyjne, a mianowicie:
² stosunek długości pola do jego szerokości:
≤ 3 : 2,
² odległość między dylatacjami nacinanymi:
< 10 m,
² odległość między dylatacjami konstrukcyjnymi: < 50 m,
² brak połączeń ze stałymi elementami
budynku,
² pole dylatacyjne i konstrukcyjne musi mieć
kształt prostokąta,
² minimalna grubość posadzki wynosi
15 cm.
Poza ryzykiem powstania zarysowań i ograniczeniami konstrukcyjnymi problemem są
również uszkodzone dylatacje nacinane i konstrukcyjne. Ich wykruszanie się z powodu dużego
natężenia ruchu wózków widłowych oznacza
konieczność przeprowadzania ciągłych napraw,
co ma negatywny wpływ na wykorzystanie
pomieszczeń magazynowych. Dlatego użytkownicy posadzek chcieliby mieć jak najmniej
dylatacji w swoich posadzkach, a w miejscach
intensywnego ruchu wózków widłowych najlepiej
żadnych. Ponadto obecność rys, dylatacji nacinanych i konstrukcyjnych może być sprzeczna
z wymogami higienicznymi, środowiskowymi lub
praktycznymi, np. pod względem minimalnych
wymagań dla powłok żywicznych, czystości,
szczelności itp.
Oczekiwania użytkowników posadzek przemysłowych dotyczące ich możliwości eksploatacyjnych często wykraczają poza wyżej wymienione
ograniczenia konstrukcyjne. Są to zwykle:
² brak dylatacji nacinanych w posadzce
o nieregularnym kształcie, np. trójkątnym, trapezowym itp.,
² brak dylatacji nacinanych i konstrukcyjnych zwłaszcza w obszarze o dużym
natężeniu ruchu wózków widłowych, w miejscach załadunku i rozładunku,
² stosunek długości pola do jego szerokości wynoszący > 3 : 2, np. pas przejazdu wózków widłowych między regałami
o wymiarach 70 x 4 m,
฀
² odległość między dylatacjami konstrukcyjnymi wynosząca > 50 m,
² cienkie warstwy naprawcze bez dylatacji nacinanych, np. naprawa, wyrównanie,
kładzenie tzw. nakładek,
² brak dylatacji nacinanych w nawierzchniach zewnętrznych, tj. zewnętrzne
nawierzchnie bezspoinowe,
² posadzki o bardzo dużej
wytrzymałości,
² posadzki z powłokami żywicznymi, dla
których są wymagania dotyczące szerokości rys ze względu na powłokę żywiczną,
np. posadzki w zakładach spożywczych
i chemicznych,
² posadzka jako wtórna bariera betonowa,
np. ochrona środowiska przed skażeniem
cieczą,
² posadzki z ograniczoną możliwością
powstawania odkształceń, np. posadzka
połączona z fundamentami, obciążenia
powodujące naprężenia utwierdzenia.
Zastosowanie w takich przypadkach zbrojenia tylko w postaci włókien stalowych, a nawet
bardzo dużej ilości wysokoefektywnych włókien nie jest w stanie zapobiec powstaniu dużej
ilości rys o szerokości ponad 0,5 mm (rysy szersze niż 0,5 mm powinny być naprawione) oraz
nadmiernemu rozszerzeniu się i wykruszeniu
dylatacji konstrukcyjnych wykonanych w odległości wynoszącej np. 80 m od siebie. Z myślą
o takich przypadkach została opracowana nowa
koncepcja betonowej posadzki przemysłowej:
Dramix® CombiSlab. Polega ona na połączeniu
zbrojenia tradycyjnego w postaci jednej lub dwóch
siatek stalowych i wysokoefektywnych włókien
stalowych Dramix®. Dla tak dobranego połączonego zbrojenia wymiaruje się posadzkę.
Wysokoefektywne włókna stalowe to włókna
o smukłości wynoszącej co najmniej 65 mm i długości 60 mm (rys. nr 1). Duża smukłość włókna
zapewnia dostateczną długość drutu w betonie do chronienia go przed rysami. Natomiast
odpowiednia jego długość zapewnia dostateczne
mostkowanie rys powstałych w betonie (rys. nr 2).
