ocena współpracy z podłożem modeli fundamentów szczelinowych

Transkrypt

SPIS TREŚCI
Mariusz FRANCZYK: Analiza związku mikrostruktury z właściwościami
BWW .........................................................................................
5
Krzysztof TROJNAR, Krzysztof HORODECKI, Łukasz MOLTER: Ocena
współpracy z podłożem modeli fundamentów szczelinowych
obciążonych dużymi siłami poziomymi ....................................
17
Bogusław JANUSZEWSKI: Rodzaje podprzestrzeniowych rzutowań
o wiązkowo rozproszonych środkach ........................................
29
Grzegorz PROKOPSKI: Badania wpływu kruszywa grubego na właściwości wytrzymałościowe betonu zwykłego i wysokowartościowego .....................................................................................
39
Michał PROKSA: Dwie najwcześniejsze murowane budowle monumentalne na wzgórzu zamkowym w Przemyślu ..............................
53
Adam RYBKA: Polityka przestrzenna jednostek terytorialnych ...................
67
Adam RYBKA, Artur OSTAFIJCZUK: Analiza możliwości modernizacji
wielkopłytowych budynków mieszkalnych ..............................
75
Jacek ZYGMUNT, Janusz ŁAKOMY: Skład i podstawowe właściwości
zapraw zwykłych z cementów portlandzkich ............................
85
ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI RZESZOWSKIEJ
Budownictwo i Inżynieria Środowiska z. 39
Nr 221
2005
Mariusz FRANCZYK
Politechnika Rzeszowska
ANALIZA ZWIĄZKU MIKROSTRUKTURY
Z WŁAŚCIWOŚCIAMI BWW
W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostrukturalnych BWW wykonanych
z użyciem kruszyw żwirowych, bazaltowych, dolomitowych, pyłów krzemionkowych i superplastyfikatora. Analizowano związki między właściwościami fizykomechanicznymi a charakterem mikrostruktury betonów w obszarze strefy przejściowej kruszywo – zaczyn cementowy (ITZ – Interfacial Transition Zone).
1. Wprowadzenie
Wyjątkowe właściwości betonów wysokowartościowych – BWW (ang.
High Performance Concretes – HPC) wynikają głównie z ich małej porowatości
(dużej szczelności), a w konsekwencji dużej trwałości.
W celu uzyskania BWW tradycyjna technologia betonu wskazuje na potrzebę starannego doboru składników mieszanki w skali makro i mikro, z doprowadzeniem do ich ścisłego ułożenia i odpowiedniego pielęgnowania twardniejącego betonu. Powstające w ten sposób tworzywo betonowe charakteryzuje
się określonymi cechami użytkowymi, ale także defektami.
Jeżeli przyjmie się zasadę, że danej strukturze betonu, ukształtowanej odpowiednim składem i działaniami technologicznymi, odpowiada jeden zestaw
właściwości fizykomechanicznych, to należy przywiązać dużą wagę do ustalenia współzależności pomiędzy strukturą betonu a jego właściwościami wytrzymałościowymi. Dokładne poznanie tej struktury, szczególnie na poziomie mikrostruktury, choć utrudnione złożonością zachodzących w czasie procesów
fizykochemicznych, jest kluczem do kształtowania i modyfikowania struktur
betonu w kierunku uzyskiwania betonów wysokich klas, a także jednym
z podstawowych kierunków prowadzących do poszukiwań procedur projektowania [1].
Celem zabiegów dotychczasowej klasycznej technologii betonu jest uzyskanie struktury o jak najmniejszej ilości różnorodnych defektów (nieciągłości
strukturalnych), do których można zaliczyć: makro- i mikropory, kapilary, mikrorysy oraz lokalne defekty, ukierunkowane duże kryształy, słabe wiązania na
styku faz, niejednorodne rozmieszczenie cząstek elementów struktury itp.
6
M. Franczyk
Nowoczesna nauka – inżynieria materiałowa, pozwala w coraz większym
stopniu na obserwację i analizę mikrostruktury betonów przy wykorzystaniu
mikroskopii skaningowej. Pozwala to szczególnie na identyfikację różnorodnych
defektów mikrostruktury betonów i określenie ich wpływu na właściwości kompozytu [2-7].
W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości fizykomechanicznych
oraz badań mikrostrukturalnych betonów wysokowartościowych wykonanych
z użyciem m.in. kruszyw żwirowych Podkarpacia, pyłów krzemionkowych
z Huty Łaziska i krajowego superplastyfikatora.
2. Cel i zakres badań
Badania i analizy stanowiły próbę łącznej oceny właściwości betonów, mającej na celu określenie związków między badanymi właściwościami fizykomechanicznymi a charakterem mikrostruktury betonów szczególnie w obszarze
strefy przejściowej kruszywo – zaczyn cementowy (ITZ – Interfacial Transition
Zone).
Opierając się na zaprojektowanych składach mieszanek betonowych dla 3
zestawów kruszyw (żwirowe – oznaczane dalej BO, bazaltowe BB i dolomitowe BD), przyjęto plan eksperymentu w układzie zmiennych woda/cement W/C
(od 0,33 do 0,4) i pył krzemionkowy/cement Pk/C (od 0,0 do 0,1) (rys. 1.) [4].
Wykonano badania właściwości mechanicznych BWW: wytrzymałości na ściskanie fc28, modułu sprężystości przy ściskaniu Ec28, odporności na pękanie
z określeniem współczynników intensywności naprężeń KIc oraz badania skurczu betonu, wodoprzepuszczalności wb i nasiąkliwości nw.
Rys. 1. Układ planu eksperymentu
Charakterystyki betonów według przyjętych zmiennych oraz wyniki badań
właściwości fizykomechanicznych przedstawiono w tab. 1-3.
Analiza związku mikrostruktury ...
7
Tabela 1. Wyniki badań betonów żwirowych BO
Zmienne
Zmienne
Nr
standaryzowane materiałowe
serii
betonu
x1
x2
Pk/C
W/C
Wyniki badań
fc28
[MPa]
E28
[GPa]
KIc
[MN/m3/2]
nw
[%]
wb
[mm]
εs
[–]
BO1
–1
–1
0,33
0
74,6
43,6
0,848
4,60
19
0,035
BO2
0
–1
0,36
0
72,0
39,5
0,818
5,18
28
0,041
BO3
1
–1
0,40
0
58,9
38,9
0,754
5,50
27
0,044
BO4
–1
0
0,33
0,05
86,2
43,3
0,881
4,15
16
0,037
BO5
0
0
0,36
0,05
79,8
43,0
0,868
4,80
16
0,039
BO6
1
0
0,40
0,05
75,0
38,7
0,89
5,40
22
0,04
BO7
–1
1
0,33
0,1
80,0
46,3
0,855
4,45
12
0,044
BO8
0
1
0,36
0,1
75,6
46,2
0,926
4,50
15
0,039
BO9
1
1
0,40
0,1
74,0
39,8
0,919
5,50
13
0,046
Tabela 2. Wyniki badań betonów bazaltowych BB
Zmienne
Zmienne
Nr
serii
betonu
x1
W/C Pk/C
x2
Wyniki badań
fc28
[MPa]
E28
KIc
[GPa] [MN/m3/2]
nw
[%]
wb
[mm]
εs
[–]
BB1
–1
–1
0,33
0
77,4
55,1
0,941
4,06
20
0,0255
BB2
0
–1
0,36
0
72,8
54,6
0,839
4,16
22
0,025
BB3
1
–1
0,40
0
71,7
52,9
0,775
4,25
40
0,026
BB4
–1
0
0,33
0,05
89,5
55,8
0,992
3,4
16
0,0226
BB5
0
0
0,36
0,05
82,4
49,8
0,867
4,1
18
0,03
BB6
1
0
0,40
0,05
72,5
52,1
0,905
4
18
0,0226
BB7
–1
1
0,33
0,1
87,7
54,4
0,850
3,2
9
0,0266
BB8
0
1
0,36
0,1
82
51,4
0,815
3,9
12
0,0334
BB9
1
1
0,40
0,1
76
53
0,851
4,1
16
0,0348
8
M. Franczyk
Tabela 3. Wyniki badań betonów dolomitowych BD
Zmienne
Zmienne
Nr
serii
betonu
x2
W/C Pk/C
x1
Wyniki badań
fc28
[MPa]
E28
[GPa]
KIc
[MN/m3/2]
nw
[%]
wb
[mm]
εs
[mm]
81
43,4
0,865
4,1
18
0,17
BD1
–1
–1
0,33
0
BD2
0
–1
0,36
0
71,5
41,3
0,737
4
20
0,14
BD3
1
–1
0,40
0
69,33
38,4
0,705
3,94
36
0,145
BD4
–1
0,5
0,33
0,075
88
41,6
0,877
3,8
16
0,15
BD5
0
0,5
0,36
0,075
88,8
40
0,899
3,9
16
0,175
BD6
1
0,5
0,40
0,075
81,8
38
0,936
3,84
15
0,19
BD7
–1
1
0,33
0,1
86,3
39,2
0,89
3,47
14
0,3
BD8
0
1
0,36
0,1
89
41
0,885
3,49
14
0,215
BD9
1
1
0,40
0,1
80,5
39,1
0,945
3,6
15
0,19
3. Badania właściwości mechanicznych
Z analizy wyników badań wytrzymałości na ściskanie wynika, że zasadniczy wpływ na wytrzymałość betonów wywierały parametry W/C i Pk/C, a także
rodzaj i jakość kruszywa grubego. Wzrost wytrzymałości zależał głównie od
zmian tych parametrów. Im mniejszy był stosunek W/C (w granicach od 0,4
do 0,33), tym większa była wytrzymałość na ściskanie betonów.
W przypadku betonów z dodatkiem pyłu krzemionkowego zwiększenie
dodatku Pk powodowało dalszy znaczący wzrost wytrzymałości na ściskanie.
Maksymalne wartości wytrzymałości na ściskanie fc28 uzyskały betony wykonane z zawartością pyłu krzemionkowego od 5,6 do 8,5% mc i W/C = 0,33
(rys. 2.) Udział kruszywa łamanego w betonach BB i BD spowodował uzyskanie
wytrzymałości na ściskanie ok. 10% większej niż w przypadku betonów żwirowych BO.
Wraz ze zwiększaniem się wytrzymałości na ściskanie betonów zwiększał
się także ich moduł sprężystości. Znaczący wzrost wartości modułu następował
przy obniżaniu ilości wody w mieszance betonowej. Korzystny wpływ obniżania
wskaźnika W/C od 0,4 do 0,33 na wartość modułu sprężystości obserwowano
już po 7 dniach dojrzewania betonu, we wszystkich badanych seriach, niezależnie od wartości Pk/C.
W przypadku wzrostu udziału pyłu krzemionkowego wzrost wartości modułu sprężystości betonów był minimalny. Największe wartości modułu sprężystości przy ściskaniu po 28 dniach dojrzewania uzyskały betony z 10% dodatkiem
pyłu (betony żwirowe BO7, BO8) oraz z 5% dodatkiem w przypadku betonów:
9
bazaltowego BB7 i dolomitowych BD7, BD8. Najniższe wartości uzyskano dla
betonów bez dodatku pyłu przy W/C = 0,4 (tab. 1-3).
Rys. 2. Wytrzymałość na ściskanie fc28 w zależności od Pk/C przy zmiennym W/C: a) betony
żwirowe BO, b) betony bazaltowe BB, c) betony dolomitowe BD
10
M. Franczyk
Stwierdzono zasadnicze różnice w wartościach modułu sprężystości betonów wykonanych z użyciem różnych kruszyw. Szczególnie różniły się w tym
względzie wartości modułu sprężystości betonów żwirowych otoczakowych BO
i betonów na kruszywie łamanym bazaltowym BB, co było spowodowane prawdopodobnie różnicami właściwości mechanicznych zastosowanych kruszyw.
Uzyskane wyniki badań odporności na pękanie wykazały, że dodatek pyłu
krzemionkowego wywiera znaczący wpływ na wartości krytycznego współczynnika intensywności naprężeń KIc, niezależnie od wartości W/C.
Analizując ilościową zależność KIc od dodatku Pk, zaobserwowano (podobnie jak w badaniach wytrzymałości na ściskanie betonów) wzrost wartości
współczynnika wraz ze wzrostem Pk/C. Wzrost wskaźnika W/C od 0,33 do 0,4
powodował wyraźny spadek wartości KIc, jednak tylko w betonach bez dodatku
pyłu krzemionkowego. W betonach z mikrowypełniaczem zależność ta była
mniej widoczna (tab. 1-3).
W przypadku betonów wykonanych z kruszywa łamanego: bazaltowego
i dolomitowego, uzyskano wyższe wartości współczynnika intensywności naprężeń KIc niż w przypadku betonów żwirowych.
4. Badania właściwości fizycznych
W betonach bez dodatku pyłu krzemionkowego wzrost wartości W/C od
0,33 do 0,4 powodował zdecydowany wzrost wielkości skurczu. W betonach
z udziałem pyłu krzemionkowego wzrost dodatku Pk do 10% mc powodował
dodatkowe zwiększenie skurczu. Największy skurcz (90-dniowy) wykazały
betony żwirowe i dolomitowe z 10% dodatkiem pyłu krzemionkowego. Najmniejszy skurcz obserwowano w betonach bazaltowych bez dodatku pyłu krzemionkowego przy W/C = 0,33 (tab. 1-3).
Zasadniczy wpływ na zmniejszenie nasiąkliwości betonów ma uszczelnienie ich struktury dodatkiem pyłu krzemionkowego, co obserwowano w całym
przedziale wzrostu wartości Pk/C, od 0 do 0,1. Równie korzystny efekt obserwowano w przypadku obniżania wartości W/C od 0,4 do 0,33.
Betony żwirowe charakteryzowały się większą nasiąkliwością niż betony
wykonane z udziałem kruszywa łamanego: bazaltowego i dolomitowego. Najmniejszą nasiąkliwość uzyskał beton bazaltowy BB7 – 3,2% przy W/C = 0,33
i Pk/C = 0,1. Największą nasiąkliwością charakteryzował się beton żwirowy
BO3 – 5,5%, wykonany bez dodatku pyłu krzemionkowego przy W/C = 0,4
(tab. 1-3). Znaczący wpływ dodatku pyłu krzemionkowego na wzrost wodoszczelności obserwowano dla wszystkich badanych betonów i dla całego przedziału, w którym wartość Pk/C wzrastała od 0 do 10% masy cementu mc.
Obniżanie wskaźnika W/C od 0,4 do 0,33 powodowało dalsze zmniejszenie
wodoprzepuszczalności betonów, jednak w znacznie mniejszym stopniu niż
przy dodatku pyłu krzemionkowego. Największą głębokość przesiąkania wody
wykazały betony bez dodatku mikrokrzemionki, przy W/C = 0,4, oznaczone
11
jako BB3 (40 mm) i BD3 (36 mm) oraz beton BO2 (28 mm przy W/C = 0,36).
Najmniejszą głębokością przesiąkania charakteryzowały się betony bazaltowe z 10% dodatkiem pyłu krzemionkowego, przy W/C = 0,33 (beton BB7 –
9,0 mm).
Wszystkie badane serie betonów osiągnęły najwyższy stopień wodoszczelności W12.
5. Badania mikrostrukturalne
Badania mikrostrukturalne wykonano z zastosowaniem mikroskopu skaningowego JEOL 5500 LV. Badaniom poddano wszystkie serie betonów różniące
się wskaźnikiem W/C i dodatkiem pyłu krzemionkowego (Pk/C).
Obserwacje przeprowadzano na fragmentach pobranych z próbek przygotowanych tak jak próbki do badania wytrzymałości na ściskanie oraz z próbek
po badaniach odporności na pękanie. Próbki napylano złotem i poddawano obserwacjom przy powiększeniach od 35 do 6000 razy. Efektem badań miało być
określenie związków pomiędzy zróżnicowanym składem betonów, ich mikrostrukturą, a badanymi właściwościami mechanicznymi i fizycznymi.
Prezentowane mikrofotografie (rys. 3-12) zostały wybrane z obszernego
materiału i są charakterystyczne dla właściwości struktury badanych betonów
i występujących w tych strukturach defektów.
:x200
:20kV
Rys. 3. Mikrostruktura betonu żwirowego BO1
(W/C = 0,33, Pk/C = 0,0). Widoczne nieciągłości na styku kruszywo–zaczyn cementowy oraz
mikropęknięcia w zwartym zaczynie cementowym oraz w obszarze powstałego mikropora
:x1000
:20kV
(W/C = 0,33, Pk/C = 0,0). Widoczne mikropęknięcia i porowatość struktury zaczynu cementowego oraz nieciągłość na granicy kruszywo–zaczyn cementowy (wyrwane z zaczynu
ziarno kruszywa)
Badania wykazały powstawanie zróżnicowanej mikrostruktury betonów,
szczególnie w obszarze styku kruszywa z zaczynem cementowym, ukształtowanej różnicami w składzie betonów oraz wskaźnikami W/C i Pk/C.
12
M. Franczyk
:x2500
:x1000
:15kV
Rys. 5. Mikrostruktura betonu żwirowego
BO13 (W/C = 0,4 Pk/C = 0,075). Widoczna
zwarta struktura i dobra przyczepność zaczynu
do ziarna kruszywa. Widoczne mikropęknięcia
w zaczynie cementowym znajdują się poza
strefą styku kruszywo–zaczyn
:x2500
:15kV
:20kV
Rys. 7. Mikrostruktura betonu bazaltowego BB3
(W/C = 0,4, Pk/C = 0,0). Widoczna porowata
struktura zaczynu cementowego
(W/C = 0,4 Pk/C = 0,075). Widoczna struktura
zaczynu cementowego w bezpośrednim styku
z kruszywem. Obserwowano dobrą przyczepność cząsteczek zaczynu do ziarna kruszywa
:x1200
:20kV
Rys. 8. Mikrostruktura betonu bazaltowego BB3
(W/C = 0,4, Pk/C = 0,0). Widoczna porowata
struktura zaczynu cementowego z mikropęknięciami oraz iglaste formy na ściankach i dnie
pora
W przypadku betonów bez dodatku pyłu krzemionkowego wzrost ilości
wody w mieszance betonowej powodował zwiększenie porowatości oraz zwiększenie liczby mikropęknięć w zaczynie cementowym. Obserwowano powstanie
„gąbczastej” struktury zaczynu z dużą ilością porów i pustek powietrznych (rys.
3., 7. i 8.). Powierzchnie ziaren kruszywa pokryte były nielicznymi cząsteczkami
zaczynu, co świadczy o słabej przyczepności zaczynu do kruszywa grubego.
Mikropęknięcia obserwowane w badaniach mikroskopowych oraz pęknięcia
betonów obserwowane w badaniach odporności na pękanie według I modelu
13
:x2500
:x2500
:20kV
Rys. 9. Mikrostruktura betonu bazaltowego
BB5 (W/C = 0,36, Pk/C = 0,05). Widoczna
zwarta struktura zaczynu cementowego ściśle
przylegającego do ziarna kruszywa bazaltowego
:x2500
:20kV
:20kV
Rys. 11. Mikrostruktura betonu dolomitowego
BD3 (W/C = 0,4, Pk/C = 0,0). Widoczna nieciągłość na styku kruszywa i zaczynu cementowego oraz porowata struktura zaczynu w strefie styku z kruszywem
Rys. 10. Mikrostruktura betonu bazaltowego
BB8 (W/C = 0,36, Pk/C = 0,1). Widoczna
zwarta i szczelna budowa zaczynu cementowego w obszarze mikropora
:x1000
:20kV
Rys. 12. Mikrostruktura betonu dolomitowego
BD6 (W/C = 0,4, Pk/C = 0,075). Widoczna
struktura zaczynu cementowego ściśle przylegającego do ziarna kruszywa dolomitowego
przechodziły przez zaczyn i strefę styku kruszywa z zaczynem, powodując „wyrywanie” ziaren kruszywa z zaczynu cementowego (rys. 3-5), co znalazło odzwierciedlenie w badanych właściwościach mechanicznych. Efektem tego było
uzyskanie przez betony BO3, BB3 i BD3 najniższych wartości współczynnika
intensywności naprężeń KIc i wytrzymałości na ściskanie fck (tab. 1-3).
Dodanie do mieszanki betonowej superplastyfikatora i jednoczesne obniżanie ilości wody do wartości W/C = 0,33 spowodowało powstanie bardziej
zwartej struktury zaczynu o regularnej budowie z mniejszą ilością porów i mikropęknięć. Obserwowano to zarówno w betonach z kruszywem żwirowym
:x2500 :15kV
14
M. Franczyk
otoczakowym (beton BO1), jak i wykonanych z kruszyw łamanych: bazaltowego (beton BB1) i dolomitowego (BD1). Wpłynęło to w tych betonach na wzrost
wartości wytrzymałości na ściskanie, modułu sprężystości, współczynnika KIc
oraz na obniżenie nasiąkliwości, wodoprzepuszczalności i ograniczenie skurczu
(tab. 1-3).
Szczególny wpływ na mikrostrukturę betonów miało zastosowanie pyłu
krzemionkowego. Dodatek mikrokrzemionki spowodował uszczelnienie zaczynu cementowego i powstanie zwartej i jednorodnej struktury warstwy przejściowej o znacznie większej wytrzymałości (rys. 5., 6., 9. i 12.). Obserwowano zaczyn ściśle przylegający do ziaren kruszywa, o bardzo małej porowatości
w strefie styku z kruszywem, ze znacznie ograniczoną liczbą mikropęknięć (betony od BO4 do BO9, od BB4 do BB9, od BD4 do BD9).
Niski stosunek wodno-cementowy W/C = 0,33 w połączeniu z dodatkiem
pyłu krzemionkowego Pk/C od 0,05 do 0,1 spowodowały powstanie szczelnej
struktury betonów i w konsekwencji uzyskanie największych wartości wytrzymałości na ściskanie, modułu sprężystości przy ściskaniu, odporności na pękanie
oraz najniższej nasiąkliwości i wodoprzepuszczalności (betony wszystkich serii
od 4 do 9, tab. 1-3). Pęknięcia w tych przypadkach przebiegały transgranularnie
przez ziarna kruszywa, co może świadczyć o wysokiej wytrzymałości warstwy
przejściowej kruszywo – zaczyn cementowy, jak i samego zaczynu.
6. Podsumowanie
Przeprowadzone badania właściwości fizykomechanicznych oraz badania
mikrostrukturalne wykazały zdecydowany wpływ parametrów W/C i Pk/C na
cechy wytrzymałościowe betonów oraz na charakter mikrostruktury zaczynu
(szczególnie w obszarze ITZ) i jej związek z badanymi właściwościami BWW.
Zwiększenie ilości wody w mieszance betonowej powodowało wzrost porowatości oraz liczby mikropęknięć i nieciągłości w zaczynie cementowym, co
znacząco obniżało parametry wytrzymałościowe betonów.
Niski wskaźnik wodno-cementowy W/C, w połączeniu z dodatkiem pyłu
krzemionkowego, skutkował natomiast powstaniem zwartej struktury zaczynu
cementowego, ściśle przylegającego do ziaren kruszywa grubego, z niewielką
liczbą defektów struktury, co spowodowało uzyskanie największych wartości
parametrów wytrzymałościowych betonów BO4, BO7, BB4, BB7, BD4, BD7
oraz najniższej nasiąkliwości i wodoprzepuszczalności.
