Wymagania dla betonu wodoszczelnego

Beton wodoszczelny wykazuje niewielką głębokość, na jaką może przedostać się do niego woda, inaczej niż w przypadku izolacji powłokowych.

Istota betonu wodoszczelnego

Technologia ta coraz częściej zastępuje tradycyjną izolację z folii, membran, pap bitumicznych czy różnego rodzaju powłok.

Technologia betonu wodoszczelnego znajduje zastosowanie w różnych konstrukcjach wykonywanych pod oraz nad poziomem gruntu. Doskonale sprawdza się tam, gdzie dany element powinien izolować od wody, m.in.:

• białe wanny czyli elementy położone w wodach gruntowych przy obiektach jedno- i wielokondygnacyjnych, składające się z płyty fundamentowej i ścian,
• stropy garaży podziemnych i płyty pośrednie w obiektach wielokondygnacyjnych,
• dachy płaskie, zarówno izolowane termicznie tradycyjnie, jak i odwrócone,
• baseny i zbiorniki.

Aby móc wykorzystać zalety płynące z technik uszczelnienia z betonu, takie jak uproszczenie całej konstrukcji poprzez stosowanie nielicznych elementów, skrócenie czasu trwania budowy, bezproblemowe lokalizowanie i porównywalnie do innych systemów tanie naprawy nieszczelności, konieczne jest, aby zarówno projektanci, jak i wykonawcy tych konstrukcji dysponowali odpowiednią wiedzą. Oprócz podstawowych parametrów technicznych planowanego obiektu, danych o gruncie i stosunkach wód gruntowych oraz zmiennym obciążeniu wpływu wody na konstrukcję nośną, należy zaprojektować także odpowiedni skład betonu wodoszczelnego i technologię wbudowania. Nie mniej ważne jest zaplanowanie miejsc szczelin i dylatacji oraz ich zamknięć za pomocą odpowiednich akcesoriów (FOT. 1 i FOT. 2).

Wymagania dotyczące wodoszczelności w dokumentach odniesienia

Wymagania dotyczące wodoszczelności betonu

W normie PN-88/B-06250 "Beton zwykły" [1] wprowadzono pojęcie przepuszczalności wody przez beton określane stopniem wodoszczelności. Stopień wodoszczelności klasyfikuje beton pod względem przepuszczalności wody. Liczba przy literze W oznacza dziesięciokrotną wartość ciśnienia wody w MPa, działającego na próbki betonowe. Stopień wodoszczelności betonu określa się w zależności od wskaźnika ciśnienia "i" oraz rodzaju parcia wody (TAB 1). Wskaźnik ciśnienia "i" definiuje się jako stosunek wysokości słupa wody w metrach do grubości przegrody w metrach.

W nieobjętej już systemem normalizacyjnym normie [1] zapisano, że dany stopień wodoszczelności betonu jest osiągnięty, jeżeli przy obciążeniu wymaganym ciśnieniem wody w trzech na sześć próbek nie stwierdza się oznak przesiąkania wody. Badanie przeprowadza się po 28 dniach dojrzewania, chyba że w dokumentacji projektowej założono inaczej.

W PN-EN 206+A1:2016-12, "Beton. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność" [2] jako jedno z wymagań betonów stwardniałych podano odporność na penetrację wody. Norma ta nie narzuca metody badania. W zależności od wartości granicznych dotyczących składu betonu w zależności od klasy ekspozycji (maksymalnego w/c, minimalnej klasy wytrzymałości na ściskanie, minimalnej zawartości cementu, minimalnej zawartości powietrza i innych wymagań), dopuszczono pośrednie określenie odporności na penetrację wody. Metodę badania właściwości betonu nazwanej "głębokością penetracji wody pod ciśnieniem" opisano w normie narzędziowej PN-EN 12390-8:2011 [3].

Wymagania dotyczące wodoszczelności konstrukcji

W PN-EN 1992-1-1:2008, "Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków" [4] jest wymaganie, aby cechy trwałości przez projektowany okres użytkowania były niezmienne. Według normy ochrona konstrukcji zależy od warunków ekspozycji (warunki fizyczne i chemiczne wpływające na stan konstrukcji). Jako uzupełnienie warunków środowiskowych podano, że należy uwzględniać również oddziaływania fizyczne powstające na skutek przenikania wody.

Norma projektowa [4] określa również sposób wyznaczania minimalnej otuliny. Otulenie minimalne c_min jest określone jako największa z trzech wartości, jedną z nich jest c_min,dur, czyli minimalne otulenie ze względu na warunki środowiska. Jest ona wyznaczana z uwzględnieniem klasy ekspozycji oraz klasy konstrukcji i zapewnia ochronę stali przed korozją.