Włókna krótkie, tj. o długości 35 mm, nie będą
w stanie pojawić się wszędzie tam, gdzie powstały
rysy, z uwagi na ich nadmierne rozproszenie. Natomiast włókna o smukłości mniejszej niż 65 mm
wykazują zbyt małą efektywność mechaniczną,
a przez to zbyt małą zdolność hamowania powstawania rys. Z tego powodu Bekaert nie oferuje
włókien Dramix® RL-45/50-BN i RC-65/35-BN
do posadzek Dramix® Combislab.
Do posadzek Dramix® Combislab Bekaert proponuje włókna o dużej smukłości i co
฀
฀฀
฀
฀
d = 0,75 ÷ 0,90 mm
l = 60 mm
l / d – smukłość włókna: 65 ÷ 80
za tym idzie – o dużej efektywności mechanicznej, a mianowicie Dramix® RC-65/60-BN
i Dramix® RC-80/60-BN. Ilość tych włókien
dodanych do 1 m3 betonu dla posadzek Dramix® Combislab wynosi co najmniej 25 kg/m3
i zależy od warunków konstrukcyjnych posadzki,
wymagań dotyczących szerokości rys, obciążeń,
wymagań użytkowych, warunków wykonywania posadzek itp.
Po zarysowaniu się betonu włókna mostkują
rysę i przekazują obciążenia między jej brzegami,
wzmacniając w ten sposób wytrzymałość betonu
฀
฀ ฀
฀
l = 35 mm
d = 0,75 mm
smukłość: l/d = 45
฀ ฀ ฀
na zarysowanie. W przypadku zwyczajowej ilości
włókien dodawanych do betonu, tj. 15, 20 kg/m3,
wytrzymałość po zarysowaniu jest zawsze niższa
niż początkowa wytrzymałość na uszkodzenie.
Dlatego też włókna stalowe mogą być traktowane
jako zbrojenie podkrytyczne. W przypadku dodania do betonu dużej ilości wysokoefektywnych
włókien, np. 50 kg/m3 Dramix® RC-80/60-BN,
obciążenie niszczące w badaniu na zginanie
belki jest dla przekroju zarysowanego wyższe
niż dla przekroju niezarysowanego. Natomiast
wytrzymałość na rozciąganie po zarysowaniu
฀
฀
฀฀
rysy
l = 60 mm
d = 0,75 mm
smukłość: l/d = 80
l = 35 mm
d = 0,75 mm
smukłość: l/d = 45
rysy
l = 60 mm
d = 0,75 mm
smukłość: l/d = 80
l = 35 mm
d = 0,75 mm
smukłość: l/d = 45
l = 60 mm
d = 0,75 mm
smukłość: l/d = 80
rysa
฀
฀
฀
฀
฀ ฀
฀฀
rysa wtórna
tarcie
ściskanie
rysa pierwotna
nadal będzie niższa. Ze względu na takie zachowanie się fibrobetonu nie można obliczyć szerokości powstałej w nim rysy bez stosowania
dodatkowego zbrojenia tradycyjnego, tj. siatek
stalowych (z wyjątkiem przypadków, w których
element jest stale ściskany). Siatki stalowe stosowane do posadzek Dramix® Combislab to
siatki wykonane z prętów o średnicy co najmniej
8 mm i ich rozstawie nie mniejszym niż 100 mm.
Posadzki Dramix® Combislab projektuje się albo
z jedną warstwą siatek stalowych, albo z dwoma.
Z uwagi na prawidłowe ułożenie fibrobetonu
raczej nie projektuje się posadzki z trzema lub
więcej warstwami siatek.
Poza wpływem włókien stalowych na szerokość rys włókna te mają także pozytywny
wpływ na geometrię powstałego uszkodzenia.
Włókna stalowe zwykle łączą rysę nieprostopadle, pod kątem. Włókno ulega ugięciu nawet
przy niewielkim rozwarciu rysy. Ze względu na
miejscowy wzrost tarcia występują naprężenia
ściskające równoległe do rysy. W efekcie powiązane naprężenia rozciągające prostopadłe do rysy
mogą powodować powstawanie rys wtórnych.