Literatura
1. Król M., Aspekty technologiczne betonów wysokich wytrzymałości. Przegląd Budowlany, 8-9, 1992, s. 348-350
2. Kurdowski W., Trybalska B., Zastosowanie elektronowej mikroskopii skaningowej
do badania zaczynu cementowego. Mat. konf. III Konferencji Naukowo-Technicznej
„Zagadnienia materiałowe w inżynierii lądowej”, Matbud 2000, s. 13-20
15
3. Prokopski G., Analiza związku struktury z odpornością betonów na pękanie. Wydawnictwa Politechniki Częstochowskiej. Częstochowa 1990
4. Franczyk M., Wpływ składu mieszanki betonowej na właściwości betonu wysokowartościowego. Praca doktorska, Politechnika Rzeszowska, Rzeszów 2002 (niepublikowana)
5. Brandt A.M., Wpływ warstwy przejściowej na właściwości mechaniczne betonów
wysokowartościowych (BWW). Mat. konf. II Konferencji Naukowo-Technicznej
„Zagadnienia materiałowe w inżynierii lądowej”, Matbud 1998, s. 21-30
6. Kucharska L., W/C – wskaźnik wpływu warstwy przejściowej na właściwości mechaniczne betonów zwykłych i BWW. Mat. konf. II Konferencji Naukowo-Technicznej, „Zagadnienia materiałowe w inżynierii lądowej”, Matbud 1998, s. 241-250
7. Halbiniak J., Analiza wpływu warstwy przejściowej kruszywo-zaczyn cementowy na
proces zniszczenia betonów konstrukcyjnych. Praca doktorska, Politechnika Rzeszowska, Rzeszów 1999 (niepublikowana)
ANALYSIS OF RELATIONSHIP BETWEEN MICROSTRUCTURE
AND PROPERTIES OF HPC
Summary
This paper presents the relationship between the composition and the mechanical and microstructural properties of high-performance concretes (HPC) in the range of 60-100 MPa.
The results of the investigations of 27 concrete mixes made using of silica fume and superplasticizer, have been presented. The concretes were made using the same constituents for three
sort of coarse aggregates, gravel, basalt and dolomites.
The parameters of composition (water/cement and silica fume/cement ratios) were varied
separately to determine their influence on the properties of concretes.
Złożono w Oficynie Wydawniczej w październiku 2004 r.
Nr 221
2005
Krzysztof TROJNAR
Krzysztof HORODECKI
Łukasz MOLTER
OCENA WSPÓŁPRACY Z PODŁOŻEM MODELI
FUNDAMENTÓW SZCZELINOWYCH
OBCIĄŻONYCH DUŻYMI SIŁAMI POZIOMYMI
Przedstawiono rezultaty badań modeli fundamentów w postaci sztywnych słupów
szczelinowych wyposażonych w płytowe zwieńczenie umieszczone na powierzchni gruntu. Modele obciążano poziomo, oceniając deformacje podłoża wokół fundamentów i wpływ ich zagłębienia w gruncie na stateczność. Doświadczenia wykonywano na specjalnym stanowisku do geotechnicznych badań modelowych. Zaobserwowane w badaniach zjawiska stanowią podstawę do sformułowania założeń
dotyczących zasad projektowania fundamentów hybrydowych konstrukcji wsporczych.
1. Wprowadzenie
Potrzeba obniżania kosztów budowy fundamentów wpływa na poszukiwanie efektywnych rozwiązań posadowień, uwzględniających w szerszym zakresie
współpracę z podłożem gruntowym. Ma to duże znaczenie przy projektowaniu
konstrukcji obciążonych dużymi siłami poziomymi, np. ścian oporowych lub
przyczółków mostowych posadowionych na fundamentach palowych [1-3].
Rys. 1. Sposoby zwiększania nośności poziomej fundamentów głębokich
Istnieje wiele metod zwiększania nośności poziomej fundamentów głębokich
(rys. 1.). Nośność poziomą słupa fundamentowego można zwiększyć, stosując
elementy poprzeczne, poszerzenie jego głowicy lub prefabrykowany pierścień
18
K. Trojnar, K. Horodecki, Ł. Molter
w kształcie ściętego stożka, nasadzany na trzon fundamentu po jego wykonaniu [4]. Optymalnym rozwiązaniem zwiększenia nośności poziomej jest odpowiednie ukształtowanie głowicy fundamentu. Tak ukształtowany fundament
powinien charakteryzować się odpowiednią sztywnością wynikającą z zagłębienia trzonu w podłożu i efektywnego oddziaływania zwieńczenia na grunt [5].
W pracy przedstawiono wyniki badań modeli ścian szczelinowych połączonych sztywno z płytkimi fundamentami płytowymi, obciążonych dużymi
siłami poziomymi. Celem przeprowadzonych badań było określenie współpracy z podłożem fundamentów szczelinowych ze zwieńczeniem płytowym
głowic i obserwacja ich przemieszczeń spowodowanych poziomym obciążeniem. Badania wykonano w ramach pracy dyplomowej zrealizowanej w Katedrze Mostów Politechniki Rzeszowskiej [6]. Opracowany rodzaj fundamentu
zespolonego stanowi kombinację fundamentu bezpośredniego oraz głębokiego
i może być wykorzystywany jako sposób zwiększenia nośności istniejących
fundamentów [7-10].
2. Stanowisko do badań modelowych
Badania wykonywano na stanowisku Katedry Mostów Politechniki Rzeszowskiej. Stanowisko składa się z żelbetowego podestu (1) i ramy z kształtowników walcowanych (2). W górnej części ramy zamocowany jest pojemnik (9)
poruszający się po torze jezdnym (4), przystosowany do zasypywania skrzyni piaskiem. Badania modeli fundamentów prowadzono w skrzyni umieszczonej w centralnej części stanowiska, na żelbetowej płycie (5) podpartej na
słupach (7). W płycie znajdują się trzy otwory (6) do spuszczania piasku ze
skrzyni.
Skrzynia, w której prowadzono badania ma wymiary 200 x 100 x 100 cm.
Jej przednia ściana została wykonana z przeźroczystego tworzywa, aby możliwa
była obserwacja zachowania się ośrodka gruntowego w sąsiedztwie badanego
modelu fundamentu. Pozostałe ściany skrzyni wykonano ze sklejki. Wnętrze
skrzyni pomalowano lakierem, aby ograniczyć tarcie piasku o jej ściany. Schemat stanowiska badawczego pokazano na rys. 2.
Jako grunt modelowy zastosowano suchy piasek drobnoziarnisty pochodzący z kopalni surowców mineralnych Biała Góra (rys. 3., tab. 1.). Sposób układania gruntu w skrzyni polegał na wsypywaniu piasku porcjami z pojemników
zawieszonych na stałej wysokości, poruszających się po torze jezdnym w kierunku poprzecznym i podłużnym. Ułożony piasek zagęszczano warstwami przez
ubijanie. W czasie wypełniania skrzyni piaskiem zwracano szczególną uwagę na
uzyskanie jednakowych parametrów jego zagęszczenia w kolejnych etapach
badań: JS = 0,93 [1].
Ocena współpracy z podłożem ...
19
Rys. 2. Schemat stanowiska do geotechnicznych badań modelowych: (1) słupek HEB 160,
(2) rygiel HEB 160, (3) mocowanie belek jezdnych, (4) belki jezdne, (5) płyta żelbetowa,
(6) otwory do spuszczania piasku ze skrzyni, (7) słupy żelbetowe, (8) wózek, (9) pojemnik z piaskiem
Rys. 3. Krzywa uziarnienia oraz parametry piasku z kopalni Biała
Góra, stosowanego w badaniach modelowych
20
Tabela 1. Parametry piasku stosowanego w badaniach
Parametry gruntu
Symbol
Jednostka
Piasek
drobnoziarnisty
Średnia gęstość objętościowa
ρ
[g/cm3]
1,60
Kąt tarcia wewnętrznego
ϕ
[º]
29
Średnica miarodajna
d10
[mm]
0,17
Średnica miarodajna
d50
[mm]
0,33
3. Charakterystyka modeli fundamentów i przebieg badań
Modele fundamentów zostały odpowiednio dobrane w stosunku do wymiarów skrzyni, tak aby jej ściany boczne i dno nie miały wpływu na współpracę
fundamentów z ośrodkiem gruntowym, który pod wpływem obciążeń ulegał
przemieszczeniom i deformacjom [1]. Badania przeprowadzono na sześciu modelach fundamentów, przy zróżnicowanym zagłębieniu ich pionowych części
w gruncie (rys. 4.). Wymiary badanych modeli fundamentów ustalono w skali
1:10, z warunku podobieństwa geometrycznego do słupów szczelinowych. Stosowano pięć modeli słupów szczelinowych z pionowymi trzonami zagłębionymi
w gruncie: 20, 30, 45 i 60 cm. Głowice badanych modeli fundamentów były
sztywno połączone z ułożoną na gruncie stalową płytką o wymiarach w planie
20 x 30 cm – pełniącą funkcje fundamentu bezpośredniego, współpracującego ze
słupem szczelinowym. Modelami porównawczymi były: pionowy słup szczelinowy zagłębiony 60 cm w gruncie oraz typowy fundament płytowy spoczywający na gruncie w skrzyni. Modele zostały wyposażone w tensometry przymocowane do pionowych części zagłębionych w gruncie. Tensometry były umieszczone w podłużnej osi modelu, 2 cm poniżej gruntu oraz na głębokości odpowiadającej 2/3 zagłębienia modelu w podłożu.
Rys. 4. Model fundamentu stosowany w badaniach
21
Badanie modeli z pionowymi trzonami o różnej długości w gruncie miało
na celu ustalenie zagłębienia modelowanego słupa szczelinowego i wymiarów
fundamentu bezpośredniego na nośność fundamentu zespolonego. Pionowe
trzony modeli były przedłużone ponad poziom gruntu, aby umożliwić obciążenie siłą poziomą oraz momentem zginającym.
Zrealizowano następujący program badań:
A. Obciążenie sześciu modeli fundamentów siłą poziomą, przyłożoną w poziomie gruntu i na wysokości 30 cm nad gruntem, z rejestracją następujących
parametrów:
• wartość przyłożonego obciążenia,
• przemieszczenie modelu w ustalonych punktach,
• pomiar odkształceń w trzonach wybranych modeli zagłębionych w gruncie,
• obserwacja deformacji i przemieszczeń gruntu w sąsiedztwie badanych
modeli.
B. Obciążenie osiowe i mimośrodowe modelu fundamentu bezpośredniego
z rejestracją przemieszczeń w wybranych punktach.
C. Obserwacja przemieszczeń gruntu w sąsiedztwie dwóch badanych modeli
z rejestracją fotograficzną deformacji podłoża.
Przebieg badania pokazano na rys. 5. Pomiary przemieszczeń wykonywano za
pomocą czujników zegarowych umieszczonych w punktach pomiarowych pokazanych na rys. 4. Deformacje gruntu w sąsiedztwie obciążanych modeli można
było obserwować dzięki umiejscowieniu ich przy przedniej ścianie skrzyni badawczej w podłożu z barwionymi „przewarstwieniami”. Przemieszczenia gruntu
zarówno pod poziomem terenu, jak i na powierzchni, dokumentowano na zdjęciach.
Rys. 5. Przebieg badań modelowych i rozmieszczenie czujników
22
4. Ocena współpracy modeli fundamentów
z podłożem gruntowym
Przygotowanie gruntu modelowego polegało na ułożeniu w piasku barwionych warstw w odstępach co 5-10 cm. Piasek układano wokół modelu warstwami i zagęszczano przez ubijanie. Następnie obciążano model fundamentu, aż do
uzyskania przemieszczenia w poziomie gruntu wynoszącego 10 cm. Zarejestrowane deformacje gruntu w sąsiedztwie obciążanych modeli fundamentów pokazano na rys. 6. i 7. Na podstawie porównania kolejnych sekwencji zarejestrowanych obrazów zmian położenia obciążanych modeli ustalono, że w wyniku
działania momentu zginającego następuje obrót fundamentu względem chwilowego punktu obrotu, który jest zlokalizowany w gruncie. Wraz z przyrostem
Rys. 6. Deformacje podłoża w sąsiedztwie modelu fundamentu zagłębionego 30 cm w gruncie,
obciążonego poziomo: a) widok z boku, b) widok z góry
Rys. 7. Deformacje podłoża w sąsiedztwie modelu fundamentu zagłębionego 60 cm w gruncie,
obciążonego poziomo: a) widok z boku, b) widok z góry
23
obciążenia położenie punktu obrotu ulega zmianie. Kierunek tych zmian zależy
od zagłębienia modelu w gruncie. W czasie zwiększania obciążenia punkt chwilowego obrotu oddala się od trzonu, a jednocześnie w przypadku modelu fundamentu o większym zagłębieniu (model 5) stopniowo obniża się, w porównaniu
do zachowania się modelu o zagłębieniu mniejszym (model 3). Lokalizację położenia chwilowych punktów obrotu w gruncie i tendencje zmian pokazano na
rys. 8.
Rys. 8. Położenie chwilowych punktów obrotu modeli fundamentów w czasie ich obciążania siłą
przyłożoną na wysokości 30 cm nad gruntem: a) model 3, zagłębiony 30 cm w gruncie, b) model 5, zagłębiony 60 cm w gruncie
5. Wpływ zagłębienia modeli fundamentów
w gruncie na ich nośność poziomą
Poziomą nośność badanych modeli fundamentów scharakteryzowano
współczynnikiem m, opisanym jako pochylenie stycznej do wykresu przemieszczenia modelu mierzonego w poziomie gruntu. Porównanie wyników pomiarów
przemieszczeń dla modeli 3 i 5 pokazano na rys. 9. Zależność nośności poziomej
badanych modeli fundamentów m od ich zagłębienia w gruncie przedstawia
rys. 10. oraz tab. 2.
Porównanie obliczonych i zmierzonych wartości momentów zginających
w pionowej części modelu 5 wykazało, że w przypadku obciążenia siłą przyłożoną w poziomie gruntu uzyskano znaczne podobieństwo wyników zmierzonych
i obliczonych według zasad stosowanych dla typowych słupów szczelinowych
(rys. 11., tab. 3.). W przypadku obciążenia przyłożonego do modelu ponad poziomem gruntu (obciążenie momentem i siłą) stwierdzono rozbieżność wyników pomiarów i obliczeń (rys. 12., tab. 4.). Świadczy to o znaczącym wpływie
24
Rys. 9. Wyniki pomiarów przemieszczeń w poziomie powierzchni gruntu, modeli 3 i 5,
obciążonych siłą przyłożoną na
wysokości 30 cm nad gruntem
Rys. 10. Zależność nośności
poziomej badanych modeli fundamentów m od ich zagłębienia
w gruncie
Tabela 2. Zależność nośności poziomej badanych
modeli fundamentów m od ich zagłębienia w gruncie
Model
Zagłębienie
w gruncie
m
2
20
0,22
3
30
0,349
4
45
0,426
5
60
0,83
6
60
0,3
poziomej płyty na rozkład obciążeń przekazywanych na pionową część modelu
zagłębioną w gruncie.
Obliczone i zmierzone wartości momentów zginających w pionowej części
modelu w strefie pod wspornikiem są podobne, jednak na głębokości 45 cm, tj.
na poziomie położenia obliczeniowego środka obrotu, gdzie moment zginający
z obliczeń teoretycznych powinien być bliski zeru, pomierzono wartości dodatnie. W przypadku małych wartości obciążeń siłą i momentem stwierdzono podobną zależność.
25
Rys. 11. Wykres momentów
zginających Mz w modelu 5, wywołanych siłą przyłożoną w poziomie gruntu
Tabela 3. Zestawienie wartości momentów zginających w pionowej części badanego modelu 5 (z pomiarów tensometrycznych i z obliczeń). Obciążenie
siłą przyłożoną w poziomie gruntu
Głębokość
[m]
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Rys. 12. Wykres momentów zginających Mz w modelu 5, wywołanych siłą poziomą przyłożoną
30 cm nad gruntem
Mzmin
[kNm]
Mzmax
[kNm]
z obl.
z bad.
z obl.
z bad.
0,00
0,020
0,032
0,033
0,023
0,081
0,00
0,036
0,097
-
0,00
0,035
0,056
0,056
0,039
0,014
0,00
–0,006
0,019
-
26
Tabela 4. Zestawienie wartości momentów zginających w pionowej części modelu 5 (z pomiarów
tensometrycznych i z obliczeń). Obciążenie siłą
poziomą przyłożoną 30 cm nad gruntem
Głębokość
[m]
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Mzmin
[kNm]
Mzmax
[kNm]
z obl.
z bad.
z obl.
z bad.
0,08
0,09
0,09
0,05
0,00
–0,07
–0,12
0,01
0,01
-
0,41
0,50
0,47
0,30
–0,01
–0,36
–0,64
0,188
0,117
-
6. Wnioski z badań modelowych
Na podstawie badań modelowych stwierdzono, że fundamenty zespolone,
zbudowane z połączenia pionowego trzonu i poziomej płyty, wykazują zasadnicze różnice we współpracy z podłożem gruntowym w porównaniu z typowymi
słupami szczelinowymi obciążonymi poziomo. Badane fundamenty charakteryzują się sztywnością wynikającą z zagłębienia trzonu w podłożu i oddziaływania
poziomej płyty na grunt przed trzonem.
Pozioma nośność modelu fundamentu zespolonego o małym zagłębieniu
w podłożu (model 3, h = 30 cm) jest zdeterminowana oporami tarcia występującymi przy pojawieniu się przemieszczenia w górę pionowej części modelu. Przy
większym zagłębieniu modelu w podłożu gruntowym (model 5, h = 60 cm) decydujące znaczenie ma odpór gruntu oddziaływujący jednocześnie na pionową
i poziomą część fundamentu. Potwierdza to analiza położenia chwilowych punktów obrotu modeli obciążonych poziomo oraz pomiary odkształceń ich trzonów
w gruncie.
Nośność pozioma modeli badawczych scharakteryzowana współczynnikiem
nośności m, wyrażonym jako tangens kąta nachylenia stycznej do wykresu
przemieszczenia modelu w poziomie terenu, zawiera się w przedziale wartości
od 0,22 do 0,89. Największą nośność uzyskano dla modelu 5 zagłębionego
60 cm w gruncie. Najmniejszą nośność miał model 2 zagłębiony 20 cm w gruncie. W takich samych warunkach model typowego fundamentu w postaci ściany
szczelinowej zagłębionej 60 cm w gruncie (model 6) miał nośność m = 0,30.
Zastosowanie poziomej płyty połączonej sztywno z pionową częścią fundamentu głębokiego pozwoliło skrócić o ponad połowę zagłębienie w gruncie trzonu
fundamentu zespolonego, przy zachowaniu tej samej nośności poziomej. Zaob-
27
serwowane w badaniach modelowych zjawiska stanowią podstawę do kontynuacji badań i sformułowania założeń analizy teoretycznej [11-13].
Literatura
1. Dembicki i in., Stateczność pojedynczych fundamentów blokowych oraz słupowych
z płytami poprzecznymi. PWN, Warszawa 1981
2. Jarominiak A. i in., Pale i fundamenty palowe. Arkady, Warszawa 1986
3. Poulos H.G., Method’s of analysis of piled raft foundations. Int. Jour. Numerical
and Analytical Methods in Geomech., 18(2), TC18 Report-01R, London 1994
4. Trojnar K., Zwiększanie nośności bocznej fundamentów palowych. Mat. konf. „Problemy teorii i praktyki budownictwa”, t. 2, Politechnika Lwowska, Lwów 1994
5. Trojnar K., Badania modelowe fundamentu płytowo-palowego pod obciążeniem
poziomym. Mat. konf. Konferencji Naukowej KILiW PAN i KN PZITB „Problemy
naukowo-badawcze budownictwa”, Krynica 2002
6. Horodecki K., Molter Ł., Ocena współpracy z podłożem fundamentów podpór obciążonych dużymi siłami poziomymi. Praca magisterska – Katedra Mostów Politechniki Rzeszowskiej, promotor: dr inż. Krzysztof Trojnar, Rzeszów 2003
7. Braja M.D., Shallow Foudations, Bearing Capacity and Settlement. CRC Press,
Washington 1999
8. Chai J., Shallow Foundations, Bridge Engineering Handbook. CRC Press, Washington 2000
9. Mahiyar H., Patel A.N., Analysis of Angle Shaped Footing Under Eccentric Loading. Jour. Geotech. and Geoenv. Eng., December 2000
10. Prakash S., Saran S., Bearing Capacity of Eccentically Loaded Footings. Jour. Soil
Mech. and Found. Div. ASCE, 1997(1), 1971
11. Bolt A., Geotechniczne badania modelowe. Inżynieria Morska i Geotechnika, 1,
1996
12. Trojnar K., Współpraca z podłożem pala o zwiększonej sztywności bocznej. Inżynieria i Budownictwo, 6, 1999
13. Widjojo A., Prakoso A., Contribution to Piled Raft Foundation Design. Jour. Geotech. and Geoenv. Eng., January 2001
EVALUATION OF FOUNDATION – SOIL INTERACTION
FOR DIAPHRAGM WALLS MODELS UNDER HIGH LATERAL LOAD
Summary
The work contains the results of investigations of rigid diaphragm walls models connected
with shallow foundation plates under lateral load. The test of the hybrid foundations was conducted in small scale. The comparison of the obtained result is the base of improved design
method for laterally loaded hybrid foundations for supporting structures.
Złożono w Oficynie Wydawniczej w marcu 2005 r.
Nr 221
2005
Bogusław JANUSZEWSKI
RODZAJE PODPRZESTRZENIOWYCH
RZUTOWAŃ O WIĄZKOWO ROZPROSZONYCH
ŚRODKACH
W artykule wskazuje się rodzaje rzutowania podprzestrzeniowego R ze środków
wiązkowo rozproszonych. W zależności czy elementarne w rzutowaniu R rzutowania wiązkowe poszczególnych punktów odwzorowywanej przestrzeni są rzutowaniami zwyczajnymi, uogólnionymi, czy zwyczajnymi i uogólnionymi, wyróżnia
się i analizuje trzy zasadnicze rodziny rzutowań R, a mianowicie: rzutowania jednolicie zwyczajne, rzutowania jednolicie uogólnione, rzutowania mieszane.
1. Wprowadzenie
W pracy [1] zdefiniowano tzw. rzutowanie podprzestrzeniowe o wiązkowo
rozproszonych środkach. Rzutowanie to, oznaczane tutaj przez R, jest możliwe
do zrealizowania w n-wymiarowej przestrzeni rzutowej Pn (n ≥ 2), gdy wyróżniony jest w tej przestrzeni aparat rzutowania R składający się:
• z wiązki 〈C,B〉 podprzestrzeni, zwanej bazą środków rzutowania R, mającej tę właściwość, że n ≥ dimB ≥ 0, b – 1 ≥ dimC ≥ –1, wskaźnik
rozmaitości wC wiązki 〈C,B〉 jest równy (dimB – dimC + 1),
• z wiązki 〈K,Pn〉 podprzestrzeni, zwanej wiązką przyporządkowań środków, charakteryzującej się wskaźnikiem rozmaitości wK = wC , czyli
wymiarem podprzestrzeni K równym n – dimB + dimC,
• z przekształcenia rzutowego H wiązki 〈K,Pn〉 na wiązkę 〈C,B〉, które
może być kolineacją albo korelacją,
• z podprzestrzeni – rzutni P o wymiarze dimP dobranej tak, że gdy H
jest kolineacją (korelacją), to P wraz z każdym dimC +1 (dimB – 1)-wymiarowym elementem wiązki 〈C,B〉 daje w złączu na ogół Pn,
a w iloczynie – podprzestrzeń o wymiarze nie większym od dimP – 2.
Przy tak określonym aparacie {〈C,B〉, 〈K,Pn〉, H, P } rzutowania R każdemu
punktowi X ∈ Pn zostaje przypisany w wiązce 〈K,Pn〉 element LX = X Ο K.