W zależności od klasy ekspozycji określone zostały wymagania dotyczące stanu zarysowania, a dokładnie zalecanej wartości maksymalnej szerokości rys w_max. Brak jest jednak w normie szczególnych wymagań dotyczących wodoszczelności.

Szczelność konstrukcji można określić przez wykorzystanie dotychczasowej normy PN-EN 1992-3:2008 (Eurokod 2) [5], dotyczącej silosów i zbiorników na ciecze. W normie stwierdzono, że rozdziały dotyczące projektowania na szczelność mogą być odpowiednie także dla innych typów konstrukcji, od których wymaga się szczelności. W normie [5] przedstawiono klasyfikację szczelności konstrukcji wraz z wymaganiami w stosunku do przecieków (TAB. 2).

Projektowanie w technologii betonu wodoszczelnego

We wszystkich elementach i obiektach żelbetowych technologia ta jest skuteczna pod warunkiem eliminacji powstawania pęknięć w miejscach przypadkowych. Cel ten osiąga się, stosując:

• odpowiednie warunki konstrukcyjne,
• specjalną technologię betonu.

Analiza dokumentów odniesienia potwierdza brak w obowiązujących w Polsce normach jednoznacznych wymagań dotyczących projektowania betonów w celu zastosowania w technologii betonu wodoszczelnego. Nie są również określone dopuszczalne głębokości penetracji wody w zależności od typu elementu wykonanego z betonu szczelnego oraz warunków zewnętrznych. Z tego względu praktyka polegająca na określaniu wodoszczelności betonu poprzez badanie stopnia wodoszczelności, zgodnie z nieobowiązującą już normą PN-88/B-06250 [1], musi zastępować bardziej trafną w tych kryteriach dopuszczalną maksymalną głębokość penetracji wody.

Spośród wymagań projektowych i realizacyjnych konstrukcji z betonu wodoszczelnego do najistotniejszych należą:

1. Zasady obowiązujące projektantów i wykonawcę, w tym:

• Warunki konstrukcyjne:
  - specyfikacja właściwości stwardniałego betonu wodoszczelnego: wytrzymałość na ściskanie odpowiadająca klasie od C20/25 do C35/45 oraz stopień wodoszczelności betonu min. W8, mały skurcz betonu (TAB 3),
  - przeciwdziałanie zarysowaniu konstrukcji poprzez stosowanie dodatkowego zbrojenia w określonych lokalizacjach, planowanie dylatacji i przerw roboczych oraz dobór grubości i kształtu elementów żelbetowych,
  - stosowanie odpowiednich akcesoriów przeznaczonych do zastosowania w tej technologii,
  - odpowiednia pielęgnacja betonu zapobiegająca skurczowi,
  - minimalna otulina ze względu na warunki środowiska: PN-EN 1992-1-1:2008 [4].
• Dobór jakościowy i ilościowy składu betonu wodoszczelnego:
  - współczynnik wodno-cementowy wynoszący maksymalnie 0,5,
  - dobór składu granulometrycznego kruszywa oscylujący w dolnych polach krzywych granicznych,
  - stosowanie domieszek uszczelniających i upłynniających,
  - stosowanie dodatków, takich jak popiół lotny, pył krzemionkowy, granulowany żużel wielkopiecowy.

2. Odpowiednia metodyka oznaczania cech betonu wodoszczelnego:

• wytrzymałości na ściskanie: PN-EN 12390-3:2011 [6],
• stopnia wodoszczelności: PN-88/B­‑06250 [1],
• pośredniego określenia odporności na penetrację wody: PN-EN 12390­‑8:2011P [3],

3. Doświadczenia wykonawcze z realizacji, które pozwalają eliminować błędy w przyszłości oraz radzić sobie z naprawą ich skutków.

Specyfikacja betonu wodoszczelnego

Specyfikacja betonu wodoszczelnego, podobnie jak innych betonów, powinna zapewnić uzyskanie trwałego betonu w projektowanych warunkach ekspozycji, a także takie cechy użytkowe, które zagwarantują bezawaryjną eksploatację w projektowanym długim okresie użytkowania, np. minimum 50 lat. Dlatego kluczowe jest wyszczególnienie odpowiednich cech betonu do konkretnej realizacji, a rzadziej także sprecyzowanie, w jaki sposób te właściwości mają zostać osiągnięte. Celowe jest zatem formułowanie wymagań jak dla betonu projektowanego, a nie dla betonu recepturowego [7].