Są one porównywalne do rys powstających
w żelbetonie w strefie bezpośrednio wokół
zbrojenia, tzw. strefie efektywnej. W przypadku
fibrobetonu występują w całym zarysowanym
przekroju. Rysy ulegają następnie zakrzywieniu,
a odporność fibrobetonu na przelanie substancji –
szczególnie cieczy – wzrasta. Poprawie ulega
zamek mechaniczny kruszywa oraz tarcie.
Mechanizm powstawania rys pierwotnych
i wtórnych pokazuje rys. nr 3.
Pojęcia „szerokość rysy” i „obliczenie szerokości rysy” nie są powszechnie znane, a dla
użytkowników istotne jest jedynie, aby posadzkę
można było po prostu użytkować. Dlatego
konieczne jest określenie zależności pomiędzy
prawidłową pracą posadzki a szerokością rysy
w zależności od warunków, w jakich posadzka
jest eksploatowana.
Obliczeniowa szerokość rysy wk to średnia jej
szerokość na całej długości w strefie efektywnej
zbrojenia. Poza tą strefą szerokość rysy może być
większa niż wk. Przy wymiarowaniu posadzki
Dramix® Combislab jest obliczana wartość wk dla
strefy efektywnej. Obliczeniowa szerokość rysy
wk dotyczy osi zbrojenia, dlatego szerokość rysy
na powierzchni posadzki może być większa niż
wk. Dotyczy to szczególnie cienkich konstrukcji
o grubym otuleniu, które podlegają działaniu
głównie sił zginających.
Przykładowe obliczeniowe szerokości rys wk
według Eurocod 2 dla określonych warunków
użytkowania wynoszą:
² środowisko suche: 0,5 mm,
² gleba lub wilgotne podłoże: 0,3 mm,
² chlorki: 0,1 ÷ 0,3 mm (+ grubość powłoki),
² powłoka żywiczna: 0,2 mm,
² wodoszczelność: 0,1 ÷ 0,2 mm,
² ochrona środowiska: 0,1 ÷ 0,2 mm
(+ grubość powłoki),
² substancje chemiczne: 0,1 ÷ 0,2 mm
(+ grubość powłoki).
Łuszczące się krawędzie i zanieczyszczenia
mogą sprawiać, że szerokość rysy może wydawać się większa niż w rzeczywistości. Wartość
wk jest traktowana jako wartość obliczeniowa,
a nie jako wartość maksymalna, która jest mierzona na wykonanej posadzce. Maksymalna
szerokość rysy na jej całej długości może być
rysa wtórna
większa niż wk nawet o 50%. Średnia wartość rozwarcia rysy powinna być co najmniej
równa wartości wk i o tym należy pamiętać,
określając wymagania dotyczące ograniczenia rys w posadzce wykonanej w systemie
Dramix® Combislab.
Koncepcja wykonania posadzki Dramix® Combislab ma wiele zastosowań – i to
nie tylko tam, gdzie jest konieczne ograniczenie
powstawania zarysowań i wyeliminowanie
dylatacji. Dodanie włókien stalowych do betonu
jako zbrojenia wspomagającego siatki stalowe
pozwala na wykonanie konstrukcji posadzki
pod bardzo duże obciążenia, np. 200 kN/stopę
(dotychczas pod takie obciążenia wykonywało
się fundamenty), oraz pozwala zmniejszyć ilość
zbrojenia tradycyjnego nawet o 50%.
Dotychczas na całym świecie zrealizowano
wiele projektów z wykorzystaniem zbrojenia
łączonego. Były to naprawy istniejących już
i zniszczonych posadzek, posadzek przemysłowych stanowiących barierę dla potencjalnych
wycieków substancji niebezpiecznych, a także
posadzek bez dylatacji nacinanych i konstrukcyjnych oraz płyt fundamentowych.
Zastosowanie włókien stalowych w połączeniu z tradycyjnym zbrojeniem może w znacznym
stopniu ograniczyć ilość rys i zmniejszyć ich
szerokość, a także wymaganą warstwę zbrojenia. Przy zachowaniu stałej szerokości rysy
możliwa jest redukcja ilości zbrojenia nawet
o 50%. Jakość konstrukcji płyty posadzkowej
zwiększa się ze względu na lepsze właściwości betonu, a jej cechy eksploatacyjne dużo
bardziej odpowiadają oczekiwaniom użytkowników.