Z kolei podprzestrzeni LX odpowiada, za pośrednictwem rzutowości H, element
30
B. Januszewski
SX bazy 〈C,B〉 środków rzutowania R, który uznaje się za środek rzutowania R
punktu X. Ostatecznie środek SX w złączu z X wyznacza podprzestrzeń rzutującą RX. Jej iloczyn z rzutnią P jest obrazem – rzutem XR punktu X w rzutowaniu R na rzutnię P (rys. 1.).
Rys. 1. Ideogram budowy i działania aparatu rzutowania podprzestrzeniowego R
o wiązkowo rozproszonych środkach
Zauważmy z kolei, że w pracy [2] zaproponowano wydzielenie w rodzinie
rzutowań wiązkowych realizowanych w przestrzeni Pn [3] dwóch podzbiorów,
których elementy nazwano:
• rzutowaniami wiązkowymi zwyczajnymi, gdy środki tych rzutowań są
podprzestrzeniami rozłącznymi z rzutniami,
• rzutowaniami wiązkowymi uogólnionymi, gdy środki tych rzutowań nie
są rozłączne z rzutniami.
Analogiczne wymagania postawić można środkom i rzutni rzutowania R o środkach wiązkowo rozproszonych. Prowadzi to do wyróżnienia w rodzinie tych
rzutowań kilku rodzajów, różniących się istotnie budową aparatu rzutowania.
Chodzi mianowicie o podzbiory rzutowań R, których elementy:
• dla wszystkich punktów zbioru Pn – K są rzutowaniami zwyczajnymi
(czyli rzutowaniami ze środków rozłącznych z rzutnią); takie rzutowania
R nazywa się tutaj rzutowaniami jednolicie zwyczajnymi,
• dla wszystkich punktów zbioru Pn – K są rzutowaniami uogólnionymi
(czyli rzutowaniami ze środków przecinających rzutnię w równowymiarowych podprzestrzeniach różnych od zbioru pustego); takie rzutowania
R nazywa się tutaj rzutowaniami jednolicie uogólnionymi,
• dla niektórych punktów zbioru Pn – K są rzutowaniami zwyczajnymi,
a dla innych rzutowaniami uogólnionymi, względnie dla wszystkich
punktów zbioru Pn – K są rzutowaniami uogólnionymi, przy czym
środki tych rzutowań mają z rzutnią wspólne podprzestrzenie o nieiden-
Rodzaje podprzestrzeniowych rzutowań ...
31
tycznych wymiarach; takie rzutowania R są tutaj nazywane rzutowaniami mieszanymi.
Analiza podstawowych właściwości aparatów wyróżnionych rodzajów rzutowań
R jest zasadniczym tematem niniejszego opracowania.
2. Rzutowanie R jednolicie zwyczajne
Niech w przestrzeni Pn ustalony będzie aparat {〈C,B〉, 〈K,Pn〉, H, P }
rzutowania R. Łatwo zauważyć, że rozważane rzutowanie R może być rzutowaniem zwyczajnym dla wszystkich punktów zbioru Pn – K tylko wtedy, gdy
jego rzutnię P wyróżni się jako podprzestrzeń rozłączną z polem B bazy środków rzutowania. Wobec tego dim B + dim P = n – 1. Jednocześnie środki SX
rzutowania R, bez względu na to czy są wyróżniane w B przy zastosowaniu
wchodzącego w skład aparatu przekształcenia H będącego kolineacją czy korelacją, muszą być, w rozważanym obecnie rodzaju rzutowania, podprzestrzeniami
rozłącznymi z rzutnią P i wyznaczającymi w złączu z P odwzorowywaną
przestrzeń Pn. Tym samym dim SX + dim P = n – 1, co łącznie z poprzednio
ustaloną zależnością pozwala stwierdzić, iż dim SX + dim P = dim B + dim P,
czyli że dim SX = dim B. Ostatnia równość, zestawiona z faktem, że SX ⊂ B,
prowadzi do wniosku, że SX = B. Innymi słowy, wykazano, że jeżeli od rzutowania podprzestrzeniowego R o środkach wiązkowo rozproszonych zażąda
się, aby było dla wszystkich punktów zbioru Pn – K rzutowaniem jednolicie
zwyczajnym, to rzutowanie R staje się tożsame z rzutowaniem zwyczajnym
wiązkowym przestrzeni Pn ze stałego środka S = B na rzutnię P o wymiarze
n – dimB – 1 (rys. 2.) [3].
Rys. 2. Ideogram budowy i działania aparatu rzutowania
R jako rzutowania jednolicie zwyczajnego
32
B. Januszewski
3. Rzutowanie R jednolicie uogólnione
Z podanego wcześniej określenia rozważanego obecnie rodzaju rzutowania
wynika, że zaliczenie rzutowania R do zbioru rzutowań jednolicie uogólnionych
wymaga takiego dobrania rzutni P tego rzutowania, aby iloczyny tej rzutni
z wszystkimi środkami SX rzutowania punktów X zbioru Pn – K były różnymi
od zbioru pustego podprzestrzeniami PS X o identycznych wymiarach, nie większych od dim P – 2 (rys. 3.).
Rys. 3. Ideogram budowy i działania aparatu
rzutowania R jako rzutowania jednolicie
uogólnionego
Wymaganie to zostaje spełnione, gdy iloczyn PB = P ∩B jest podprzestrzenią wyznaczającą wraz z rdzeniem C bazy środków rzutowania R pole B
tej bazy. Istotnie, wyrażając ostatnio przyjęte założenia w rachunku wymiarów,
otrzymujemy:
dim P + dim B = n + dim PB ⇒ dim PB = dim P + dim B – n ...
(1)
dim C + dim PB = dim B + dim(C ∩ P) ⇒ dim(C ∩ P) = dim C +
+ dim PB – dim B ≥ –1 ...
(2)
dim SX + dim PB = dim B + dimPS X ⇒ dimPS X = dim SX +
+ dim PB – dim B ≤ dim P – 2 ...
(3)
a ponieważ SX ⊃ C, to dim SX > dimC, więc stąd po uwzględnieniu zależności
(2) i (3) wynika, iż dim PS X ≥ 0. Ponadto wymiary pozostałych składników
aparatu rzutowania podprzestrzeniowego R zaliczanego do rozważanego rodzaju
charakteryzują się następującymi zależnościami:
33
• dim C + dim P ≥ n – 1 (ze związków (1) i (2)),
• dim SX ≤ n – 2 (ze związków (1) i (3)), czyli gdy rzutowość H jest:
kolineacją i dim SX = dim C + 1, to dim C ≤ n – 3,
− korelacją i dim SX = dim B – 1, to dim B ≤ n – 1.
−
4. Mieszane rzutowania R
4.1. Mieszane rzutowanie R realizowane przy wykorzystaniu
rzutowań zwyczajnych i uogólnionych
W pierwszej kolejności załóżmy, że wchodzące w skład aparatu {〈C,B〉,
〈K,Pn〉, H, P } rozważanego rzutowania R przekształcenie rzutowe H jest kolineacją, czyli że środki SX rzutowania R są (dimC + 1)-wymiarowymi elementami wiązki 〈C, B〉. Dążąc do spełnienia wymagań zawartych w definicji analizowanego rodzaju rzutowania R, wyróżnijmy jego rzutnię P jako podprzestrzeń
przecinającą B w podprzestrzeni PB rozłącznej z C i charakteryzującej się tym,
że PB O C = BP ≠ B. Łatwo zauważyć, że (dimC + 1)-wymiarowe elementy
SXi wiązki 〈C,BP = COPB〉 przecinają rzutnię P w punktach i wobec tego
są one środkami rzutowania uogólnionego Ru na rzutnię P dla punktów
Xi ∈ KPB – K, gdzie KPB jest podprzestrzenią odpowiadającą podprzestrzeni
BP w kolineacji H–1. Z kolei (dimC + 1)-wymiarowe elementy SXj wiązki
〈C,B〉 nienależące do wiązki 〈C,BP〉 są rozłączne z PB, a tym samym i z P,
i stanowią środki rzutowania zwyczajnego Rz na rzutnię P dla punktów
Xj ∈ Pn – KPB (rys. 4.).
Rys. 4. Ideogram budowy i działania aparatu
rzutowania R, będacego rzutowaniem mieszanym
realizowanym poprzez rzutowania zwyczajne
i uogólnione z wykorzystaniem kolineacji jako
pomocniczego przekształcenia H
34
B. Januszewski
W dalszym ciągu niech przekształcenie rzutowe H wchodzące w skład aparatu analizowanej mutacji rzutowania mieszanego R będzie korelacją. W tej
sytuacji rzutnię P rzutowania R należy wyróżnić tak, aby jej część wspólna
z polem B bazy środków rzutowania była punktem PB nienależącym do rdzenia
C bazy środków (przy jednoczesnym zastrzeżeniu, że C ≠ O). Punkt ten w złączu z rdzeniem C ustala podprzestrzeń CP , która wraz z B jest odpowiednio
rdzeniem i polem wiązki 〈CP,B〉, a (dimB – 1)-wymiarowe elementy SXi tej
wiązki przechodzą przez punkt PB i tym samym przecinają rzutnię P w tym
punkcie; podprzestrzenie SXi są środkami rzutowania uogólnionego Ru na rzutnię P dla punktów Xi należących do KCP – K, gdzie KCP jest elementem
wiązki przyporządkowań 〈K, Pn〉 odpowiadającym w korelacji H–1 elementowi CP wiązki 〈C,B〉. Pozostałe (dimB – 1)-wymiarowe środki SXj rzutowania R, należące do 〈C,B〉, lecz nienależące do 〈CP,B〉, nie przechodzą
przez PB i tym samym są rozłączne z rzutnią P. Stanowią one środki rzutowania
zwyczajnego Rz na rzutnię P dla punktów Xj leżących w Pn – KC P (rys. 5.).
Rys. 5. Ideogram budowy i działania aparatu rzutowania R, będącego rzutowaniem mieszanym
realizowanym poprzez rzutowania zwyczajne i uogólnione
z wykorzystaniem korelacji jako
4.2. Mieszane rzutowanie R realizowane przy wykorzystaniu
dwóch różnych odmian rzutowania uogólnionego
Zasady dostosowania aparatu {〈C,B〉, 〈K,Pn〉, H, P } rzutowania R do
wymagań rzutowania mieszanego realizowanego przy udziale dwóch odmian
rzutowań uogólnionych o różnych wymiarach iloczynów rzutni oraz środków
tych rzutowań różnią się nieco, w zależności od tego czy wchodzące w skład
modyfikowanego aparatu przekształcenie rzutowe H jest kolineacją, czy też
korelacją.
35
W przypadku gdy H jest kolineacją, pozostałe elementy aparatu {〈C,B〉,
〈K,Pn〉, H, P } dobiera się w ten sposób, aby część wspólna PB rzutni P i pola B bazy środków rzutowania była podprzestrzenią niezawierającą rdzenia C
bazy, nierozłączną z tym rdzeniem i wyznaczającą w złączu z C podprzestrzeń
BP o wymiarze większym od dimC + 1 i mniejszym od dimB – 1. Takie przyjęcie powoduje podział zbioru wszystkich należących do 〈C,B〉 (dimC +1)-wymiarowych środków SX rzutowania R na podzbiór elementów SXi wiązki
〈C, BP〉 oraz na uzupełniający go podzbiór elementów SXj nienależących do
wiązki 〈C, BP〉. Łatwo wyliczyć, że środki SXi przecinają podprzestrzeń PB,
a więc i rzutnię P, w podprzestrzeniach o wymiarze dim PB – dim BP +
+ dimC + 1, natomiast analogiczne iloczyny powstałe przy udziale środków SXj
mają wymiary dim PB – dim BP + dimC. W związku z tym podprzestrzenie:
• SXi o wymiarach dimC + 1, należące do wiązki 〈C,BP〉, są środkami
uogólnionego rzutowania Ru1 dla punktów należących do KBP – K,
gdzie KBP jest obrazem w kolineacji H–1 podprzestrzeni BP,
• SXj, będące (dimC + 1)-wymiarowymi elementami wiązki 〈C,B〉 nienależącymi do wiązki 〈C, BP〉, są środkami uogólnionego rzutowania Ru2
dla punktów zbioru Pn – KBP (rys. 6.).
Rys. 6. Ideogram budowy i działania aparatu rzutowania R, będącego rzutowaniem mieszanym
realizowanym poprzez dwie różne odmiany rzutowań uogólnionych, z wykorzystaniem kolineacji jako pomocniczego przekształcenia H
Należenie rzutowań Ru1 oraz Ru2 do różnych rodzajów rzutowań uogólnionych
gwarantowane jest tym, że:
• dim(SXi ∩ P) ≠ dim(SXj ∩ P),
36
B. Januszewski
• dim(SXi ∩ P) > dim(SXj ∩ P) ≥ 0, bo dim BP = dim PB + dimC –
– dim (PB ∩ C), a dim(SXj ∩ P) = dim PB – dim BP + dimC, więc
dim(SXj ∩ P) = dim (PB ∩ C) ≥ 0 zgodnie ze wstępnym założeniem.
Na zakończenie rozważań niniejszego podpunktu przyjmijmy, że przekształcenie rzutowe H współtworzące aparat {〈C,B〉, 〈K,Pn〉, H, P } omawianego obecnie uogólnionego rzutowania R jest korelacją. Podobnie jak we wcześniej omawianym przypadku załóżmy, że rzutnia P aparatu rzutowania R przecina pole B bazy środków w podprzestrzeni PB mającej następujące właściwości:
• PB nie zawiera rdzenia C, ani nie zawiera się w nim,
• dim PB > 0,
• złącz PB i C jest podprzestrzenią CP o wymiarze mniejszym od
dimB – 1.
Przy tak zbudowanym aparacie (dimB –1)-wymiarowe środki SX rzutowania R
należące do wiązki 〈C,B〉 można podzielić na dwa uzupełniające się podzbiory
(rys. 7.):
• podzbiór środków SXi należących do wiązki 〈CP,B〉, zawierających
podprzestrzeń PB i tym samym przecinających P w PB,
• podzbiór środków SXj nienależących do wiązki 〈CP,B〉 i wobec tego
przecinających PB oraz rzutnię P w podprzestrzeniach o wymiarach
dim PB – 1.
Rys. 7. Ideogram budowy
i działania aparatu rzutowania R, będącego rzutowaniem
mieszanym
realizowanym
poprzez dwie różne odmiany
rzutowań uogólnionych z wykorzystaniem korelacji jako
Biorąc pod uwagę odpowiednie definicje oraz wcześniejsze ustalenia, dochodzi
się do wniosku, że:
• podprzestrzenie SXi są środkami uogólnionego rzutowania Ru1 na rzutnię
P dla wszystkich punktów Xi należących do zbioru KCP – K, gdzie
37
KCP jest obrazem podprzestrzeni CP w korelacji H–1 między wiązkami
〈C,B〉 i 〈K,Pn〉,
• podprzestrzenie SXj są środkami uogólnionego rzutowania Ru2 na rzutnię
P dla wszystkich punktów Xj należących do zbioru Pn – KCP .
Ponieważ dim(SXi ∩ P) = dim PB ≠ dim(SXj ∩ P) = dim PB – 1, więc
rzutowania Ru1 oraz Ru2 są, zgodnie z założeniem przyjętym w niniejszym podpunkcie, uogólnionymi rzutowaniami podprzestrzeniowymi należącymi do różnych odmian tych rzutowań.
Literatura
1. Januszewski B., Rzutowania podprzestrzeniowe o środkach wiązkowo rozproszonych.
Referat na IV Seminarium „Geometria i grafika w kształceniu współczesnego inżyniera”, Szczyrk–Gliwice 2003
2. Januszewski B., Steciak A., Podstawy pewnej klasyfikacji wykreślnych odwzorowań.
Zbiór referatów na Międzynarodowym Sympozjum „Geodezja i geometria inżynierska w budownictwie i inżynierii”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej,
Rzeszów–Kaczarnica 1996
3. Polański S., Rzutowanie wiązkowe w odwzorowaniach przestrzeni n-wymiarowych.
Prace Naukowe Politechniki Lubelskiej, nr 152, Budownictwo, z. 22, Lublin 1986
TYPES OF SUBSPACE PROJECTIONS
WITH BUNDLE DISPERSED CENTRES
Summary
In [1] the R subspace projection with SX bundle dispersed centers was defined as a transformation of a n-dimensional Pn projective space. The characteristic of the R projection is that it
attributes to each X ∈ Pn point in the P projection hyper plane its image XR = P ∩(X O SX),
where the SX is a center of the R projection separately assigned from a distinguished bundle of
subspaces to the X point. The centres of the R projection can be all separated from the P projection hyper plane and then the R projection is numbered to family of the uniformly ordinary projections. If SX centres have common parts with the same dimensions with the P projection hyper
plane, other than an empty set, then the R projection is called a uniformly generalized projection.
Eventually, SX centres can have common parts with different dimensions with the P projection
plane. In such a case the R projection is an element of the family of mixed projections.
The fundamental features of so-called R projection apparatuses for all signaled higher kinds
of R projections, are crucially linked to the theme of this paper.
Złożono w Oficynie Wydawniczej w lipcu 2004 r.
Nr 221
2005
Grzegorz PROKOPSKI
BADANIA WPŁYWU KRUSZYWA GRUBEGO
NA WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE
BETONU ZWYKŁEGO
I WYSOKOWARTOŚCIOWEGO
W pracy przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na ściskanie i odporności na
pękanie betonów po 7, 14, 28 i 90 dniach dojrzewania. Badania przeprowadzono
na betonach zwykłych (B40) i wysokowartościowych (BWW) wykonanych z zastosowaniem kruszywa żwirowego i dolomitowego. Określono wytrzymałość na
ściskanie betonów fc oraz wartości krytyczne parametrów mechaniki pękania:
współczynnika intensywności naprężeń K ISc i rozwarcia wierzchołka szczeliny
CTODc, a także modułu Younga E. Stwierdzono, że znaczący wzrost badanych parametrów następował także po upływie 28 dni, aż do 90. dnia dojrzewania. Uzyskiwane wartości badanych parametrów silnie zależą od rodzaju kruszywa użytego
do wykonania betonów.
1. Wprowadzenie
Właściwości kruszywa grubego użytego do wykonania betonów mają decydujący wpływ na ich zachowanie się w trakcie użytkowania. Jest o tym mowa
m.in. w pracach [1-7]. Pierwsze publikacje dotyczące wpływu kruszywa grubego na właściwości betonów ukazały się w latach pięćdziesiątych XX w. [1, 2].
W pracach tych zajmowano się zagadnieniem morfologii kształtu i powierzchni
ziaren kruszywa grubego oraz ich wpływem na przyczepność kruszywa do zaczynu cementowego i przebieg procesu zniszczenia przy ściskaniu. Późniejsze
prace Bochenka i Prokopskiego [3, 4], Prokopskiego [5-8] obejmowały także
badanie wpływu kruszywa grubego na parametry mechaniki pękania, określane
przy I (rozciąganie przy zginaniu) i II (ścinanie) modelu pękania. W pracach
tych stwierdzono istotny wpływ rodzaju, ilości i wielkości ziaren kruszywa grubego na przebieg procesu niszczenia i odporność betonów na pękanie.
Wytrzymałość betonu jest określana tradycyjnie po upływie 28 dni, także
niektóre inne właściwości betonu są często odnoszone do 28-dniowej wytrzymałości. Taki sposób podejścia nie ma naukowego uzasadnienia: 28 dni stanowi
pewną cezurę czasową w procesie wykonawczym na placu budowy oraz służy
do tego, aby te same cechy różnych betonów mogły być porównywane.
40
G. Prokopski
Stosowanie we współczesnych betonach dodatków (np. pyłu krzemionkowego) i domieszek w postaci różnego rodzaju plastyfikatorów polepszających
urabialność mieszanek spowodowało uzyskiwanie betonów o znacznie większej
wytrzymałości, przy znacznie większej dynamice przyrostu wytrzymałości
w czasie [8].
Sformułowanie ogólnych zależności dotyczących właściwości betonów
w procesie dojrzewania jest zagadnieniem złożonym, ponieważ są one funkcją
wielu czynników, z których główne to: rodzaj cementu i kruszywa, stosunek
wodno-cementowy i warunki pielęgnacji betonu [9].
Dane literaturowe podają zależność między stosunkiem wodno-cementowym i wytrzymałością betonu dla jednego cementu i określonego wieku betonu.
Według pracy [10] cementy portlandzkie produkowane na początku XX w.
(o dużej zawartości C2S i małej powierzchni właściwej) zapewniały wzrost wytrzymałości betonów przechowywanych na zewnątrz, proporcjonalnie do logarytmu wieku betonu, aż do 50 lat. Wytrzymałość 50-letnia betonów wykonanych
z tych cementów była 2,4 razy większa od wytrzymałości 28-dniowej. Betony
wykonywane z cementów produkowanych od lat trzydziestych XX w. (o mniejszej zawartości C2S i dużej powierzchni właściwej) osiągały największą wytrzymałość po okresie od 10 do 25 lat, a następnie traciły na wytrzymałości.
Stwierdzono także [11], że względny przyrost wytrzymałości był większy
w przypadku betonów wykonywanych przy większym W/C, oraz że po 90
dniach dojrzewania prowadzonego w środowisku wilgotnym wytrzymałość na
ściskanie betonu była o 20% większa niż tego samego betonu dojrzewającego
w warunkach powietrzno-suchych. W przypadku betonów 28-dniowych wytrzymałość ta różniła się o 40% [12].
Opublikowane w ostatnich latach prace obejmują głównie wpływ warunków dojrzewania betonów o zróżnicowanym składzie na ich właściwości. Prace te dotyczą między innymi: wpływu cementów z dodatkiem różnych ilości
żużli [13], wpływu różnych ilości pyłu krzemionkowego (w stosunku do masy
cementu) [14], czy też wpływu na wczesny rozwój wytrzymałości betonu
mieszaniny cementu glinowego i żużla wielkopiecowego, użytych w proporcji
50:50 [15]. Mieszanki betonowe komponowano przy różnych współczynnikach
W/C i przy różnej ilości superplastyfikatora [16], a dojrzewanie prowadzono
w odmiennych warunkach klimatycznych [16, 17], co miało odzwierciedlać
warunki dojrzewania betonów w umiarkowanej strefie klimatycznej (+20°C)
i w strefie gorącej (+45°C). Stosunkowo liczna grupa prac dotyczyła badania
wpływu cementów z dodatkiem żużla na właściwości betonów w procesie ich
dojrzewania. W tych przypadkach, oprócz tradycyjnie badanych parametrów
wytrzymałościowych, analizowano także porowatość betonów i odporność na
działanie chlorków, m.in. w pracy [18].
Bardzo rzadkie są nadal prace zmierzające do określenia związków między
właściwościami betonu a jego strukturą, także zmieniającą się w procesie dojrzewania. Poznanie zależności ilościowych występujących pomiędzy strukturą
Badania wpływu kruszywa ...
41
i właściwościami umożliwia ingerencję w strukturę w taki sposób, aby uzyskiwać materiał o oczekiwanych właściwościach.
Naprężenie, przy którym w betonie zaczynają rozwijać się rysy, zależy
w znacznym stopniu od właściwości kruszywa grubego. W przypadku użycia do
produkcji betonu kruszywa o gładkiej powierzchni i obłym kształcie (kruszywo
żwirowe otoczakowe) rysy propagują przy mniejszych naprężeniach, aniżeli ma
to miejsce w przypadku kruszywa łamanego o nieregularnym kształcie i chropowatej powierzchni. Jest to spowodowane lepszą przyczepnością zaczynu cementowego do chropowatych ziaren o nieregularnym kształcie i w konsekwencji
większymi siłami spójności występującymi na styku kruszywa i zaczynu cementowego.
Badania przedstawione w artykule zmierzały do uzyskania danych określających zmiany odporności na pękanie betonów oraz ich wytrzymałości na ściskanie w procesie dojrzewania, w zależności od rodzaju kruszywa grubego użytego do wykonania betonów. Badania te są szczególnie istotne wobec obecnego,
gwałtownego rozwoju betonów nowej generacji (z dodatkami i domieszkami),
których odpowiednie wykorzystanie będzie zależeć od rozpoznania ich właściwości w procesie niszczenia, w trakcie propagacji szczelin, których istnienie
w betonach jest nieuniknione.
2. Cel i zakres badań
Celem badań było określenie wpływu rodzaju kruszywa grubego otoczakowego (żwir płukany) i łamanego kruszywa dolomitowego na właściwości betonów zwykłych (B40) i wysokowartościowych (BWW) w trakcie ich dojrzewania. Składy granulometryczne kruszyw grubych i piasku, użytych do wykonania
betonów podano w tab. 1.
Tabela 1. Składy granulometryczne kruszyw grubych i piasku
Zawartość procentowa frakcji [%]
Frakcja [mm]
żwir
do 16 mm
dolomit
do 16 mm
piasek
0-2 mm
8-16
4-8
2-4
1-2
0,5-1
0,25-0,5
0,125-0,25
0,063-0,125
0,0-0,063
Suma
39,76
35,44
18,4
4,4
1,4
0,6
0
0
0
100
36,44
49,20
13,40
0,90
0,06
0
0
0
0
100
2,25
43,75
44,25
7,5
0,75
1,0
0,5
100
42
G. Prokopski
Badania wytrzymałości na ściskanie i odporności na pękanie przeprowadzono po 7, 14, 28 i 90 dniach dojrzewania. Badania wytrzymałości na ściskanie
(tab. 2.) prowadzono na kostkach o krawędzi 0,15 m (5 sztuk w serii), z użyciem
maszyny wytrzymałościowej ZWICK o nacisku 3000 kN.
Tabela 2. Wyniki badań wytrzymałości na ściskanie
Okres
dojrzewania
[dni]
fc ± ∂[MPa]
beton żwirowy
beton dolomitowy
B40
BWW
B40
BWW
7
35,4±0,5
78,6±1,2
25,7±1,6
81,9±3,0
14
38,1±0,5
82,5±1,4
43,0±1,2
95,2±1,6
28
44,4±1,0
88,0±0,8
49,4±1,2
98,5±1,2
90
59,7±1,0
92,5±1,8
69,6±3,1
102,3±3,1
Betony wykonano z kruszywa 2-16 mm, piasku 0-2 mm z ZEK Antonówka
oraz cementu portlandzkiego CEM I 32,5 R i CEM I 42,5R z cementowni Rudniki k. Częstochowy, przy punkcie piaskowym mieszanki kruszywa 30%.
Masy składników w 1 m3 mieszanek betonów żwirowych były następujące:
BETON ZWYKŁY B40
Kruszywo żwirowe z ZEK Glinica – 1900 kg
Cement CEM I 32,5R – 345 kg
Woda – 165,5 kg
BETON WYSOKOWARTOŚCIOWY
Kruszywo żwirowe – 1875 kg
Cement CEM I 42,5 – 460 kg
Woda – 147,5 kg
Pył krzemionkowy – 34,5 kg
Plastyfikator Addiment BV-34 – 10,12 kg
Masy składników w 1 m3 mieszanek betonów dolomitowych były następujące:
BETON ZWYKŁY B40
Kruszywo dolomitowe z Kopalni Odkrywkowej Siewierz – 2061,9 kg
Cement CEM I 32,5R – 349,9 kg
Woda – 166,6 kg
43
BETON WYSOKOWARTOŚCIOWY
Kruszywo dolomitowe – 1923 kg
Cement CEM I 42,5 – 492 kg
Woda – 149 kg
Pył krzemionkowy –36,9 kg
Plastyfikator Addiment FM-34 – 10,9 kg
3. Badania odporności na pękanie i ich analiza
Badania odporności na pękanie przeprowadzono z użyciem maszyny wytrzymałościowej MTS 810 ze sprzężeniem zwrotnym. W badaniach tych, wykonywanych według I modelu (rozciąganie przy zginaniu) i prowadzonych zgodnie
z projektem zaleceń RILEM [19] określano wartości krytyczne: współczynnika
intensywności naprężeń K IcS , rozwarcia szczeliny CTODc i długości rysy ac.
Badaniom odporności na pękanie poddano próbki o wymiarach 80×150×700 mm
z jedną szczeliną pierwotną (rys. 1.). Szybkość obciążania była tak dobrana, aby
obciążenie maksymalne było osiągane w ciągu około 5 min. Przyłożone obciążenie było następnie zmniejszane (odciążanie), gdy przekroczyło maksimum
i wynosiło około 95% obciążenia maksymalnego. Po zmniejszeniu obciążenia
do zera ponownie cyklicznie obciążano próbkę.
Rys. 1. Schemat próbki użytej
w badaniach według I modelu
pękania, HO – grubość uchwytu sprawdzianu zaciskowego,
CMOD – przemieszczenie rozwarcia wylotu szczeliny
W trakcie badań, dla każdej próbki rejestrowano wykres siły obciążającej
w funkcji przemieszczenia wylotu szczeliny (CMOD). Przykładowy wykres
CMOD – obciążenie próbki przedstawia rys. 2. Określane na podstawie uzyskanych wykresów wartości krytycznego współczynnika intensywności naprężeń K IcS , rozwarcia wierzchołka szczeliny CTODc, długości szczeliny ac, a także
modułu Younga E podano w tab. 3.
44
G. Prokopski
Rys. 2. Przykładowy wykres CMOD –
obciążenie
Tabela 3. Parametry mechaniki pękania
Czas dojrzewania [dni]
Badany
parametr
Rodzaj
betonu
7
14
K ±∂
[MN/m3/2]
(CTODc ± ∂) 103
[mm]
E ±∂
[GPa]
B40
BWW
B40
BWW
B40
BWW
B40
BWW
1,50±0,39
2,37±0,47
23,9±2,3
20,5±3,3
112,0±15,5
79,1±10,9
21,9±3,4
42,7±9,3
2,08±0,23
2,59±0,39
24,3±2,0
22,3±5,4
105,6±10,1
82.0±14
30,1±2,3
43,1±3,7
Badany
parameter
Rodzaj
betonu
28
90
beton żwirowy
S
Ic
ac ±∂
[mm]
2,28±0,26
2,86±0,52
23,9±1,2
25,6±5,3
108,6±9,0
95,1±12,1
33,3±2,7
44,5±10,5
3,22±0,14
3,22±0,53
32,9±1,8
25,2±3,4
109,0±4,1
95,2±11,6
34,1±2,4
49,5±5,7
Czas dojrzewania [dni]
7
14
28
90
beton dolomitowy
K ISc ± ∂
[MN/m3/2]
(CTODc ±∂) 103
[mm]
ac ±∂
[mm]
E ±∂
[GPa]
B40
BWW
B40
BWW
B40
BWW
B40
BWW
1,35±0,11
2,70±0,18
20,4±1,5
24,6±1,7
87,9±2,9
88,8±1,7
24,6±1,0
41,0±1,3
2,34±0,25
2,90±0,42
29,9±2,9
23,0±1,3
98,1±5,2
84,6±0,8
28,9±0,7
46,3±2,8
2,94±0,19
3,38±0,20
26,8±1,7
23,8±1,2
108,1±4,5
89,9±4,6
38,8±2,3
52,6±1,8
3,60±0,33
4,22±0,34
31,7±3,7
28,3±1,7
104,1±5,0
103,1±4,3
40,7±3,0
54,2±1,8
45
Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń K IcS obliczono z zależności [19]:
K Ics = 3 ( Pmax + 0,5w )
w której: F (α ) =
S ( π ⋅ ac )
1/ 2
⋅ F (α )
2 ⋅W ⋅ b
,
(
1,99 − α (1 − α ) 2,15 − 3,93α + 2,7α 2
π (1 + 2α )(1 − α )
1/ 2
3/ 2
),
gdzie: Pmax – maksymalne obciążenie,
α = ac/W,
w = WoS/L,
Wo – ciężar własny próbki [N],
S, ao, W, b, L – zgodnie z rys. 1.
Krytyczne rozwarcie wierzchołka szczeliny CTODc określono z zależności [19]:
CTODc =
6Pmax ⋅ S ⋅ acV1(α )
[(1 − β )2 + (1,081 − 1,149α )(β − β 2 )]1/ 2 ,
EW 2b
gdzie: β = ao/a,
ao – długość szczeliny pierwotnej.
Przeprowadzone badania wykazały, że w miarę dojrzewania następował
wzrost wszystkich badanych parametrów wytrzymałościowych, tj.: wytrzymałości na ściskanie, odporności na pękanie oraz modułu Younga, tak w przypadku
betonów na kruszywie żwirowym, jak i wykonanych z kruszywa dolomitowego
(tab. 4., rys. 3.).
W przypadku betonów B40 dynamika wzrostu badanych parametrów (fc,
S
K Ic i E) pomiędzy 7. i 90. dniem dojrzewania była znacznie większa aniżeli
w przypadku BWW.
Wzrost wytrzymałości na ściskanie betonów B40 przebiegał następująco
(tab. 4.):
• beton żwirowy – od wartości 35,4 MPa po 7 dniach dojrzewania do wartości 38,1 MPa po 14 dniach dojrzewania (wzrost o 7,6%) i do wartości
44,4 MPa po 28 dniach dojrzewania (wzrost o 25,4% w stosunku do betonu 7-dniowego) oraz do wartości 59,7 MPa (wzrost o 68,6% w stosunku do betonu 7-dniowego),
• beton dolomitowy – od wartości 25,7 MPa (beton 7-dniowy) do wartości
43,0 MPa (beton 14-dniowy), wzrost o 67,3%, i do wartości 49,4 MPa
46
G. Prokopski
(beton 28-dniowy) – wzrost o 92,2% w stosunku do 7-dniowego, oraz do
wartości 69,6 MPa – wzrost o 170,8% w stosunku do betonu po 7 dniach
dojrzewania.
Tabela 4. Zmiana parametrów wytrzymałościowych betonów w trakcie dojrzewania
Wytrzymałość na ściskanie fc [MPa]
Okres
dojrzewania
[dni]
B40
7
14
28
90
35,4
38,1
44,4
59,7
beton żwirowy
%
BWW
wzrostu
78,6
7,6
82,5
25,4
88,0
68,6
92,5
%
wzrostu
5,0
12,0
17,6
B40
25,7
43,0
49,4
69,6
beton dolomitowy
%
BWW
wzrostu
81,9
67,3
95,2
92,2
98,5
170,8
102,3
%
wzrostu
16,2
20,3
24,9
Współczynnik intensywności naprężeń K ISc [MN⋅m–3/2]
Okres
dojrzewania
[dni]
B40
7
14
28
90
1,50
2,08
2,28
3,22
beton żwirowy
%
BWW
wzrostu
2,37
38,7
2,59
52,0
2,86
114,7
3,22
%
wzrostu
9,3
20,0
36,0
B40
1,35
2,34
2,94
3,60
beton dolomitowy
%
BWW
wzrostu
2,70
73,3
2,90
117,8
3,38
166,7
4,22
%
wzrostu
7,4
25,2
56,3
Beton dolomitowy
%
BWW
wzrostu
41,0
17,5
46,3
57,8
52,6
65,4
54,2
%
wzrostu
12,8
28,1
32,0
Moduł Younga E [GPa]
Okres
dojrzewania
[dni]
B40
7
14
28
90
21,9
30,1
33,3
34,1
Beton żwirowy
%
BWW
wzrostu
42,7
37,2
43,1
51,9
44,5
55,5
49,5
%
wzrostu
0,79
4,2
15,9
B40
24,6
28,9
38,8
40,7
W betonach wysokowartościowych wzrost wytrzymałości na ściskanie
w czasie wynosił:
• beton żwirowy – od wartości 78,6 MPa po 7 dniach dojrzewania, do wartości 82,5 MPa po 14 dniach dojrzewania (wzrost o 5,0%) i do wartości
88,0 MPa po 28 dniach dojrzewania (wzrost o 12,0% w stosunku do betonu 7-dniowego) oraz do wartości 92,5 MPa (wzrost o 17,6% w stosunku do betonu 7-dniowego),
• beton dolomitowy – od wartości 81,9 MPa (beton 7-dniowy), do wartości
95,2 MPa (beton 14-dniowy) – wzrost o 16,2%, i do wartości 98,5 MPa
(beton 28-dniowy) – wzrost o 20,3% w stosunku do betonu 7-dniowego,
oraz do wartości 102,3 MPa – wzrost o 24,9% w stosunku do betonu po
7 dniach dojrzewania.
47
Rys. 3. Względne zmiany w czasie wartości badanych parametrów: a) beton żwirowy, b) beton
dolomitowy
Wzrost współczynnika intensywności naprężeń K IcS betonów B40 przebiegał następująco (tab. 4.):
• beton żwirowy – od wartości 1,50 MN⋅m–3/2 po 7 dniach dojrzewania, do
wartości 2,08 MN⋅m–3/2 po 14 dniach dojrzewania, wzrost o 38,7%, i do
wartości 2,28 MN⋅m–3/2 po 28 dniach dojrzewania (wzrost o 52,0%
w stosunku do betonu 7-dniowego) oraz do wartości 3,22 MN⋅m–3/2
(wzrost o 114,7% w stosunku do betonu 7-dniowego),
• beton dolomitowy – od wartości 1,35 MN⋅m–3/2 (beton 7-dniowy), do
wartości 2,34 MN⋅m–3/2 (beton 14-dniowy), wzrost o 73,3%, i do wartości 2,94 MN⋅m–3/2 (beton 28-dniowy) – wzrost o 117,8% w stosunku do
48
G. Prokopski
7-dniowego oraz do wartości 3,60 MN⋅m–3/2 – wzrost o 166,7% w stosunku do betonu po 7 dniach dojrzewania.
W betonach wysokowartościowych wzrost współczynnika intensywności
naprężeń K IcS , w miarę upływu czasu przebiegał następująco:
• w betonie żwirowym – od wartości 2,37 MN⋅m–3/2 po 7 dniach dojrzewania, do wartości 2,59 MN⋅m–3/2 po 14 dniach dojrzewania (wzrost o 9,3%)
i do wartości 2,86 MN⋅m–3/2 po 28 dniach dojrzewania (wzrost o 20,0%
w stosunku do betonu 7-dniowego) oraz do wartości 3,22 MN⋅m–3/2
(wzrost o 36,0% w stosunku do betonu 7-dniowego),
• w betonie dolomitowym – od wartości 2,70 MN⋅m–3/2 (beton 7-dniowy),
do wartości 2,90 MN⋅m–3/2 (beton 14-dniowy) – wzrost o 7,4%, i do wartości 3,38 MN⋅m–3/2 (beton 28-dniowy) – wzrost o 25,2% w stosunku do
7-dniowego, oraz do wartości 4,22 MN⋅m–3/2 – wzrost o 56,3% w stosunku do betonu po 7 dniach dojrzewania.
Wzrost modułu Younga betonów B40 w czasie przebiegał następująco
(tab. 4.):
• w betonie żwirowym – od wartości 21,9 GPa po 7 dniach dojrzewania, do
wartości 30,1 GPa po 14 dniach dojrzewania (wzrost o 37,2%) i do wartości 33,3 GPa po 28 dniach dojrzewania (wzrost o 51,9% w stosunku do
betonu 7-dniowego) oraz do wartości 34,1 GPa (wzrost o 55,5% w stosunku do betonu 7-dniowego),
• w betonie dolomitowym – od wartości 24,6 GPa (beton 7-dniowy), do
wartości 28,9 GPa (beton 14-dniowy), wzrost o 17,5%, i do wartości
38,8 GPa (beton 28-dniowy) – wzrost o 57,8% w stosunku do 7-dniowego, oraz do wartości 40,7 GPa – wzrost o 65,4% w stosunku do betonu
po 7 dniach dojrzewania.
W betonach wysokowartościowych wzrost modułu Younga był następujący:
• w betonie żwirowym – od wartości 42,7 GPa po 7 dniach dojrzewania, do
wartości 43,1 GPa po 14 dniach dojrzewania, wzrost o 0,9%, i do wartości 44,5 GPa po 28 dniach dojrzewania (wzrost o 4,2% w stosunku do
betonu 7-dniowego) oraz do wartości 49,5 GPa (wzrost o 15,9% w stosunku do betonu 7-dniowego),
• w betonie dolomitowym – od wartości 41,0 GPa (beton 7-dniowy), do
wartości 46,3 GPa (beton 14-dniowy) – wzrost o 12,8%, i do wartości
52,6 GPa (beton 28-dniowy) – wzrost o 28,1% w stosunku do 7-dniowego, oraz do wartości 54,2 GPa – wzrost o 32,0% w stosunku do betonu
po 7 dniach dojrzewania.
4. Wnioski z badań
Przeprowadzone badania wykazały, że znaczący wzrost badanych parametrów wytrzymałościowych betonów następował także po upływie 28 dni, aż do
49
90. dnia dojrzewania. Wzrost ten między 28. i 90. dniem dojrzewania był szczególnie duży w przypadku betonów zwykłych B40 (poza modułem Younga)
i wynosił:
• beton żwirowy B40:
− wytrzymałość na ściskanie – wzrost o 15,3 MPa (o 34,4% w porównaniu do betonu 28-dniowego),
–3/2
− współczynnik intensywności naprężeń – wzrost o 0,94 MN⋅m
(o 41,2%),
− moduł Younga – wzrost o 0,8 GPa (o 2,4%),
• beton dolomitowy B40:
− wytrzymałość na ściskanie – wzrost o 20,2 MPa (o 40,9% w porównaniu do betonu 28-dniowego),
–3/2
− współczynnik intensywności naprężeń – wzrost o 0,66 MN⋅m
(o 22,4 %),
− moduł Younga – wzrost o 1,9 GPa (o 4,9%).
W przypadku betonu żwirowego wysokowartościowego odpowiednie wzrosty wartości parametrów wytrzymałościowych wyniosły: 5,1%, 12,6% i 11,2%,
a w przypadku betonu dolomitowego wysokowartościowego: 3,8%, 24,8%
i 3,0%.
W badaniach stwierdzono, że betony wysokowartościowe uzyskały, po tym
samym czasie dojrzewania, znacznie większe wartości badanych parametrów
aniżeli betony B40. W przypadku betonów z kruszywa żwirowego (dolomitowego) proporcje wartości (BWW/B40) przedstawiały się następująco:
• wytrzymałość na ściskanie BWW była większa niż betonów B40 po 7,
14, 28 i 90 dniach dojrzewania, odpowiednio o 122,0, 116,5, 98,2
i 54,9% (218,7, 121,4, 99,4 i 47,0%),
• współczynnik intensywności naprężeń BWW był większy od uzyskanego
dla betonu B40, odpowiednio o 58,0, 24,5, 28,0 i 0% (100,0, 23,9, 15,0
i 17,2%),
• moduł Younga BWW był większy od modułu Younga betonu B40, odpowiednio o 94,8, 43,1, 33,7 i 45,2% (66,9, 60,1, 35,5 i 33,1%).
Powyższe zestawienie wskazuje, że w przypadku betonów wysokowartościowych najbardziej czułe na dodatek pyłu krzemionkowego i superplastyfikator są: współczynnik intensywności naprężeń K IcS i wytrzymałość na ściskanie fc, najmniej natomiast moduł Younga, oraz że wpływ ten zmniejsza się znacząco w miarę upływu czasu dojrzewania. Jest to spowodowane wolniejszym, co
oczywiste, uzyskiwaniem końcowych (90-dniowych) wartości badanych parametrów przez beton zwykły (B40).
Literatura
1. Jones R., Kaplan M.F., The effects of coarse aggregate on the mode of failure of
concrete in compression and flexure. Mag. Concr. Res., 9(26), 1957
50
G. Prokopski
2. Kuczyński W.,Wpływ kruszywa grubego na wytrzymałość betonu. Arch. Inż. Ląd.,
4, 2, 1958
3. Bochenek A., Prokopski G., Badania wpływu wielkości ziaren kruszywa na odporność betonu zwykłego na pękanie. Arch. Inż. Ląd., 33, 3, 1987
4. Prokopski G., Badanie wpływu warstwy stykowej kruszywo-zaprawa na odporność
betonów na pękanie. Arch. Inż. Ląd., 35, 3, 1989
5. Bochenek A., Prokopski G., Badania wpływu rodzaju kruszywa grubego na odporność betonu na pękanie. Arch. Inż. Ląd., 35, 1, 1989
6. Prokopski G., Badanie wpływu rodzaju i ilości kruszywa grubego na odporność
betonów na pękanie. Arch. Inż. Ląd., 36, 1-2, 1990
7. Prokopski G., Badania odporności na pękanie betonów wykonanych z różnych kruszyw, przy zastosowaniu II modelu pękania. Inżynieria Materiałowa, 5, 1989
8. Prokopski G., Rozwój cech mechanicznych betonów zwykłego i wysokowartościowego z cementów portlandzkich w okresie między 7 i 90 dniem dojrzewania. Drogi
i Mosty, 2, 2003
9. Neville A.M., Properties of concrete. London 1995
10. Washa G.W., Wendt K.F., Fifty years properties of concrete. J. Amer. Concr. Inst.,
72(1), 1975
11. Wood S.L., Evaluation of the long-therm properties of concrete. ACI Materials
Journal, 88(6), 1991
12. Soroka I., Baum H., Influence of specimen size on effect of curing regime on
concrete compressive strength. J. Mater. Civil Eng. ASCE, 6(1), 1994
13. Aldea C.M., Young F., Wang K., Shah S.P., Effect of curing conditions on properties of concrete using slag replacement. Cem. Concr. Res., 30, 2000
14. Tautanji H.A., Bayasi Z., Effect of curing procedure on properties of silica fume
concrete. Cem. Concr. Res., 29, 1999
15. Quillin K., Osborne G., Majumdar A., Singh B., Effects of w/c ratio on strength
development in BRECEM concretes. Cem. Concr. Res., 31, 2001
16. Khatib J.M., Mangat P.S., Influence of superplasticizer and curing on porosity and
pore structure of cement paste. Cem. & Concr. Composits, 21, 1999
17. Kim J.K., Moon Y.H., Eo S.H., Compressive strength development of concrete with
different curing time and temperature. Cem. Concr. Res., 28(12), 1998
18. Ramezanianpour A.A., Malhotra V.M., Effect of curing on the compressive strength,
resistance of cloride-ion penetration and porosity of concretes incorporating slag, fly
ash or silica. Cem. & Concr. Composits, 17, 1995
19. Determination of fracture parameters (K SIc and CTODc) on plain concrete using
three-point bend test. RILEM Draft Recommendations, TC 89 - FMT Fracture
Mechanics of Concrete Test Methods, Materials and Structures, 23, 1990
51
EFFECT OF COARSE AGGREGATE ON PROPERTIES OF
ORDINARY AND HIGH PERFORMANCE CONCRETES IN THE
CURING PROCESS
Summary
The paper presents the results of the compressive strength and fracture toughness parameters
of concrete carried out after 7, 14, 28 and 90 days of concrete curing. The tests covered ordinary
concrete (C40) and high-performance concrete (HPC) made from gravel and dolomite coarse
aggregates. The compressive strength of concrete fc and the critical values of fracture mechanics
parameters, including stress intensity factor K ISc , crack tip opening displacement, CTODc, as well
as the Young’s modulus E, of concrete were determined.
A significant increase in the values of these parameters was found in the period between the
28th and the 90th day of curing. It was also found that the strength parameters under examination
depended heavily on the type of coarse aggregate used for making concrete.
Złożono w Oficynie Wydawniczej w czerwcu 2004 r.
Nr 221
2005
Michał PROKSA
DWIE NAJWCZEŚNIEJSZE MUROWANE
BUDOWLE MONUMENTALNE
NA WZGÓRZU ZAMKOWYM W PRZEMYŚLU
Zespół przedromańskich budowli, odkryty przed czterdziestu z górą laty na grodzie przemyskim, powoli odsłaniał swe kolejne tajemnice. Badania w latach
80. przyniosły odkrycie filarów przyściennych w „auli”, ostatnie zaś – kolumn
empory w nawie rotundy. Ważnym odkryciem związanym z systemem komunikacji w obrębie palatium było odnalezienie przejścia oraz (ewentualnie) klatki schodowej w poprzecznej ścianie działowej w 2002 r. Pomimo rozmaitych zniszczeń
murów, zarówno rotundy, jak też budynku pałacowego, należy stwierdzić, że zachowane relikty w pełni uzasadniają utworzenie w przyszłości rezerwatu archeologiczno-architektonicznego, w obrębie którego mogłyby zostać, po gruntownej konserwacji, należycie wyeksponowane. Odkrycie śladów empory w rotundzie przemyskiej, sugerowane wcześniej przez wielu badaczy, a także możliwość rekonstruowania jej w bardzo „monumentalnym” wymiarze, dobitnie potwierdzają znaczenie tego grodu jako ośrodka władzy książęcej oraz ważnego punktu strategicznego pomiędzy dwoma, a właściwie trzema metropoliami: Kijowem, Krakowem
i Pragą. Podtrzymując pogląd, iż omawiany zespół budowli powstał w końcowym
okresie panowania Bolesława Chrobrego i funkcjonował także za Mieszka II,
można, zwłaszcza po ostatnich odkryciach, mówić bez zbytniej przesady o „królewskiej kaplicy” i „rezydencji królewskiej” w Przemyślu. Jej realizacja wiązała
się ściśle ze sposobem sprawowania władzy przyjętym w ówczesnej Europie.
Omówimy tu przedromański zespół rotundy i palatium fundowany zapewne
przez Bolesława Chrobrego i tzw. cerkiew księcia Wołodara Rościsławowica –
dwie budowle lokowane na Wzgórzu Zamkowym w Przemyślu. W miejscu
gdzie Kazimierz Wielki zbudował gotycki zamek murowany, w X w. istniał już
gród broniony palisadą, a na przełomie X i XI stulecia zbudowano wał (zachowany dość dobrze w południowej części) o konstrukcji skrzyniowej (lub przekładkowej) wysokości 4-5 m i grubości podstawy około 20 m [1, s. 42-43; 2,
s. 78; 3, s. 55, 64]. W miejscu gdzie później stanęła czworoboczna baszta murowana, próbowano lokalizować w linii wału wieżę obronno-mieszkalną (stołp),
czego nie udało się potwierdzić [4, s. 24]. Problem lokalizacji podgrodzia nie
został jednoznacznie wyjaśniony, a wskazuje się tu na dwie możliwości: teren na
północny zachód od grodu z cmentarzem i cerkwią (rys. 1.), bądź na północny
wschód z cerkwią św. Mikołaja – rejon dzisiejszej katedry ob. łac. (rys. 2.). Dziś
54
M. Proksa
wydaje się, że raczej ta druga lokalizacja jest bardziej prawdopodobna, tu bowiem odkryto gęstą zabudowę drewnianą, starszą częściowo od wzniesionej
zapewne w XII w. rotundy św. Mikołaja (wezwanie targowe) o cechach również refugialnych [5, s. 26] (ta monumentalna budowla kamienna będzie tema-
Rys. 1. Etapy rozwoju osadnictwa średniowiecznego w Przemyślu: a) faza I (koniec X-XI
w.), b) faza II (XII-XV w.)
Opracowano na podstawie
J. Bogdanowskiego (1968)
Rys. 2. Gród i podgrodzie w Przemyślu: a) X-XII w., b) XIII-XV w.
Opracowano na podstawie A. Koperskiego (1988)
Dwie najwcześniejsze murowane budowle ...
55
tem kolejnego artykułu). Wnętrze grodu zabudowane było drewnianymi, niewielkimi (3×4 m) domami o konstrukcji zrębowej, z podłogami z dranic; część
z nich mogła być zbudowana w konstrukcji słupowej lub plecionkowej. Domostwa wznoszono w XI-XIII w., a wzdłuż wału przebiegała dookolna droga
[2, s. 78-79, 123 i nn.].
Pierwszą budowlą murowaną był kamienny zespół rezydencjalno-sakralny,
zwany rotundą i palatium (rys. 3.). Badacze zgodnie twierdzą, że należy on do
horyzontu przedromańskiego, a zbudował go Bolesław Chrobry przy okazji
wyprawy do Kijowa w 1018 r. [6, s. 42; 7, s. 54]. Budowlę zlokalizowano, zgodnie z przestrzeganą zasadą, w najwyższej południowej części grodu właściwego.
Składa się ona z dwóch części: jednoabsydowej, tzw. prostej rotundy i długiego, prostokątnego budynku, zwanego od czasu jego odkrycia w 1960 r. przez
A. Żakiego palatium. Nawa rotundy posiada średnicę zewnętrzną 1120 cm,
zaś wewnętrzną 764, natomiast absyda odpowiednio 792 cm i 452 cm (wg pomiaru z 1960 r. dokonanego przez J. Dobrzańskiego) [6, s. 39, przypis 5]. Pomiar dokonany w 2001 r. w czasie terenowych studiów architektoniczno-archeologicznych w zasadzie potwierdził wcześniejsze ustalenia [8, s. 28]. Podstawowe wymiary (wg pomiaru z 1960 r.) palatium wraz z murami wynoszą
Rys. 3. Plan zamku przemyskiego z budowlami wczesnośredniowiecznymi – rotundą i palatium
oraz cerkwią Wołodara. Elewacja
skrzydła północno-wschodniego.
Opracowano na podstawie J.T.
Frazika (1963)
56
M. Proksa
15,20×34,20 m, a grubość ścian nie jest jednolita: szczytowa, przylegająca do
rotundy ma 204-207 cm, mur podłużny SW – 220 cm, zaś druga ze ścian szczytowych (NW) jedynie 149 cm [6, s. 40]. Żaki [9, s. 243] podaje wymiary palatium 15,20×35,50 m. W 2002 roku dokonano nowego pomiaru, co pozwoliło na
korekty. Dziś posługujemy się wymiarami 15,0×33,6 m, co różni je dość znacznie od pomiaru z 1960 r. (rys. 4.) [8, s. 29].
Rys. 4. Stan badań rotundy i palatium do 2002 r. (KEA, PKZ, UR).
Opracowanie: Z. Pianowski, M. Proksa
Zespół (zarówno rotunda, jak i palatium) został zbudowany z łamanego
szarego i szarordzawego piaskowca, tzw. fliszu karpackiego, którego złoża znajdują się w Kruhelu pod Przemyślem [10]. We wnętrzu muru znajdują się nieregularne piaskowce i otoczaki, a jako spoiny użyto zaprawy wapienno-piaskowej
o dużym udziale wapna (92,3% CaCO i 7% piasku) [11, s. 96]. Technikę możemy określić jako „opus emplectum” ze względu na wyraźny podział między
partią licową a wnętrzem. Z drugiej jednak strony układ licowych elementów
płytkowych przypomina technikę określaną jako „opus incertum”, zastosowaną
m.in. w murach wawelskiego tetrakonchosu [12, s. 8-37]. W fundamencie rotundy, pod progiem wejścia do świątyni oraz we wschodniej części muru absydy
wystąpiły krótkie odcinki wątku „opus spicatum”. Trzeba również zaznaczyć
ponad dwumetrową różnicę głębokości posadowienia budowli wynikającą ze
spadku terenu od kulminacji w rejonie rotundy w kierunku północno-zachodnim.
Palatium dzieliło się na trzy pomieszczenia. Wielka sala (11,5×21,5 m –
250 m2) sąsiadująca z kaplicą zajmowała centralną i południową część budynku.
Mniejsze pomieszczenie (6,3×8,2 m – 51 m2) znajdowało się północnej części
budynku i sąsiadowało z korytarzem (1,7×6,3 m – 11 m2). Odkryte na osi wielkiej sali dwa mury o narysie kwadratu o boku około l m stanowią zapewne dolne
partie przyściennych filarów. Na odcinku korytarza, w grubości muru zewnętrz-
57
nego SW stwierdzono dolne zakończenia czterech okrągłych, pionowych otworów, z których największy, średnicy 82-93 cm, posiadał połączenie z korytarzem
za pomocą przejścia szerokości 65 cm (rys. 5.), zaś trzy pozostałe – średnicy
54-60 cm, nie wykazały śladów podobnych połączeń. Największy z otworów
mógł pełnić funkcję „armarium”, gdzie deponowano najcenniejsze przedmioty,
mniejsze gniazda mogły być negatywami po drewnianych słupach wzmacniających mur [13, s. 75].
Rys. 5. Przemyśl – zamek. Wykop 8/83. Otwór w grubości ściany
SW, połączony z pomieszczeniem korytarza. Widok od południa.
Fot. A. Krzysaj
Z wielkiej sali prowadziło przejście do pomieszczenia północnego usytuowanego w auli między filarem przyściennym a murem NE. Ze względu na
zniszczenie przez XVIII-wieczny mur nie można określić jego szerokości.
Rotunda składała się z kolistej nawy o powierzchni ok. 45,8 m2 i podkowiastej absydy o powierzchni 16 m2. W absydzie nie odkryto śladów ołtarza, natomiast w nawie odsłonięty w 1960 r. „przymurek” zinterpretowano jako „ławę
przyścienną” służącą do siedzenia i stanowiącą element wyposażenia świątyni.
A. Żaki [6, s. 39; 14, s. 8] informował, że „przymurek” ma szerokość 50 cm.
A. Tomaszewski [7, s. 54] uznał tę „ławę” za podbudowę przyściennych schodów na emporę zachodnią. W trakcie nowej serii badań (2001 r.) ustalono, że
ława stanowi relikty trzech filarów przyściennych o trapezowatym narysie
i szerokości około 40 cm, zwróconych krótszym bokiem w kierunku środka
nawy. Filary te nie były przewiązane z murem magistralnym; w nawie odsłonięto również dolne partie dwóch kolumn średnicy 80 cm, osadzonych na kwadratowych plintach o boku 90 cm. Filary wraz z kolumnami tworzyły system podparcia obszernego balkonu emporowego. Wejście do rotundy, szerokości 140 cm,
58
M. Proksa
znajdowało się od strony północnej, w murze nawy, w sąsiedztwie zakrępowania
absydy (rys. 6.).
Rys. 6. Rotunda i przyległa część palatium. Rekonstrukcja czterokolumnowej
empory w nawie świątyni. Fazy budowlane: 1 – mury rotundy, 2 – mur palatium, 3 – mury empory i filar w „auli”.
Opracowanie: Z. Pianowski, M. Proksa
Na uwagę zasługuje całkowity brak detalu architektonicznego zarówno
w murach, jak i w warstwie destrukcyjnej. Nie stwierdzono również śladów
zbutwiałego drewna, co mogłoby sugerować wykorzystanie elementów więźby
dachowej i stropu w innej budowli. Znaleziona płyta ołowiana może wskazywać
na wykonanie pokrycia z ołowiu, który ze względu na dużą wartość został odzyskany w czasie demolacji [3, s. 356]. Znaczny ciężar płyty, duża grubość, brak
zaczepów i śladów po przybijaniu gwoździami, a także obecność nacięć przy
brzegach sugerują raczej, że mogła ona stanowić półprodukt przeznaczony do
rozklepania dla pokrycia znacznie większej powierzchni dachu, ewentualnie do
innego celu. Wymiary powierzchni płyt ołowianych stosowanych do pokrycia
dachów z terenu Rusi były większe od płyty przemyskiej, zaś ich grubość wahała się w granicach 1,5-3 mm [15, s. 98-100].
Nie zostaną tutaj omówione (ze względu na ograniczoną objętość artykułu)
wszystkie poglądy dotyczące prób rekonstrukcji (rys. 7-9). Zostały one przedstawione szczegółowo w innym miejscu [8, s. 37-54]. Warto jedynie zaznaczyć,
że zarówno wersja jednopoziomowa, jak i dwupoziomowa z różnymi warianta-
59
mi, są możliwe (rys. 10.), jednak ze względu na obecność empory w rotundzie
autorzy optują raczej za wersją dwupoziomową. Rekonstrukcja podziału wielkiej
sali na mniejsze pomieszczenia za pomocą ścian poprzecznych została wykluczona, chyba ostatecznie w związku z odkryciem w 1985 r. dwóch filarów przyściennych na osi auli.
Rys. 7. Rotunda i palatium. Plan
drugiego etapu badań w 1960 r.
oraz próba rekonstrukcji. Opracowano na podstawie A. Żakiego
60
M. Proksa
Rys. 8. Rotunda i palatium. Plan i rekonstrukcja.
Opracowano na podstawie A. Żakiego (1974)
Rys. 9. Rotunda i palatium w rekonstrukcji: a) A. Żakiego, b) E. Sosnowskiej
Rys. 10. Próba aksonometrycznej rekonstrukcji
zespołu rotunda–palatium wg stanu badań do
2002 r. Opracowanie: Z. Pianowski, M. Proksa,
rys. P. Sobański
61
Odkrycie filarów ukrytych w miąższu „ławy przyściennej” i dolnych partii
dwóch kolumn oraz powiązanie ich w jeden system pociąga za sobą konsekwencje w postaci rekonstrukcji czterech kolumn ustawionych w kwadracie,
którym odpowiadałyby cztery przyścienne filary. Para wschodnich kolumn
i czwarty filar zostały całkowicie zniszczone przez XVIII-wieczny mur kurtynowy, tzw. „Stanisławowski”, posadowiony poniżej stopy murów przedromańskich. Mur ten uszkodził również filar przy południowym zakrępowaniu
absydy. Można więc sądzić, że empora była obszerna i wspierała się na murowanych arkadach usytuowanych równolegle i prostopadle do ściany szczytowej
palatium, będąc kontynuacją wnętrz pałacowych w świątyni. Rotunda spełniała
więc podwójną rolę: służyła zarówno mieszkańcom grodu, jak i użytkownikom
palatium.
W przypadku zespołu przemyskiego jest widoczny kilkuetapowy proces
budowlany. Najpierw zbudowano partie fundamentalne [16, s. 56], później mur
magistralny rotundy wraz z otworami komunikacyjnymi i oświetleniowymi.
Następnie przybudowano część nadziemną pałacu, wreszcie wbudowano emporę
świątyni i filary przyścienne w sali palatium.
Nie wchodząc w dłuższe rozważania o chronologii budowli przemyskiej,
można powiedzieć, że obiekt został zbudowany około 1018 r., być może przez
warsztat działający wcześniej w Krakowie przy realizacji kościoła katedralnego [8, s. 64-65]. Jego zniszczenie mogło nastąpić stosunkowo szybko, jeszcze
przed rozpowszechnieniem się „ciosowej” architektury romańskiej, zapewne
po 1030 r., gdy książęta ruscy odzyskali panowanie nad Przemyślem.
Drugim z kolei obiektem architektury murowanej na Wzgórzu Zamkowym w Przemyślu była cerkiew pałacowa pod wezwaniem św. Jana Chrzciciela (rys. 11.). Jej relikty, głównie w postaci negatywów murów i kamiennej
posadzki, odsłonił A. Żaki. Została ona zrekonstruowana jako założenie czworoboczne (18×23 m) zamknięte od wschodu trzema absydami [17, s. 47-50].
Wnętrze, podzielone dwiema parami filarów, było sklepione centralną kopułą
spoczywającą na tamburze i być może kolebkami na wyżej zaakcentowanych
ramieniach krzyża oraz sklepieniami żaglastymi rozpiętymi nad przęsłami
narożnymi. Znalezione detale architektoniczne (m.in. fryz arkadowy) pozwalają sądzić, że był to obiekt wzniesiony przez warsztat „romański”, zresztą
jak i inne budowle na Rusi Czerwonej, np. cerkiew św. Pantalejmona w Haliczu czy cerkiew Przemienienia Pańskiego w Perejasławiu Zaliskim [18, s. 10
i nn.; 19, s. 417-419; 20, s. 159-160]. Budowa cerkwi na grodzie przemyskim
przypisywana jest księciu Wołodarowi Rościsławowiczowi panującemu w latach 1097-1125 (od zjazdu w Lubeczu). Podstawą jest relacja Jana Długosza
o pochowaniu księcia Wołodara w cerkwi św. Jana, którą sam ufundował [21,
s. 144-147] (rys. 12., 13.).
62
M. Proksa
Rys. 11. Tzw. cerkiew księcia Wołodara na
grodzie przemyskim. Plan i rekonstrukcja.
Opracowano na podstawie A. Żakiego
(1968)
Wokół wymienionych wyżej świątyń funkcjonował cmentarz badany przez
A. Żakiego i A. Kunysza. Odkryto około 70 pochówków, część z nich była
w drewnianych trumnach. Jeden z grobów (przykryty kamiennymi ciosami)
wcisnął się w mur absydy rotundy. Cmentarz jest datowany na XII-XV w. [2,
s. 91; 6, s. 41]. Zapewne jest on związany z cerkwią księcia Wołodara, w której,
jak świadczy relacja Jana Długosza, również chowano zmarłych. Kronikarz
63
wspomina o wyrzuceniu w 1412 r. kości i prochów Rusinów na zewnątrz świątyni, którą Władysław Jagiełło przekazywał katolikom.
Rys. 12. Rotunda i palatium oraz cerkiew Wołodara na tle fortyfikacji grodu przemyskiego.
Opracowanie: W. Petryka (1999)
Rys. 13. Rotunda i palatium oraz
cerkiew Wołodara. Rekonstrukcja.
Opracowanie: W. Petryka, J. Dyba
(2001)
Mimo ogólnej znajomości dwóch najstarszych monumentalnych budowli
murowanych na Wzgórzu Zamkowym w Przemyślu, postulat dalszych badań
wydaje się oczywisty.
64
M. Proksa
Literatura
1. Kunysz A., Przemyśl wczesnośredniowieczny (w świetle badań wykopaliskowych
przeprowadzonych w latach 1958 i 1959). Rocznik Województwa Rzeszowskiego,
t. 2, z. 1, 1961, s. 9-80
2. Kunysz A., Przemyśl w pradziejach i wczesnym średniowieczu. Przemyśl 1981
3. Żaki A., Archeologia Małopolski wczesnośredniowiecznej. Wrocław – Warszawa –
Kraków – Gdańsk 1974
4. Frazik J.T., Koperski A., Nowe przyczynki do poznania dziejów zamku przemyskiego. Rocznik Przemyski, t. 15-16, 1975, s. 23-27
5. Pianowski Z., Proksa M., Rotunda św. Mikołaja w Przemyślu po badaniach archeologiczno-architektonicznych w latach 1996-1998. Przemyśl 1998
6. Żaki A., Wczesnopiastowskie budowle Przemyśla i problem ich konserwacji.
Ochrona Zabytków, t. 14, z. 1-2, 1961, s. 38-44
7. Tomaszewski A., Romańskie kościoły z emporami zachodnimi na obszarze Polski,
Czech i Węgier. Wrocław – Warszawa – Kraków – Gdańsk 1974
8. Pianowski Z., Proksa M., Przedromańskie palatium i rotunda na Wzgórzu Zamkowym w Przemyślu. Przemyśl 2003
9. Żaki A., Najstarsze relikty architektoniczne na zamku w Przemyślu. Doniesienie
tymczasowe 2, Sprawozdania PAN 1960/2, s. 243-247
10. Jabłoński-Szyszko M., Rudnicka B., Sprawozdanie z badań zaprawy i kamienia
z murów rotundy i palatium w Przemyślu. Warszawa 1984
11. Żaki A., Przedromańskie palatium i rotunda w Przemyślu. Z otchłani wieków, R. 28,
1962, s. 129-131
12. Pianowski Z., Sedes regni principales. Wawel i inne rezydencje piastowskie od połowy XIII wieku na tle europejskim. Zeszyty Naukowe Politechniki Krakowskiej,
Monografie nr 178, Kraków 1994
13. Zachwatowicz J., Architektura. [W:] Sztuka polska przedromańska i romańska do
schyłku XIII wieku, vol. l. Warszawa 1971, s. 69-194
14. Żaki A., Najstarsze relikty architektoniczne na zamku w Przemyślu. Doniesienie
tymczasowe, Sprawozdania PAN 1960/1, s. 6 i nn.
15. Rappoport P.A., Russkaja architiektura X-XIII w. Katałog pamiatnikow, Archieołogija SSSR, wyp. E, poz. 1-47, 1994
16. Sosnowska E., Rotunda i palatium na Wzgórzu Zamkowym w Przemyślu w świetle
badań z lat 1982-1985. Kwartalnik Architektury i Urbanistyki, t. 37, z. 1, 1992,
s. 55-61
17. Żaki A., Przemyska cerkiew księcia Wołodara w świetle źródeł pisanych i archeologicznych. Sprawozdania PAN 1968/1, s. 47-50
18. Peleński J., Halicz w dziejach sztuki średniowiecznej. Kraków 1914
19. Frazik J.T., Zarys dziejów sztuki Przemyśla. [W:] Tysiąc lat Przemyśla, Rzeszów
1976, s. 401-515
20. Joanisjan O., Polsko-russkaja i wiengiersko-russkaja granicy w XI-XII wiekach i ich
otobrażenije w razwitii sriedniewiekowoj architiektury. [W:] Początki sąsiedztwa.
65
Pogranicze etniczne polsko-rusko-słowackie w średniowieczu, Rzeszów 1996,
s. 157-178
21. Persowski F., Przemyśl od X wieku do roku 1340. [W:] Tysiąc lat Przemyśla, Rzeszów 1976, s. 95-159
THE TWO OLDEST MONUMENTAL STONE BUILDINGS
ON THE CASTLE HILL IN PRZEMYŚL
Summary
The complex of pre-Roman buildings, discovered more than forty years ago on the ground of
the town of Przemyśl, has consecutively been revealing its secrets. The research done in the 1980s
eventually brought the discovery of wall pillars in the „aula” (assembly hall), whilst the latest –
inner gallery columns in the nave of the rotunda. Very important discovery relevant to the communication system within the palatium was the discovery of the passage and (likely) the staircase
in the transversal partition wall – in the year 2002. Despite miscellaneous destruction of the walls
as well of the rotunda as the palace construction one can ascertain that preserved relicts entirely
justify the need of setting up an arecheological and architectural reserve, within which the objects
could be properly exhibited after having been thoroughly conserved.
The discovery of the relic of the inner gallery in the Przemyslian rotunda, which had been
earlies suggested by many other researchers as well as the possiblity of its reconstruction in a very
„monumental” shape, confirm distinctly the significance of this town as a prince authority centre
and an important strategic point between two, or maybe even three metropolises: Kiev, Cracow
and Prague.
Upholding the opinion that the elaborated complex of buildings was founded in the late
Bolesław Chrobry’s reign and functioned under the Mieszko II rule, it is likely to say without
superfluous exaggeration about „king’s chapel” and „king’s residence” in Przemyśl, particularly
after having taken into consideration the last discoveries. These facts are strictly connected with
the way of reigning which had become generally accepted in the Europe of that time.
Nr 221
2005
Adam RYBKA
POLITYKA PRZESTRZENNA
JEDNOSTEK TERYTORIALNYCH
Konieczne jest wprowadzenie nowoczesnych metod zarządzania rozwojem przestrzennym jednostek terytorialnych. Zadania w sferze planowania przestrzennego
w Polsce są podzielone pomiędzy państwo i samorząd terytorialny. Gmina jako
podstawowe ogniwo systemu planowania przestrzennego decyduje o przeznaczeniu i zasadach zagospodarowania terenu, a jej rozstrzygnięcia planistyczne mają
moc obowiązującą i wiążącą właścicieli terenów. Polityka przestrzenna to proces
bezpośrednio związany z zarządzaniem i planowaniem, przy czym podejmowane
decyzje dotyczą sterowania i inicjowania rozwoju przestrzennego. Koncepcja aktywnej polityki przestrzennej jednostki terytorialnej zakłada określenie kierunków
zagospodarowania przestrzennego oraz celów polityki i ich realizację. Władze samorządowe zaczynają uczestniczyć w procesie zagospodarowania przestrzeni. Prowadzenie aktywnej polityki przestrzennej przez jednostki terytorialne staje się
obecnie ich podstawowym zadaniem. Tylko tak prowadzona polityka przestrzenna
może skutecznie wpływać na przeobrażenia stanu istniejącego w stan oczekiwany
zgodny z uzgodnionymi celami społecznymi.
1. Wprowadzenie
Polska stoi przed dużym wyzwaniem stosowania zasad rozwoju podstawowych jednostek terytorialnych (gmin) zgodnych z wymaganiami Unii Europejskiej. Konieczne jest wprowadzenie nowoczesnych metod zarządzania rozwojem przestrzennym tych organizmów. Tej twórczej adaptacji trzeba dokonywać
podczas trwającej w Polsce transformacji społecznej i gospodarczej. Nie ma
obecnie takich generalnych rozwiązań, których wprowadzenie gwarantowałoby
gminom długotrwały, stabilny rozwój w zakresie gospodarki przestrzennej. Poprawy tego stanu rzeczy należy szukać w prawidłowym prowadzeniu polityki
przestrzennej w jednostkach terytorialnych [1].
2. Planowanie przestrzenne
Gospodarka przestrzenna polega na uwzględnianiu przestrzennego wymiaru
gospodarowania, co oznacza gospodarowanie przy uwzględnianiu zróżnicowanych właściwości przestrzeni oraz gospodarowanie przestrzenią, czyli odpo-
68
A. Rybka
wiednie zagospodarowanie danego obszaru. Jednym z elementów gospodarki
przestrzennej jest planowanie przestrzenne, rozumiane jako całokształt działań
zmierzających do rozmieszczenia na danym obszarze infrastruktury społecznej,
technicznej i gospodarczej w celu racjonalnego funkcjonowania i użytkowania
tego obszaru z uwzględnieniem ochrony środowiska przyrodniczego i wartości
kulturowych.
Planowanie przestrzenne ma charakter ciągły. Proces otwiera przeprowadzenie analiz stanu istniejącego i stanu planowanego, a także analiza aktualności istniejących opracowań planistycznych. Następnie zostaje podjęta decyzja
o przystąpieniu do sporządzania planu. Kolejny etap to przygotowanie projektu
planu, po czym następuje uchwalenie planu, które otwiera możliwości jego realizacji. Proces kończy ocena realizacji planu, która rozpoczyna nowy cykl planistyczny, jeśli zajdzie konieczność zmiany lub aktualizacji planu [2].
Zadania w sferze planowania przestrzennego w Polsce są podzielone pomiędzy państwo i samorząd terytorialny. Organy państwa nadzorują działalność
planistyczną samorządu. Rozwiązanie to zakłada wielopoziomową strukturę
planowania przestrzennego. Przepisy ustawy z dnia 23 marca 2003 r. O planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym (Dz.U. Nr 80, poz. 717) kreują system
aktów planowania przestrzennego.
Decydujące znaczenie w tym systemie mają akty planowania przestrzennego ogólnego:
a) na poziomie gminy – studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego oraz miejscowe plany zagospodarowania przestrzennego,
b) na poziomie województwa – plany przestrzennego zagospodarowania
województwa,
c) na poziomie kraju – koncepcja przestrzennego zagospodarowania kraju.
Ponadto na poziomie powiatu mogą być prowadzone analizy i studia przestrzenne, niemające jednak charakteru zinstytucjonalizowanych aktów planowania przestrzennego [3].
3. Ład przestrzenny
Ład przestrzenny jest celem nadrzędnym, do jakiego winna dążyć gospodarka przestrzenna, a w jej ramach planowanie przestrzenne, zarówno w skali
lokalnej, regionalnej, jak i krajowej. Jest to stan zagospodarowania przestrzeni
odpowiadający kryteriom funkcjonalnym, społecznym, gospodarczym, przyrodniczym i estetycznym. Kształtowanie ładu przestrzennego jest ciągłym procesem, w którym człowiek tworzy i przekształca swoje środowisko zgodnie
z przyjętym systemem wartości, potrzebami i możliwościami w granicach środowiska naturalnego.
Ustawa O planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym określa ład przestrzenny jako takie ukształtowanie przestrzeni, które tworzy harmonijną całość
Polityka przestrzenna jednostek terytorialnych
69
oraz uwzględnia w uporządkowanych relacjach uwarunkowania i wymagania
funkcjonalne, kulturowe, społeczne, gospodarcze, środowiskowe oraz kompozycyjne i estetyczne [3].
Rolą władz samorządowych jednostki terytorialnej jest zatem koordynacja
i regulacja działalności podmiotów, tak aby ich dążenia do osiągania celów nie
kolidowały ze sobą oraz nie niszczyły wartości przyrodniczych, kulturowych,
krajobrazowych wspólnych dla społeczności lokalnej, regionalnej czy krajowej.
4. Planowanie przestrzenne na poziomie gminy
Konstytucja RP stanowi, że gmina jest podstawą samorządu terytorialnego
w Polsce (zob. art. 164 ust. l). Gmina jako podstawowe ogniwo systemu planowania przestrzennego decyduje o przeznaczeniu i zasadach zagospodarowania
terenu, a jej rozstrzygnięcia planistyczne mają moc obowiązującą i wiążącą właścicieli terenów. Uprawnień takich nie posiada żadna inna jednostka samorządu
terytorialnego ani administracja rządowa. Samorządowe województwa kształtują
politykę przestrzenną w regionie oraz są łącznikiem między planowaniem przestrzennym gmin i polityką przestrzenną państwa, natomiast powiaty pełnią jedynie funkcję subregionalną w planowaniu przestrzennym województw.
Samodzielność gminy w sferze planowania przestrzennego jest znacznie
ograniczona. Gmina nie może naruszać ustaleń regionalnych i krajowych planów przestrzennych. Ograniczenie swobody wynika także z priorytetu planów
specjalistycznych [4].
Gmina posiada kompetencje w zakresie przeznaczenia i ustalania zasad
zagospodarowania terenu, z możliwością zastosowania w tej mierze formy aktu
prawnego wiążącego. W sferze planowania przestrzennego jest to realizowane
poprzez miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego, ustawowo uznawany za akt prawa powszechnie obowiązujący (por. art. 7 ustawy O planowaniu
i zagospodarowaniu przestrzennym) [3].
5. Polityka przestrzenna jednostki terytorialnej
Polityka przestrzenna to proces bezpośrednio związany z zarządzaniem
i planowaniem, przy czym podejmowane decyzje dotyczą sterowania i inicjowania rozwoju przestrzennego. Jest to świadoma i celowa działalność władz polegająca na racjonalnym kształtowaniu zagospodarowania przez właściwe użytkowanie przestrzeni zapewniające utrzymanie ładu przestrzennego, umożliwienie prawidłowego, efektywnego funkcjonowania systemu społeczno-gospodarczego danej jednostki terytorialnej kraju [5].
Polityka przestrzenna ma swoje ramy wyznaczone przez normy prawne,
kompetencje władz rządowych i samorządowych, instrumenty jakimi się posługuje, cele do jakich dąży i skutki jakie wywołuje w przestrzeni. Podmiotem poli-
70
A. Rybka
tyki przestrzennej są organy władzy państwowej i samorządowej, administracja
rządowa, a przede wszystkim samorządy lokalne i regionalne. Kształtowanie
i prowadzenie polityki przestrzennej na terenie gminy, w tym uchwalanie studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego oraz miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego należą do zadań własnych
gminy. Prowadzenie analiz i studiów z zakresu zagospodarowania przestrzennego odnoszących się obszaru powiatu i zagadnień jego rozwoju należy do zadań
samorządu powiatu. Na szczeblu województwa prowadzenie i kształtowanie
polityki przestrzennej należy do zadań samorządu województwa. Kształtowanie
i prowadzenie polityki przestrzennej państwa wyrażonej w koncepcji przestrzennego zagospodarowania kraju należy do zadań Rady Ministrów [3].
Przedmiotem polityki przestrzennej jest przestrzeń, jej jakość oraz zasoby
wykorzystywane w procesie kształtowania zagospodarowania przestrzennego
danej jednostki terytorialnej. Skuteczność polityki przestrzennej wiąże się
z wykorzystaniem w jej realizacji instrumentów pozwalających na osiągnięcie
założonych celów. Obok skuteczności ważną cechą polityki przestrzennej jest
efektywność, którą rozumie się jako wykorzystywanie instrumentów i podejmowanie działań pozwalających osiągnąć założone cele.
6. Warunki i instrumenty polityki przestrzennej
Realizacja polityki przestrzennej odbywa się w określonych warunkach
społecznych, ekonomicznych i geograficznych. Zaistniałe warunki wymuszają
stosowanie określonych instrumentów do zrealizowania przyjętych celów. Na
formułowanie celów gospodarki przestrzennej i realizację polityki przestrzennej
jednostki terytorialnej wpływają wymienione dalej czynniki i instytucje.
a) Poziom rozwoju społeczno-gospodarczego państwa i warunków makroekonomicznych. Określa on możliwości finansowania ponadlokalnych
przedsięwzięć w dziedzinie infrastruktury technicznej, takich jak systemy komunikacyjne, systemy oczyszczania ścieków, wodociągów, kanalizacji, ponadregionalne projekty ochrony przyrody.
b) Jakość środowiska przyrodniczego. Warunki przyrodnicze determinują możliwości stosowania rozwiązań budowlanych. Konieczność ochrony pewnych obszarów ogranicza swobodę poruszania się w przestrzeni. Obowiązek zachowania i ochrony cennych ekologicznie fragmentów przestrzeni decyduje o możliwościach rozwiązań zagospodarowania przestrzennego. Na obszarach szczególnie chronionych konieczne
jest stosowanie specyficznych rozwiązań urbanistyczno-architektonicznych [6].
c) Model ustroju społeczno-politycznego państwa. W gospodarce rynkowej przyznanie samorządowi terytorialnemu podmiotowości prawnej
zwiększa możliwości wykorzystania przestrzeni w procesach gospodarczych. Gospodarka przestrzenna musi uwzględniać i zapewniać ochronę
71
indywidualnej własności oraz brać pod uwagę dążenie do maksymalizacji zysków przez przedsiębiorców. Powinna zapewniać realizację celów
publicznych i nie dopuszczać do konfliktów między użytkownikami
przestrzeni. Prowadzenie gospodarki przestrzennej wymaga skutecznego
i efektywnego zarządzania na szczeblu gminy, regionu i państwa.
d) System informacji o zagospodarowaniu przestrzennym, stanie środowiska przyrodniczego, gospodarce gruntami i obrocie nieruchomościami.
Informacja ta powinna być jawna i powszechna. Sprawność tego systemu może ułatwić lub utrudnić gospodarowanie w przestrzeni.
e) Instytucje prowadzące gospodarkę przestrzenną i system organizacji
gospodarki przestrzennej. Zorganizowane instytucje na wszystkich
szczeblach administracji, podział kompetencji między nimi, sprawność
funkcjonowania administracji, kwalifikacje planistów przestrzennych,
urbanistów, zaangażowanie władz w realizację celów polityki przestrzennej, kapitał społeczny tworzą warunki do prowadzenia skutecznej
i efektywnej polityki przestrzennej.
f) Badania naukowe z zakresu gospodarki przestrzennej. Zrozumienie
i wyjaśnienie procesów zachodzących w przestrzeni wymaga analiz.
Prace teoretyczne z zakresu gospodarki przestrzennej są pomocne w podejmowaniu decyzji i formułowaniu celów polityki przestrzennej [7].
7. Instrumenty gospodarki przestrzennej
Odpowiednie instrumenty gospodarki przestrzennej są to narzędzia, za pomocą których podmioty gospodarki przestrzennej realizują swoje zamierzenia.
Można wyróżnić instrumenty prawne, ekonomiczne, administracyjne, planistyczne, marketingowe. Działają one w sposób pośredni lub bezpośredni w różnej skali: lokalnej, regionalnej, krajowej, a nawet międzynarodowej [7].
a) Instrumenty prawne to ustawy, rozporządzenia, decyzje administracyjne, przepisy z zakresu planowania przestrzennego, prawa budowlanego,
przepisy regulujące korzystanie z zasobów naturalnych i przestrzeni,
normy i standardy urbanistyczne, miejscowe plany zagospodarowania
przestrzennego. Umożliwiają tworzenie otoczenia prawnego, spełniają
funkcję administracyjną kontroli rozwoju przestrzennego.
b) Instrumenty administracyjne umożliwiają tworzenie podmiotowych
i organizacyjnych okoliczności, działań wpływających na rozwój przestrzeni. Można tu wymienić agencje rozwoju regionalnego, agencje
rozwoju lokalnego, agencje ds. zagospodarowania terenu, banki rozwoju.
c) Instrumenty ekonomiczne obejmują podatki, opłaty, obligacje komunalne, zachęty, ulgi podatkowe, zwolnienia z podatku dla inwestorów.
Umożliwiają sterowanie pośrednie rozwojem przestrzeni poprzez mechanizmy rynkowe.
72
A. Rybka
d) Instrumenty planistyczne to studia i plany urbanistyczne, programy sektorowe, plany operacyjne, plany i programy regionalne, programy oraz
strategie rozwoju. Podstawową ich funkcją jest tworzenie koncepcyjnych podstaw rozwoju przestrzennego, kreowanie wizji oraz strategii
rozwoju, konkretyzowanie decyzji operacyjnych służących realizacji
ustalonych celów i zadań.
e) Instrumenty marketingowe obejmują analizy i strategie rynkowe, oferty
lokalizacyjne dla inwestorów, rozwiązania marketingowe przyciągające
inwestorów w dane miejsca, promocję walorów przestrzennych i środowiskowych terenu. Umożliwiają tworzenie analitycznej i strategicznej
bazy rozwoju przestrzennego.
f) Instrumenty informacyjne to informacje o dostępnych, wolnych terenach
pod zabudowę, jawny system informacji o rynku nieruchomości. Ich zadaniem jest gromadzenie, porządkowanie, upowszechnianie informacji
istotnych do sterowania rozwojem w przestrzeni.
g) Instrumenty organizacyjne to scalenia i podziały nieruchomości, przygotowanie uzbrojonych terenów pod inwestycje, inwestowanie w infrastrukturę i podnoszenie jej jakości [7]. Poprawiają one walory lokalizacyjne określonej jednostki terytorialnej. Podstawową ich funkcją jest
tworzenie okoliczności rozwoju.
Bezpośrednie instrumenty polityki przestrzennej mają charakter nakazów
i zakazów. Podmioty postępują zgodnie z ustalonymi przepisami prawa, konsekwencją ich naruszenia są różnego rodzaju sankcje prawne. Natomiast pośrednie
regulacje w polityce przestrzennej mają za zadanie motywować do określonego
zachowania w przestrzeni. Instrumenty pośrednie najczęściej wykorzystuje się
w danych warunkach prawnych. Punktem wyjścia przyjmowanych rozwiązań
jest plan zagospodarowania przestrzennego.
Skuteczność polityki przestrzennej zależy od umiejętnego łączenia regulacji
pośrednich z regulacjami bezpośrednimi oraz od umiejętności wykorzystania
szans rozwoju, właściwego niwelowania słabych stron i wykorzystywania atutów przestrzennych jednostki terytorialnej.
8. Bierna polityka przestrzenna
Bierna polityka przestrzenna jest realizowana przez decyzje ustalające warunki zabudowy i decyzje o ustaleniu lokalizacji inwestycji celu publicznego na
podstawie obowiązujących i aktualnych planów zagospodarowania przestrzennego oraz innych decyzji administracyjnych. Decyzje są podejmowane wyłącznie wtedy, gdy znajdzie się inwestor, który wystąpi o ustalenie warunków zabudowy lub lokalizacji dla planowanej inwestycji. W takim postępowaniu administracyjnym władze zachowują się biernie, a opracowania planistyczne, studium
uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego oraz miejscowe
plany zagospodarowania przestrzennego są traktowane jako główne, a często
73
jedyne, instrumenty realizacji polityki przestrzennej. Sporadycznie władze samorządowe wykorzystują inne możliwe instrumenty realizacji przyjętych celów
polityki. Powoduje to, że opracowane dokumenty planistyczne stają się mało
skutecznym i nieefektywnym instrumentem stymulowania rozwoju jednostki
terytorialnej [5].
Najważniejszą cechą biernej polityki przestrzennej jest określenie jej celów
oraz kierunków zagospodarowania przestrzeni. Jednak już mniejsze zainteresowanie wiąże się z wdrażaniem działań i instrumentów umożliwiających osiągnięcie założonego celu.
Bierna polityka przestrzenna na poziomie gminy i województwa była typowa w gospodarce centralnie sterowanej. Brak mechanizmów i instrumentów
rynkowych w obrocie gruntami, brak podmiotowości prawnej i samodzielności
finansowej samorządów oraz brak majątku komunalnego ograniczał możliwości
sterowania rozwojem danego obszaru.
Również obecnie, po zmianach politycznych i ekonomicznych, w warunkach gospodarki wolnorynkowej, część gmin nadal prowadzi bierną politykę
przestrzenną.
9. Aktywna polityka przestrzenna
Koncepcja aktywnej polityki przestrzennej jednostki terytorialnej zakłada
określenie kierunków zagospodarowania przestrzennego oraz celów polityki
i ich realizację. Władze samorządowe stają się czynnym uczestnikiem procesu
zagospodarowania przestrzeni. Wykorzystując mechanizmy rynkowe i osobowość prawną, wspólnie z innymi podmiotami podejmują działania inwestycyjne,
aktywnie kreują atrakcyjność lokalizacyjną wybranych obszarów, podnoszą
wyposażenie terenu w infrastrukturę techniczną, poszukując możliwości finansowania, wykorzystują pożyczki, preferencyjne kredyty, obligacje komunalne.
Współpracując z sektorem prywatnym, tworzą warunki inwestowania w określonym miejscu, przygotowują tereny pod względem prawnym i odpowiednio je
uzbrajają w infrastrukturę techniczną.
Cechami aktywnego sposobu prowadzenia polityki przestrzennej są:
• nacisk na wdrażanie przyjętych celów polityki przestrzennej, poszukiwanie skutecznych i efektywnych instrumentów wdrożenia,
• wykorzystanie instrumentów urbanistyczno-architektonicznych, prawnych, ekonomiczno-finansowych w procesie przekształcania zagospodarowania przestrzennego,
• wykorzystanie podejścia strategicznego w realizacji przyjętych celów
rozwoju przestrzennego i powiązanie go z innymi programami działania,
• analiza kosztów realizacji celów, zapewnienie zabezpieczenia środków
finansowych na realizację programów działania [7].
74
A. Rybka
10. Wnioski
Znaczącym zagrożeniem dla rozwoju przestrzennego jednostek terytorialnych jest stosunkowo mała skuteczność władz gminnych w działaniach na rzecz
tego rozwoju. Plany i podejmowane przedsięwzięcia są opracowywane na czas
trwania pojedynczej kadencji władz, co utrudnia długofalowy rozwój danego
obszaru. W wielu przypadkach bardzo ważne, z punktu widzenia rozwoju przestrzennego, decyzje są podejmowane z opóźnieniem lub wielokrotnie zmieniane,
co utrudnia ich realizację. Występują także trudności z wykorzystaniem możliwości rozwojowych, jakie niesie istota samorządności. Przyczyny tego stanu
rzeczy tkwią w nadmiernym rozbudowaniu struktur władzy, ich znacznym upolitycznieniu oraz w niewystarczającym poziomie ich kompetencji w sprawach
rozwoju przestrzennego przy jednoczesnym ograniczeniu współpracy z odpowiednimi specjalistami z tej dziedziny. Prowadzenie aktywnej polityki przestrzennej przez jednostki terytorialne staje się obecnie ich podstawowym zadaniem. Tylko tak prowadzona polityka przestrzenna może skutecznie wpływać na
przeobrażenia stanu istniejącego w stan oczekiwany zgodny z uzgodnionymi
celami społecznymi.
Literatura
1. Założenia metodologiczne i organizacyjne planowania regionalnego. Wydawn.
IGPiK, Kraków 1998
2. Domański R., Gospodarka przestrzenna. PWN, Warszawa 1990
3. Ustawa O planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym, z dnia 25 marca 2003 r.
(Dz.U. Nr 80, poz. 717)
4. Samorząd gminny a państwowe planowanie przestrzenne. Samorząd Terytorialny,
nr 6, 1992
5. Dębski J., Gospodarka przestrzenna, jej geneza, stan i rozwój, t. 1. Wydawn. WSFiZ,
Białystok 2002
6. Czarnecki W., Podstawy urbanistyki. Wydawn. WSFiZ, Białystok 2002
7. Poradnik Gospodarka przestrzenna gmin, t. III. Brytyjski Fundusz Know-How, Instytut Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej, Kraków 1998
SPATIAL POLICY OF TERRITORIAL UNITS
Summary
Necessary introduction of modern methods of management is spatial development of territorial units. Spatial planning has continuous character. This process is execution of analyses of
existing state and planned state. This spatial policy process directly connected with management
and planning, taken decision concern steering and initiating of spatial development. Leadership
of active spatial policy through territorial units stands up theirs basic assignment at present.
Nr 221
2005
Adam RYBKA
Artur OSTAFIJCZUK
ANALIZA MOŻLIWOŚCI MODERNIZACJI
WIELKOPŁYTOWYCH BUDYNKÓW
MIESZKALNYCH
Liczba budynków mieszkalnych zrealizowanych w technologiach wielkopłytowych w latach 1950-1990 obejmuje ok. 50% zasobów mieszkaniowych w Polsce.
Porównanie budynków wielkopłytowych z lat 1950-1990 wypada bardzo niekorzystnie w stosunku do realizowanych obecnie obiektów. Skala problemu powoduje konieczność modernizacji tych obiektów. Należy uwzględnić zmieniające się
wymagania mieszkańców dotyczące rozwiązań funkcjonalnych, wyposażenia instalacyjnego, odpowiedniego klimatu wewnętrznego. Celem prezentowanych działań projektowych jest sprawdzenie możliwości wprowadzenia architektonicznych
zmian modernizacyjnych w budynkach wielkopłytowych.
1. Modernizacja budynków mieszkalnych
z elementów wielkowymiarowych
Stosowane w Polsce w uprzemysłowionym budownictwie mieszkaniowym
rozwiązania konstrukcyjno-technologiczne ze względu na rodzaj i wielkość elementów prefabrykowanych oraz metodę realizacji dzielą się na następujące
rodzaje budynków: wielkoblokowe z cegły żerańskiej, wielkopłytowe, szkieletowe, monolityczne.
Z punktu widzenia wzmacniania elementów konstrukcyjnych budynków,
czy też wykonywania w nich robót remontowych, cechami charakteryzującymi
konstrukcje są: układ elementów nośnych, wielkość i rozwiązanie elementów
prefabrykowanych, rozwiązanie połączeń w węzłach oraz cechy fizyczne i użytkowe zastosowanych materiałów.
Rozpatrując poszczególne rodzaje rozwiązań konstrukcyjno-technologicznych mieszkaniowego budownictwa uprzemysłowionego, należy stwierdzić,
że największy rozwój nastąpił w budownictwie wielkopłytowym, w którym
powstało bardzo wiele rozwiązań regionalnych. Ze względu jednak na to, że
różnice występujące między podstawowymi systemami budownictwa wielkopłytowego a rozwiązaniami regionalnymi są stosunkowo drobne, podane zostaną
tylko charakterystyki systemów budownictwa wielkopłytowego, stosowanych
w sposób masowy i uważanych za systemy rozwojowe [1].
76
A. Rybka, A. Ostafijczuk
Budynki wielkopłytowe z lat 1950-1990 wykazują wiele wad. Na taki stan
rzeczy wpływają:
• naturalne procesy technicznego zużycia w okresie wieloletniego użytkowania tych obiektów,
• wady wykonawstwa, zła jakość i braki materiałowe, powodujące przyspieszone zużycie budynków,
• przestarzałe rozwiązania przestrzenne i funkcjonalne,
• małe powierzchnie mieszkań i niskie standardy ich wykończenia,
• wadliwa eksploatacja obiektów.
Skala problemu powoduje konieczność modernizacji tych obiektów. Uwzględnić
należy zmieniające się wymagania mieszkańców dotyczące rozwiązań funkcjonalnych, wyposażenia instalacyjnego, odpowiedniego klimatu wewnętrznego.
Alternatywą dla modernizacji tych obiektów może być ich rozbiórka. Jednak ze
względu na brak mieszkań w Polsce oraz ograniczone możliwości finansowe
państwa, a także niewielką zasobność społeczeństwa, rozwiązanie to jest nie do
przyjęcia. Decyzja o modernizacji istniejących budynków wielkopłytowych
wydaje się bardziej uzasadniona [2]. Liczba budynków mieszkalnych zrealizowanych w technologii wielkopłytowej w latach 1950-1990 obejmuje ok. 50%
zasobów mieszkaniowych w Polsce.
Przed rozpoczęciem prac modernizacyjnych związanych z danym budynkiem konieczne są prace wstępne:
• przegląd dokumentów związanych z budynkiem,
• wizja lokalna,
• analizy istniejącej dokumentacji technicznej,
• ocena techniczna budynku,
• wykonanie odpowiednich projektów architektonicznych i konstrukcyjnych,
• zestawienia projektowanych obciążeń,
• koncepcja projektowa ewentualnych wzmocnień konstrukcji budynku,
• opracowanie raportu końcowego.
Adaptacje budynków wielkopłytowych ze względu na zmiany funkcjonalne to:
• łączenie sąsiednich lokali,
• nadbudowa obiektu w celu uzyskania nowej powierzchni mieszkaniowej,
• dostawianie nowych loggii,
• dobudowa nowych części związanych funkcjonalnie z budynkiem istniejącym,
• w budynkach o wysokości do pięciu kondygnacji instalacja wind,
• obudowa istniejących balkonów i loggii,
• wykonanie nowych konstrukcji wysokich dachów.
Zamieszczone dalej rysunki (rys. 1-6) prezentują przykładowe rozwiązania
budynku istniejącego, wykonanego w technologii W-70. Budynek składa się
z sekcji klatkowych. Każda kondygnacja tej sekcji to dwa mieszkania. Budynek
Analiza możliwości modernizacji ...
77
ma pięć kondygnacji naziemnych i jest podpiwniczony. Nakryty został stropodachem wentylowanym.
RZUT PARTERU
Rys. 1. System W-70. Rzut parteru
RZUT PIERWSZEGO PIĘTRA
Rys. 2. System W-70. Rzut kondygnacji powtarzalnej
PRZEKRÓJ B-B
Rys. 3. System W-70. Przekrój poprzeczny
PRZEKRÓJ A-A
78
Rys. 4. System W-70. Elewacja frontowa
Rys. 5. System W-70. Elewacja od strony balkonów
Rys. 6. System W-70. Elewacje boczne
79
2. Opis projektowanych działań modernizacyjnych
2.1. Cel prac projektowych
Celem prezentowanych działań projektowych jest sprawdzenie możliwości
wprowadzenia architektonicznych zmian modernizacyjnych w budynku wielkopłytowym. Do określenia pełnej możliwości modernizacji takiego budynku konieczne jest wykonanie odpowiednich obliczeń konstrukcyjnych, których prezentowany projekt nie obejmuje. W każdym przypadku działań modernizacyjnych należy uzyskać wszelkie zgody i zezwolenia wymagane przepisami prawa
budowlanego (rys. 7-11).
RZUT PARTERU
skala 1:100
SEGMENT 2
28 955
67
91
150
112
SEGMENT 1
90
121
150
119
240
15
150
91
269
585
75
150
121
15
90
120
240
345
600
90
150
210
15
91
150
240
465
3 600
89
121
150
120
239
15
150
91
270
585
4 800
149
121
15
90
120
239
345
6 000
90
97
210
15
360
142
465
15
480
75
17 145
120
82
15
8
232
15
345
90
90
150
90
150
150
150
150
150
150
150
210
150
101
90
150
150
90
150
90
150
210
150
150
150
108
150
150
80
210
90
210
110
10
120
150
180
1 500
150
10
210
110
108
150
150
3x13
30
SY PIALNIA
KU CH NIA
1 400
10
0
900
15
WC
10 1 400
482
150
150
150
120
1 400 20
0
210
1 000
SY PIALNIA
12
80
210
4 900
138
8X17.5X
27
210
90
77
6X17.5X
27
20
10
210
90
210
90
210
65
227
65
65
90
165
225
1 400
210
110
150
150
4 800
402
15
202
30
20
10
1 500
150
150
150
150
150
150
150
120
1 500
190
80
210
10
20
10 1 400
222
900
20
335
110
90
6x17.5X
27
110
15
1 800
248
2 10
210 £A ZIEN KA
90
2 10
3 425
420
280
184
20
8X17.5X
27
80
210
4 900
90
65 6
315
1 800
65
117 20
210
110
20
150 34
210
co
S³up o 200
3 000
222
251
48
15
90
210
120
150
2 400
465
232
67
15
232
82
150
3 000
222
20
150
420
279
258
82
20
150
20
29
110
10
400
512
108
20
200
189
30
120
131
65
150
38
17
28 980
A
3 425
3x13
30
27
95
210
90
B
240
15
180
33
230
36
150
150
3x13
30
3x13
30
2 400
401
180
81
210
90
210
90
10
2 700
600
150
150
150
150
1 200
150
150
120
180
140
150
171
62
900
20
65
10
3 425
100 900
164
co
80
PR ZEDP OKÓ J
2 10
80
10
1 400
S³up o 200
1 400 20
S³up o 200
210
80
4 900
6X17.5X
27
110
1 400
354
270
8X17.5X
27
80
210
90
4 900
4 900
1 125
29
65
210
80
210
4 900
10
270
10 1 400
20
10
210
110
60
10
1 400
150
4 900
80
8X17.5X
27
6X17.5X
27
110
210
80
210
150
20
1 500 250
1 750
80
SY PIALNIA
1 50
150
210
90
210
1 200
1 480
1 271
4 900
1 000
65 7
407
222
10
210
1 20
150
15
0
150
2 475
200
15
2 700
65
co
0
32
210
223
200
90
SY PIALNIA
65
SY PIALNIA
90
2 10
KU CH NIA
co
SY PIALNIA
co
PO KÓ J DZ IENN Y
90
2 10
KU CH NIA
167
SY PIALNIA
co
90
210
90
SY PIALNIA
210
232
5
10
1 50
co
90
SY PIALNIA
1 620 15
KU CH NIA
2 10
SY PIALNIA
KU CH NIA
90
2 225
210
PO KÓ J DZ IENN Y
SY PIALNIA
PR ZEDP OKÓ J
80
WC
co
PR ZEDP OKÓ J
90
£A ZIEN KA
2 10
KU CH NIA
167
12
1 20
15
90
2 10
co
63
co
249
SY PIALNIA
80
210
90
210
KU CH NIA
165
SY PIALNIA
2 100 65
90
2 10
2 10
90
90
2 10
SY PIALNIA
90
2 10
210
80
2 10
WC
90
210
2 10
90
210
80
WC
210
PR ZEDP OKÓ J
90
PR ZEDP OKÓ J
90
90
90
210
210
80
£A ZIEN KA
co
2 10
2 10
90
PR ZEDP OKÓ J
80
2 10
WC
£A ZIEN KA
80
£A ZIEN KA
co
PR ZEDP OKÓ J
2 10
£A ZIEN KA
2 10
£A ZIEN KA2 1 0
90
80
210
WC
2 10
90
1 500 10
210
4 800
2 10
80
80
2 10
80
PO KÓ J DZ IENN Y
2 10
90
2 10
PO KÓ J DZ IENN Y
310
PO KÓ J DZ IENN Y
PO KÓ J DZ IENN Y
2 10
90
SY PIALNIA
1 795
13 115
SY PIALNIA
WC
210
2 100
80
210
90
PO KÓ J DZ IENN Y
co
co
PO KÓ J DZ IENN Y
SY PIALNIA
20
co
co
150
90
150
90
210
150
150
90
150
150
210
150
150
20
co
2 230
co
SY PIALNIA
465
15
SY PIALNIA
SY PIALNIA
195
90
co
co
345
210
220
2 330
co
90
7
210
480
90
128 15
15
4 800
260
90
210
465
150
2 400
90
150
150
240
15
90
4 800
90
210
90
210
465
150
150
15
150
150
300
225
A
160
150
211
150
90
15
150
90
90
60
179
467
150
150
199
20
150
6
210
112
16
B
28
220
1 500
3 300
20
2 400
490
84
15
297
20
147
150
3 000
222
238
139
88
150
20
180
279
203
20
53
20
163
480
15
332
110
28
120
10
462
211
189
76
20
235
150
126
85
150
51
17 255
Rys. 7. Projekt przykładowych zamian w kondygnacji parteru
R Z U T K O N D Y G N A C JI P O W T A R Z A L N E J
s k ala 1 : 1 00
S E GM E N T 2
28 955
67
91
150
112
S E GM E N T 1
90
121
150
119
240
15
585
75
150
269
91
150
121
15
345
600
90
120
240
90
150
210
15
91
240
465
3 600
150
89
121
150
120
239
15
150
270
585
4 800
91
149
121
15
90
120
239
345
6 000
90
210
15
3 600
97
142
465
15
480
75
17 145
120
82
15
90
150
90
150
90
210
150
150
150
150
150
150
210
20
150
53
279
287
180
20
163
247
319
33
180
95
27
48
222
251
150
101
280
28
480
15
268
150 34
20
420
20
251
300
30
4 800
402
15
202
120
67
232
150
82
2 400
465
15
232
150
82
222
3 000
20
258
150
108
279
263
150
29
20
420
20
249
299
30
211
120
76
200
120
65
20
235
150
85
126
150
10
400
10
462
150
150
90
150
90
150
210
90
150
150
51
17 255
Rys. 8. Projekt przykładowych zamian w kondygnacji powtarzalnej
20
131
150 38
17
210
90
90
210
210
80
8 X1 7. 5X
27
4 900
1 400
120
10
150
110
10
180
10
0
1 500
15
150
0
10 1 400
482
150
150
150
120
12
3 425
3 000
20
KU C H N IA
250
240
15
8 X1 7. 5X
27
210
90
138
210
70
210
WC
1 000
SY PIA LN IA
275
2 400
401
210
90
210
90
2 10
20
2 10
210
227
90
65
90
210
150
171
62
150
150
150
150
210
90
80
210
65
275
10
1 400 20
150
150
165
225
1 400
80
PR Z ED PO KÓ J
90
70
co
20
10
1 500
150
150
150
150
150
150
120
1 500
co
10
20
10 1 400
222
250
15
2 10
210
110
248
1 800
65
315
210
8 X1 7. 5X
27
4 900
90
65 6
8 x1 7 . 5 X
27
80
210
210
80
1 800
co
SY PIA LN IA
15
1 400 20
250
275
230
150
10
1 400
10
600
150
150
150
150
1 200
4 900
210
110
2 700
354
270
8 X1 7. 5X
27
80
210
90
4 900
4 900
150
150
150
150
120
180
140
1 400 20
B
88
65
1 500
1 750
28 980
3 000
222
238
150
co
164
10
10
210
70
SY PIA LN IA
60
250
275
139
co
20
1 400
3 425
100 900
A
297
147
29
1 125
150
200
150
310
84
20
65
80
10
10 1 400
270
210
210
4 900
4 900
80
8 X1 7. 5X
27
8 X1 7. 5X
27
110
210
80
210
150
150
150
5
200
180
2 400
15
20
222
90
2 10
SY PIA LN IA
1 20
1 50
10
1 400
81
3 300
490
15
10
3 425
1 500
20
2 475
0
150
65
15
10
1 50
32
210
co
20
220
8 X1 7. 5X
27
90
210
1 200
1 480
4 800
13 115
1 271
4 900
1 000
65 7
2 225
223
0
2 700
15
SY PIA LN IA
65
SY PIA LN IA
12
407
249
232
90
2 10
KU C H N IA
90
65
co
KU C H N IA
167
210
2 100
1 20
co
SY PIA LN IA
1 620 15
90
SY PIA LN IA
2 10
SY PIA LN IA
KU C H N IA
63
co
KU C H N IA
210
90
210
70
WC
KU C H N IA
167
90
PR Z ED PO KÓ J
2 10
P O K Ó J D Z IE N N Y
PR Z ED PO KÓ J
ŁAZ IE N KA
90
2 10
SY PIA LN IA
90
90
210
KU C H N IA
165
SY PIA LN IA
SY PIA LN IA
70
90
90
2 10
90
2 10
2 10
90
2 10
90
210
70
WC
SY PIA LN IA
2 10
90
210
70
210
WC
2 10
90
PR Z ED PO KÓ J
ŁAZ IE N KA
210
90
90
210
210
PR Z ED PO KÓ J
90
2 10
90
70
2 10 c o
WC
ŁAZ IE N KA
70
2 10 c o
PR Z ED PO KÓ J
2 10
ŁAZ IE N KA
90
90
90
70
2 10
210
WC
210
70
2 10
210
70
2 10
90
2 10
ŁAZ IE N KA
2 10 c o
1 500 10
PR Z ED PO KÓ J
90
210
2 10
70
2 10
70
2 10
ŁAZ IE N KA
SY PIA LN IA
WC
90
SY PIA LN IA
1 795
20
90
SY PIA LN IA
70
SY PIA LN IA
195
co
co
465
90
20
2 100
co
15
77
345
65
15
co
210
90
232
150
90
150
90
210
150
150
150
150
90
210
150
8
SY PIA LN IA
co
2 230
co
SY PIA LN IA
150
2 330
co
co
345
210
220
co
210
7
150
480
90
128 15
15
4 800
260
90
210
465
150
2 400
90
90
150
240
15
90
4 800
90
210
90
210
465
150
150
15
150
150
300
225
A
160
150
211
150
90
15
150
90
90
60
179
467
150
150
199
20
150
6
210
112
16
B
28
250
80
R ZU T POD D ASZA
skala 1: 100
S EGME N T 2
2 895
15
585
7
SE GMEN T 1
15
345
600
15
465
3 600
15
585
4 800
15
345
6 000
15
3 600
465
15
480
8
1 707
465
15
344
498
343
486
222
3 000
20
280
420
20
402
4 800
15
280
465
1 157
2 400
15
222
3 000
20
279
20
2 800
4 200
10
403
15
437
2 896
466
2 400
15
752
222
3 000
20
279
2 800
180
20
163
480
15
B
4 800
A
21
27
465
10
15
677
1 713
Rys. 9. Projekt przykładowych zamian w nadbudowanej kondygnacji
Rys. 10. Projekt przykładowego kształtowania elewacji frontowej
Rys. 11. Projekt przykładowego kształtowania elewacji balkonowej
210
90
131 12
12
Łaz ienk a
t errakot a
393
12
250
240
15
737
280
465
248
12
40
90
90
260
1
Kuc hni a
8,15 ter r ak ota
250
285
250
280
250
275
4 800
15
3
7, 15
80
210
210
90
5 x1 7 , 5
27
8 x1 8 , 8
27
325
100
250
90
210
30
10
210
120
81
24
73
6
H al l
9,20 par k i et
90
210
M a s z yn o w n i a
8,90 beton
M a s z y no w n i a
8,90 beton
343
344
147
90
210
210
3 200
12
90
2
Sy pi al nia
9,45 par k i et
4
Sy pi al nia
10,25 par k i et
95
210
238
8,90 beton
245
50
90
12
210
64
3 300
317
8 x1 8 , 8
27
7
H al l
11,55 par k i et
210
80
210
330
8,90 beton
5
Pok . dz ienny
12,40 par k i et
5
S y p i a l ni a
11,20 par k i et
90
66
250
404
15
1
Kuc hni a
15,25 ter r ak ota
2
Sy pi al nia
11,10 par k i et
12
67
3
Łaz i enka
7,55 ter r ak ota
120
465
333
90
15
12
2
Łaz i enka
8,95 ter r ak ota
210
225
4
Pok . dz ienny
12,90 par k i et
12
394
11
1
90
3 300
210
5
H al l
7,20 par k i et
72
344
80
49
120
226
12
79
90
210
15
3
Pok . dz ienny
13,90 par k i et
124 12
210
5 x1 7 , 5
27
90
376
1
Kuc hni a
11,80 ter r ak ota
90
653
487
210
500
12
100
317
2
Sy pi al nia
7,65 par k i et
15
90
210
257
467
3 300
12
5
Sy pi al nia
8,60 par k i et
6
H al l
11,25 par k i et
90
1
Kuc hni a
15,20 ter r ak ota
341
4
Sy pi al nia
16,90 par k i et
3 200
120
210
12
15
237
465
24
72
90
3 300
3 300
344
344
12
404
80
120
653
15
182
12
2
Laz i enka
8,75 ter r ak ota
210
5 x1 7 , 5
27
225
12
3
Łaz i enka
7,55 ter r ak ota
394
5
H al l
6,75 par k i et
3 300
317
15
1
Kuc hni a
12,70 ter r ak ota
49
12
88
80
210
8 x1 8 , 8
27
377
243
12
2
Sy pi al nia
7,60 par k i et
386
4
Pok . dz ienny
13,35 par k i et
210
3 200
12
73
12
257
90
12
12
237
315
90
15
3
Sy pi al nia
13,90 par k i et
126
333
3 300
90
12
404
50
12
50
404
143 120
210
90
314
90
210
120
357
339
1
Kuc hni a
12,30 ter r ak ota
500
330
15
210
90
210
74
55
15
6
H al l
10,90 par k i et
210
3
Łaz i enka
9,15 ter r ak ota
7
H al l
14,00 par k i et
80
210
210
344
498
8 x1 8 , 8
27
5 x1 7 , 5
27
210
225
100
210
850
3 200
60 12
90
90
80
210
72
90
90
90
3
Łaz i enka
7,55 ter r ak ota
210
90
210
502
12
90
344
3 300
76
20
12
210
90
141 12
50
404
12
990
3 300
15
4
Pok . dz ienny
13,60 par k i et
467
12
90
1
Kuc hni a
11,95 ter r ak ota
364
210
90
210
120
12
210
90
341
90
6
Sy pi al nia
11,30 par k i et
24
Pok . dz ienny
5
Sy pi al nia 4
16,90 par k i et
9,10 par k i et
467
5
S y p i a l n ai a
7,75 par k i et
210
12
12
210
900
328
228
90
237
2 Sy pi al ni a
7,90 par k i et
12
210
90
6
H al l
11,10 par k i et
210
226
90
3
Łaz i enka
9,10 ter r ak ota
80
15
210
1 049
228
5
Sy pi al nia
11,20 par k i et
55
1 009
182
141
12
4
Pok . dz ienny
16,10 par k i et
20
12
4
Pok . dz ienny
13,35 par k i et
30
344
386
465
257
8
498
480
90
15
4 800
210
464
100
15
497
226
2 400
3 200
15
3 300
4 800
B
465
15
A
27
201
2
Sy pi al nia
7,00 par k i et
81
2.2. Łączenie sąsiednich mieszkań
Modernizacja rozwiązań funkcjonalnych w budynku wielkopłytowym łączy
się z wykonywaniem otworów w ścianach nośnych w celu połączenia mieszkań
w poziomie. Wykonanie dodatkowych otworów może powodować koncentrację
naprężeń i zmianę ich rozkładu. Rozróżnić tu trzeba otwory wykonywane
w ścianach parteru oraz na wyższych kondygnacjach. Zamierzone otwory
w poziomie parteru mają zwykle większe wymiary niż zlokalizowane na piętrach i powodują często konieczność wzmocnienia ścian konstrukcyjnych.
2.3. Wykonanie otworów w ścianach konstrukcyjnych
Wykonanie otworów w ścianach nośnych istniejącego budynku musi
być poprzedzone analizą konstrukcyjną nośności budynku. W modernizowanym obiekcie przewidziano wykonanie otworów drzwiowych o wymiarach
200×100 cm w ścianach nośnych. Przed wykonaniem otworu miejsce przyszłego
nadproża należy wzmocnić.
2.4. Wykonanie otworu w stropie
Projekt przewiduje połączenie dwóch mieszkań na sąsiednich kondygnacjach. W tym celu jest konieczne wykonanie w stropie z płyt kanałowych otworu o wymiarach 100×165 cm. Przed przystąpieniem do prac związanych z wykonaniem otworu w stropie, należy podeprzeć strop za pomocą kształtowników
stalowych zakotwionych w ścianach nośnych budynku. Dostęp na inny poziom
mieszkania będzie możliwy dzięki zastosowaniu wewnętrznych schodów drewnianych.
2.5. Nadbudowa budynku wielkopłytowego
Nadbudowy budynków mieszkalnych mogą rozwiązać następujące problemy:
• brak powierzchni mieszkalnych,
• konieczność kapitalnego remontu dachu budynku,
• dostosowanie rozwiązań funkcjonalnych do nowych potrzeb,
• ograniczone możliwości pozyskania nowych terenów pod budownictwo
mieszkaniowe ze względów ekonomicznych.
Koncepcja ogólna nadbudowy powinna spełniać wymagania i postanowienia
normowe. Kolejność zamierzenia obejmuje następujące etapy:
• opracowanie ekspertyzy technicznej obiektu wytypowanego do nadbudowy,
• opracowanie koncepcji architektonicznej,
• opracowanie koncepcji konstrukcyjnej,
• opracowanie koncepcji materiałowej nadbudowy.
82
Koncepcja nadbudowy przewiduje zwykle rozwiązania techniczne dodatkowej kondygnacji. Jej podstawą jest jednak stan techniczny obiektu, a więc
sprawdzenie, czy ściany nośne i fundamentowe są zdolne do bezpiecznego przeniesienia dodatkowych obciążeń. Zakładając pozytywny wynik analizy obliczeniowej (spełniony warunek nośności), można przystąpić do spełnienia pozostałych wymagań podstawowych.
Pozostaje zagadnienie komunikacji pionowej w budynkach 5-kondygnacyjnych wybudowanych bez wind. W tym przypadku jest możliwe zastosowanie
wind zewnętrznych umieszczonych przy klatkach schodowych. Uzyskuje się
w ten sposób dogodny dostęp do poszczególnych lokali. Posadowienie konstrukcji nośnej dostawionej windy polega zwykle na zastosowaniu płyty żelbetowej, której płaszczyzna dolna jest dostosowana do głębokości istniejących
fundamentów, w celu uniknięcia różnic osiadań.
Nadbudowa, a następnie sprzedaż uzyskanych w ten sposób nowych mieszkań mogą stanowić źródło środków finansowych na modernizację budynków
wielkopłytowych. Inwestycje te są opłacalne ze względu na zerowe koszty terenu, fundamentów i istniejącą infrastrukturę techniczną. Nadbudowa stwarza
nowe możliwości poprawy wyrazu architektonicznego budynku. Realizacja
kompleksowych przedsięwzięć modernizacyjnych łącznie z dobudową balkonów i loggii, dachów wysokich z oknami połaciowymi i lukarnami, odpowiednim ukształtowaniem wejść stwarza szansę uatrakcyjnienia elewacji.
Dzięki zaprojektowanej nadbudowie kolejnej kondygnacji w prezentowanym budynku uzyskano nowe powierzchnie mieszkalne. Nadbudowa kolejnej
kondygnacji w budynkach istniejących musi być poprzedzona sprawdzeniem
nośności ścian i fundamentów. Czynności poprzedzające nadbudowę obejmują
demontaż istniejącego pokrycia, demontaż płyt dachowych, demontaż ścianek
szczytowych, demontaż ścianek ażurowych poddasza. Nadbudowa części
mieszkalnej jest projektowana nad całym istniejącym budynkiem. Rozkład pomieszczeń przyjęto taki jak na niższych kondygnacjach. Układ konstrukcyjny
pozostaje niezmieniony [3].
2.6. Dobudowa wiatrołapów
Projekt przewiduje dobudowę wiatrołapów w miejsce istniejących. Zaprojektowano posadowienie wiatrołapów na niezależnych od istniejącego budynku
ławach fundamentowych na głębokości posadowienia fundamentów budynku.
2.7. Dobudowa loggii
Sposób dostawiania loggii jest uzależniony od ukształtowania elewacji.
W przypadku jednolitej płaszczyzny elewacji celowe jest zastosowanie loggii
dostawianych. Najczęściej są spotykane rozwiązania polegające na podparciu
płyty loggii na pełnych prefabrykatach żelbetowych lub prefabrykowanych ramach żelbetowych, w obydwu przypadkach kotwionych do konstrukcji istnieją-
83
cych ścian nośnych budynków lub w poziomie stropów kolejnych kondygnacji.
Zarówno ściany pełne, jak i ramy posadowione są na własnych fundamentach.
Rozmieszczenie dostawionych loggii jest uzależnione przede wszystkim od koncepcji architektonicznej zmiany elewacji, konkretnych rozwiązań funkcjonalnych lokali mieszkalnych i konstrukcji ścian zewnętrznych.
W przypadku koncepcji loggii dostawianych jest konieczna szczegółowa
analiza istniejących rozwiązań konstrukcyjnych budynków, sprawdzenie obliczeń statycznych i opracowanie detali połączeń. Projekt przewiduje dobudowę
loggii do budynku w miejsce istniejących balkonów. Pręty zbrojenia z płyt balkonowych można wykorzystać do zakotwienia loggii. Aby zapobiec skutkom
nierównomiernego osiadania, zaprojektowano loggie posadowione na niezależnych fundamentach. Połączenie loggii z istniejącym budynkiem rozwiązano,
stosując kotwy wklejane. Kotwienie przewidziano w poziomie stropów budynku
istniejącego.
2.8. Dobudowa nowej części budynku
Ze względu na lepsze wykorzystanie działki i istniejącej infrastruktury
technicznej jest możliwa dobudowa powiązana funkcjonalnie z budynkiem istniejącym. W zależności od miejscowych uwarunkowań i koncepcji architektonicznej dobudowa może być wykonana:
• bezpośrednio przy ścianie szczytowej istniejącego budynku,
• w określonej odległości z zastosowaniem łączników (galerii).
W pierwszym przypadku są stosowane rozwiązania „wspornikowe”, tj. skrajna
ściana lub skrajny ustrój szkieletowo-ramowy są odsunięte na odległość umożliwiającą bezkolizyjne posadowienie. Konstrukcja stropów nowego budynku jest
wykonywana „na styk” do budynku istniejącego.
Przy odsunięciu obiektu dobudowanego i wprowadzeniu łączników (galerii)
może wystąpić nierównomierne osiadanie. W związku z tym celowe jest stosowanie przegubowych podpór elementów nośnych łącznika. Projekt przewiduje
dobudowę nowej części o funkcji mieszkalnej.
2.9. Dylatacje
Nowo dobudowane części budynku (loggie, nowa część mieszkalna) należy
oddzielić od budynku istniejącego. Dylatacja jest wymagana na styku ścian, ze
względu na możliwość nierównomiernego osiadania poszczególnych dobudowanych części obiektu.
3. Podsumowanie
Przedstawione rozwiązania projektowe wskazują możliwości zmian funkcjonalnych w budynku wielkopłytowym. Prezentowane rozwiązanie projektowe
wskazuje na celowość tego typu działań. Odpowiednio przyjęte rozwiązania
84
funkcjonalne pozwalają na zindywidualizowanie charakteru budynku. Wyraz
architektoniczny budynku uległ zmianie. Wewnętrzne zmiany funkcjonalne
pokazują możliwości nowego kształtowania mieszkań.
Literatura
1. Rybka A., Centralny Okręg Przemysłowy a polska awangardowa urbanistyka międzywojenna. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1995
2. Remonty budynków mieszkalnych. Praca zbiorowa pod red. S. Zalewskiego, Arkady,
Warszawa 1997
3. Rybka A., Evaluation of MBT buildings – modernisation aspects and an estimation
of a heat insulation of multi-story houses made of large-sized prefabricated units.
COST C12, Bled 2001
ANALYSIS OF POSSIBILITY OF MODERNIZATION
OF LARGE SLABS HABITABLE BUILDINGS
Summary
The structural systems used in Poland in the period of 1950 to 1990 for industrially constructed residential buildings have been shortly presented. Problems with large slabs dwellings
houses were described. Discussion of possibilities of transformation of these buildings have been
done. Nowadays requirements of the existing multi-family prefabricated building were described.
Example of such an existing building were shown. Project of possible changes in such a building
have been shown.
Nr 221
2005
Jacek ZYGMUNT
Janusz ŁAKOMY
SKŁAD I PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI
ZAPRAW ZWYKŁYCH
Z CEMENTÓW PORTLANDZKICH
W artykule przedstawiono wyniki badań zapraw cementowych zwykłych
wykonanych przy użyciu cementów CEM I i piasków naturalnych. Określono wpływ proporcji cementu do piasku oraz konsystencji zaprawy na średnią wytrzymałość zaprawy na ściskanie. Badania wykonano dla dwóch klas
cementu: 32,5R i 42,5R oraz dwóch piasków naturalnych. Opracowano proporcje wagowe i objętościowe głównych składników zapraw w postaci tabel
i nomogramów dla zaproponowanych marek zapraw. Niniejsze badania wykonano ze względu na brak aktualnych danych normowych i literaturowych
do projektowania składu zapraw z zastosowaniem cementów nowych klas.
1. Wprowadzenie
Zaprawy cementowe zwykłe stanowią jeden z głównych rodzajów zapraw
do zastosowań ogólnobudowlanych. Przykładowe zastosowania zapraw cementowych to: roboty murarskie, tynkarskie, wykonywanie podłoży pod posadzki
oraz wykonywanie posadzek właściwych, mocowanie elementów okładzinowych, mocowanie zakotwień, wyrównywanie podłoży itp.
Wytyczne do projektowania składu zapraw wg normy PN-90/B-14501 –
„Zaprawy budowlane zwykłe” [1] uwzględniają marki cementu obecnie nieprodukowane. Nowa norma do cementów [2] wprowadziła następujące klasy cementów: 32,5, 42,5 oraz 52,5. Wycofane zostały dotychczasowe marki cementów. Zaistniała potrzeba opracowania wytycznych do projektowania składu zapraw z cementów nowych klas.
2. Zakres badań
Badania przeprowadzono z wykorzystaniem cementów CEM I 32,5R z cementowni Ożarów oraz CEM I 42,5R z cementowni Chełm. Zaznaczyć należy,
że polska norma [2] dopuszcza szeroki zakres rzeczywistej wytrzymałości ce-
86
J. Zygmunt, J. Łakomy
mentów poszczególnych klas. Użyte do badań cementy charakteryzowały się
średnią wytrzymałością na ściskanie, odpowiednio: 33,8 MPa dla CEM I 32,5R
oraz 42,8 MPa dla CEM I 42,5R. Dla cementów o wytrzymałości wyższej niż
tych użytych w badaniach oraz przy ustalonych proporcjach składników głównych (marka zaprawy) – zostanie uzyskana co najmniej założona marka zaprawy. Do badań użyto dwóch piasków naturalnych 0-2 mm. Wskaźnik uziarnienia
piasku 1 wyniósł 3,30, piasku 2 – 3,55. Krzywe uziarnienia użytych piasków
oraz zalecany obszar uziarnienia wg normy [3] przedstawiono na rys. 1. Plany
badań przedstawiono na rys. 2. Konsystencję zapraw określano metodą stożka
pomiarowego z dokładnością do 0,1 cm wg normy [4].
Rys. 1. Krzywe uziarnienia użytych piasków oraz zalecany obszar uziarnienia piasków
do zapraw wg normy [3]
Rys. 2. Plany badawcze
W wytycznych do projektowania składu zapraw budowlanych, zawartych
w normie [1], zostały podane proporcje objętościowe głównych składników,
w zależności od rodzaju i marki zaprawy oraz marki cementu.
Materiały sypkie występują w różnych stanach zagęszczenia, w zależności
od rodzaju materiału, sposobu składowania, warunków klimatycznych, czasu
zalegania, technologii podawania do urządzeń mieszających itp. W zależności
od podanych uwarunkowań zaprawy wykonane według takiej samej receptury
Skład i podstawowe właściwości zapraw ...
87
objętościowej, ale w różnych miejscach (na różnych budowach), będą różniły się
składem, a więc w konsekwencji również cechami wytrzymałościowymi.
W związku z tym uzasadnione jest przedstawienie receptur w formie wagowej.
Dodatkowo można podawać receptury objętościowe z uwzględnieniem rzeczywistych stanów zagęszczenia materiałów.
Cement i piasek do wykonania zapraw odmierzono objętościowo, po czym
składniki zważono. Ilość wody ustalano doświadczalnie przez dodawanie jej aż
do uzyskania założonej konsystencji zaprawy. Badania wytrzymałości na ściskanie Rc oraz na zginanie Rf przeprowadzono po 28 dniach dojrzewania w powietrzu o wilgotności względnej powyżej 95% i temperaturze 20±2ºC (zgodnie
z normą PN [4]).
3. Wyniki
Otrzymane wyniki badań zestawiono w tab. 1. Wytrzymałość na zginanie
i konsystencja jest średnią z trzech wyników. Wytrzymałość na ściskanie jest
średnią z sześciu wyników uzyskanych na połówkach beleczek.
Tabela 1. Zestawienie wyników badań
CEM I 32,5R
P:C
Konsyst. W:C
wagowo [cm] wagowo
CEM I 42,5R
Rc
[MPa]
Rf
P:C Konsyst. W:C
Rc
[MPa] wagowo [cm] wagowo [MPa]
Rf
[MPa]
1,16
1,23
1,16
2,51
2,42
2,70
3,52
3,60
3,66
4,80
4,85
4,47
5,2
7,1
10,2
4,4
8,2
10,4
5,6
8,0
10,3
5,0
8,1
10,9
0,33
0,37
0,40
0,50
0,52
0,62
0,67
0,71
0,81
0,90
1,01
1,02
57,9
56,9
53,3
31,0
27,7
24,5
20,4
20,8
15,9
13,5
13,6
11,1
8,0
7,6
8,0
5,7
5,4
5,0
3,7
3,4
2,7
3,1
3,3
2,9
2,73
2,58
2,58
2,62
2,67
2,58
3,85
3,90
3,87
6,45
6,46
6,45
4,9
5,6
4,7
6,4
10,5
10,2
4,5
7,2
10,6
5,1
7,3
10,1
0,53
0,52
0,52
0,57
0,65
0,62
0,67
0,78
0,90
1,13
1,21
1,42
32,9
40,4
38,4
32,3
30,1
30,9
23,7
23,0
17,2
11,5
9,9
6,1
4,8
5,9
6,5
5,0
5,1
5,1
4,2
4,1
4,1
2,6
2,4
2,1
1,22
1,23
1,10
2,28
2,32
2,27
4,95
4,80
4,97
5,0
8,2
10,9
4,3
7,6
10,8
5,4
8,1
11,1
0,36
0,38
0,40
0,39
0,50
0,55
0,88
1,03
1,16
48,1
53,4
46,2
41,4
36,8
28,5
12,3
11,1
9,9
7,6
6,8
8,0
6,7
5,9
5,6
2,3
2,8
2,7
2,41
2,58
2,58
2,62
2,65
2,58
3,87
3,87
3,87
6,45
6,46
6,45
4,4
4,7
5,0
7,7
10,6
10,7
5,2
7,9
11,0
4,2
6,8
10,1
0,48
0,53
0,53
0,56
0,61
0,62
0,74
0,82
0,86
1,19
1,27
1,51
33,5
42,5
40,8
33,4
29,3
32,1
21,9
19,2
18,1
11,2
8,5
5,7
6,4
6,4
7,8
5,8
4,8
5,7
3,9
3,5
3,5
2,8
2,5
2,1
88
Na wykresach (rys. 3., 4.) została przedstawiona zależność wytrzymałości
zaprawy na ściskanie Rc od wartości wskaźnika W:C. Wyniki otrzymane dla
obydwu piasków przedstawiono na wspólnych wykresach. Punkty należące do
kolejnych serii P:C zróżnicowano graficznie. Na rysunku 3. przedstawiono wyniki dla CEM I 32,5R, na rys. 4. dla CEM I 42,5R.
Rys. 3. Zależność Rc od W:C, cement
CEM I 32,5R
Rys. 4. Zależność Rc od W:C, cement
CEM I 42,5R
Na podanych dalej wykresach (rys. 5., 6.) przedstawiono zależność średniej
wytrzymałości zaprawy na ściskanie Rc od proporcji wagowej składników P:C
oraz konsystencji zaprawy [cm].
Według autorów artykułu, praktyczne jest przedstawienie zależności Rc od
proporcji P:C, dla ustalonych wartości konsystencji, np.: 5,0 cm, 8,0 cm oraz
11,0 cm (rys. 7., 8.). Wykresy otrzymano przez podstawienie powyższych war-
89
tości konsystencji do równań powierzchniowych otrzymanych na podstawie
wyników badań (rys. 5., 6.).
Rys. 5. Zależność Rc od P:C oraz konsystencji, dla CEM I 32,5R
Rys. 6. Zależność Rc od P:C oraz konsystencji, dla CEM I 42,5R
90
Rys. 7. Zależność Rc od proporcji P:C dla
konsystencji: 5,0, 8,0, 11,0 cm, cement
CEM I 32,5R
Rys. 8. Zależność Rc od proporcji P:C
dla konsystencji: 5,0, 8,0, 11,0 cm, cement CEM I 42,5R
Na podstawie uzyskanych wyników badań orientacyjne proporcje składników zestawiono w formie tabel (tab. 2., 3.). Podano proporcje wagowe
oraz objętościowe. Proporcje objętościowe opracowano przy założeniach:
ρnc = 1,20 kg/dm3 oraz ρnp = 1,57 kg/dm3.
Według normy [1], w celu uzyskania zaprawy o konsystencji innej niż
7,0 cm, zaleca się przyjęcie proporcji składników jak dla zaprawy o marce odpowiednio o stopień wyższej lub niższej. Po analizie wyników badań uznano za
zasadne podanie proporcji dla wybranych konsystencji oraz przyjęcie zasady, że
dla otrzymania konsystencji pośredniej, proporcje można interpolować liniowo.
91
Tabela 2. Proporcje wagowe składu zapraw cementowych
Klasa
cementu
32,5
42,5
Konsyst.
zaprawy
[cm]
5,0
8,0
11,0
5,0
8,0
11,0
Proporcje objętościowe C:P
dla marki zaprawy
M10
1:6
1:6
1 : 4,5
1 : 7,0
1 : 5,7
1 : 4,9
M12
1:5
1:5
1 : 4,1
1 : 6,0
1 : 5,3
1 : 4,6
M15
1 : 4,3
1 : 4,3
1 : 3,6
1:5
1 : 4,6
1 : 4,2
M20
1 : 3,5
1 : 3,5
1 : 3,0
1 : 4,3
1 : 3,9
1 : 3,5
M30
1 : 2,6
1 : 2,6
1 : 2,2
1 : 3,2
1 : 2,9
1 : 2,6
M40
1 : 1,9
1 : 1,9
1 : 1,6
1 : 2,4
1 : 2,1
1 : 1,8
M30
1:2
1:2
1 : 1,5
1 : 2,5
1 : 2,25
1:2
M40
1 : 1,5
1 : 1,5
1:1
1 : 1,75
1 : 1,5
1 : 1,25
Tabela 3. Proporcje objętościowe składu zapraw cementowych
Klasa
cementu
32,5
42,5
Konsyst.
zaprawy
[cm]
5,0
8,0
11,0
5,0
8,0
11,0
Proporcje objętościowe C:P
dla marki zaprawy
M10
1:4
1:4
1 : 3,5
1:5
1 : 4,25
1 : 3,75
M12
1 : 3,5
1 : 3,5
1:3
1 : 4,5
1:4
1 : 3,5
M15
1:3
1:3
1 : 2,5
1:4
1 : 3,5
1:3
M20
1 : 2,5
1 : 2,5
1 : 2,0
1 : 3,25
1:3
1 : 2,75
Praktycznym sposobem przedstawienia wytycznych doboru głównych
składników zapraw są wykresy warstwicowe. Na rysunku 9. przedstawiono nomogram dla cementu klasy 32,5R, na rys. 10. – dla cementu klasy 42,5R. Wykresy sporządzono na podstawie równań wykresów powierzchni (rys. 5., 6.).
Rys. 9. Nomogram dla zaprawy z cementem klasy 32,5R
92
Rys. 10. Nomogram dla zaprawy z cementem klasy 42,5R
4. Analiza wyników
Na wykresach Rc = f(W:C) (rys. 3., 4.) otrzymano spodziewaną zależność,
czyli spadek wytrzymałości zaprawy na ściskanie Rc wraz ze wzrostem wartości
współczynnika W:C.
Analiza zależności Rc od proporcji P:C wykazała również, że wytrzymałość
ta ulegała zmniejszeniu wraz ze wzrostem P:C. Proporcje P:C oraz W:C są ze
sobą skorelowane. Poruszając się w zakresie użytkowych wartości konsystencji
(4-11 cm), wraz ze wzrostem P:C wartość W:C ulega zwiększeniu (rys. 3., 4.).
Dla zaprawy o wyższej proporcji P:C (przy stałej ilości cementu), do uzyskania
tej samej konsystencji jest niezbędna większa ilość wody. Zwiększenie zawartości wody w zaprawie powoduje zwiększenie W:C, a w konsekwencji obniżenie
wytrzymałości zaprawy na ściskanie.
Analizując wyniki, zaobserwowano wpływ konsystencji zaprawy na wytrzymałość na ściskanie Rc. W przypadku cementu klasy 32,5R, najwyższe wytrzymałości uzyskano przy konsystencji 6-7 cm. Wytrzymałość zapraw bardziej
ciekłych była niższa. W przypadku zapraw mniej ciekłych również nastąpiło
obniżenie wytrzymałości, lecz tylko nieznaczne. Wytrzymałość cementu klasy
42,5R wzrastała wraz ze spadkiem konsystencji. Maksima na wykresie na rys. 8.
związane są prawdopodobnie z obniżeniem wytrzymałości na ściskanie w zaprawach o niskiej urabialności (najmniejszej konsystencji). Efekt ten wystąpił
w przypadku cementu słabszego (32,5R), gdzie przypuszczalnie przyrost wytrzymałości związany ze zmniejszaniem wskaźnika W:C nie rekompensuje
ubytku wytrzymałości spowodowanego wzrostem zawartości powietrza w słabo
urabialnej zaprawie.
Z uwagi na zbliżoną charakterystykę uziarnienia użytych do badań piasków
nie stwierdzono znaczącego wpływu rodzaju piasku na uzyskane wyniki. Wy-
93
trzymałość na zginanie wzrosła wraz ze wzrostem wytrzymałości na ściskanie.
Wraz ze wzrostem wytrzymałości na ściskanie zmniejszyła się proporcja Rf /Rc.
5. Podsumowanie i wnioski
Ze względu na szeroki zakres stosowania zapraw budowlanych zwykłych,
wśród których znajdują się zaprawy cementowe, istnieje potrzeba aktualizowania zaleceń zawartych w normie [4] dotyczących doboru składu zapraw. W artykule podano proporcje wagowe głównych składników zapraw cementowych,
z cementami klas 32,5R oraz 42,5R dla zaproponowanych marek zapraw. Ze
względów praktycznych podano również proporcje objętościowe dla średnich
gęstości nasypowych cementu i piasku.
Zaprawy były zagęszczane przez wstrząsanie. Próbki dojrzewały w warunkach laboratoryjnych. W przypadku gorszych warunków zagęszczania i dojrzewania zapraw należy uwzględnić wpływ tych czynników na wytrzymałość
zaprawy. W warunkach wykonawczych zaprawy z reguły nie są zagęszczane
lub zagęszczanie wynika z technologii układania. Z powyższych powodów
praktyczne stosowanie podanych w artykule proporcji składników powinno
uwzględniać „bezpieczny” dobór składu, niejako „z zapasem”, np. jak dla zaprawy o jedną markę wyższej.
Literatura
1. PN-90/B-14501: Zaprawy budowlane zwykłe
2. PN-B-19701:1997: Cement. Cement powszechnego użytku. Skład, wymagania i ocena zgodności
3. PN-79/B-06711: Kruszywa mineralne. Piaski do zapraw budowlanych
4. PN-85/B-04500: Zaprawy budowlane. Badania cech fizycznych i wytrzymałościowych
COMPOSITION AND MAIN PROPERTIES OF ORDINARY MORTARS
WITH PORTLAND CEMENTS
Summary
In this article the results of the cement mortars investigations are presented. The influence
of proportion cement to sand and consistence of mortar on the medium compression strength
is described. The tests were performed with two classes of cement CEM I: 32,5R and 42,5R, and
two natural sands. The weight and volumetric proportions of main components of mortars are
presented for different classes of mortars.
The instructions to project the composition of the mortars in the standard PN-90/B-14501:
„The building mortars” are described with the classes of cement already not in production. The
article is worked out because there is lack of current instructions in standards and literature to
project the composition of the mortars with the new classes of cement.
Złożono w Oficynie Wydawniczej w lipcu 2004 r.

ocena współpracy z podłożem modeli fundamentów szczelinowych

Transkrypt

Podobne dokumenty

Wyjątkowa zasada działania

DPD Dodatkowe zalecenia - elektronika i sprzęt RTV AGD