Zakres wymagań podstawowych, które powinna uwzględniać każda specyfikacja betonu projektowanego, powinna uwzględniać informacje wymagane w normie PN-EN 206 [2] oraz, w zależności od potrzeb projektu, powinna być uzupełniona dodatkowymi wymaganiami zawartymi w innych dokumentach. Beton wodoszczelny projektuje się ze względu na wysokie wymagania dotyczące zarówno mieszanki betonowej, jak i stwardniałego betonu, w tym:

• odpowiednią konsystencję i urabialność, umożliwiającą transport i wbudowanie,
• wytrzymałość, która powinna być zgodna z założeniami konstrukcyjnymi i zapewniać przeniesienie zakładanego obciążenia,
• wymaganą trwałość, związaną z odpornością na działanie czynników atmosferycznych i chemicznych.

W specyfikacjach betonu do konstrukcji szczelnych można odnaleźć różne wymagania dotyczące zapewnienia wodoszczelności betonu. Najczęściej wymieniane są jedynie klasa wytrzymałości na ściskanie betonu, klasa ekspozycji oraz współczynnik w/c, rzadziej pojawiają się dodatkowe wymagania dotyczące składu betonu, czy też poprawnej pielęgnacji (TAB 3).

Pielęgnacja betonu

Kluczowym elementem zapewnienia szczelności konstrukcji z betonu jest zagwarantowanie odpowiedniej pielęgnacji betonu zaraz po wbudowaniu. Od pielęgnacji "młodych" powierzchni betonowych zależy dobra jakość konstrukcji budowlanej.

Pielęgnacja jest istotnym zabiegiem technologicznym, który ma na celu osiągnięcie zamierzonej trwałości danej konstrukcji betonowej. Ma ona na celu zminimalizowanie skurczu plastycznego w wyniku utraty wilgoci z betonu, zapewnienie właściwej wytrzymałości, zabezpieczenie przed szkodliwymi czynnikami atmosferycznymi, a także przed zamarzaniem, jak również ochronę przed niepożądanymi drganiami, uderzeniami lub uszkodzeniami, które mogą spowodować mikrozarysowania, zarysowania, a nawet pęknięcia konstrukcji.

Sposób pielęgnacji betonu powinien określić projektant w specyfikacji wykonawczej danego obiektu bądź inżynier budowy. Pielęgnacja uwarunkowana jest rodzajem konstrukcji, jej przeznaczeniem i funkcją. Powinna być prowadzona po zakończeniu betonowania elementu i trwać możliwie najdłużej.

Czas trwania pielęgnacji zależy od rozwoju wytrzymałości, którą można oszacować, mierząc twardość młotkiem Schmidta, co pozwala ustalić terminy rozdeskowania dla danych typów elementów w określonych warunkach.

Orientacyjnie przyjmuje się, że ściany powinny pozostać w deskowaniu przez okres 72 godzin. Deskowanie takie powinno być wykonane z materiału niewpływającego na zmniejszenie wilgotności na styku z betonem, ewentualnie rozdzielone warstwą maty lub odpowiedniego preparatu. Na powierzchniach poziomych najlepsze efekty przynosi zalanie wodą na wysokość 2-3 cm. W przypadku powierzchni pochyłych rozwiązaniem jest zastosowanie powłok natryskowych.

Zasady realizacyjne technologii betonu wodoszczelnego

Zasady realizacyjne w technologii betonu wodoszczelnego różnią się znacząco w zależności od wykonywanego elementu. W niemieckich wytycznych [8–9] wprowadzono podział klas użytkowania konstrukcji na klasy A i B oraz rozwiązania specjalne (TAB. 4) i określono wymagania wynikające z podziału.

Generalnie można rozróżnić podział na elementy zagłębione w gruncie i elementy pełniące funkcję zadaszenia oraz na elementy płytowe i elementy ścienne. Połączona płyta i ściana fundamentowa w technologii betonu wodoszczelnego tworzą tzw. białą wannę. Charakterystyczne dla tego typu zespołu elementów jest to, że często, w części lub w całości, jest on obciążony z zewnątrz przez wodę gruntową. Beton uszczelniający, jako element ze zdefiniowaną głębokością przenikania wody, powinien we współpracy ze zbrojeniem bezpiecznie przejąć obciążenia, pozostając przy tym nieprzepuszczalny dla wody.

Dachy z betonu szczelnego, gdzie jedynym systemem izolacji od wody jest sama konstrukcja, nie są zbyt popularne w Polsce. O ile biała wanna jest ogólnie znana i ceniona, to w stosunku do dachów nad pomieszczeniami zamieszkanymi zaufanie inwestorów jest ograniczone. Taki dach coraz częściej sprawdza się jednak w przypadku stropów garaży podziemnych z umieszczoną na zewnątrz izolacją cieplną, pokrytych warstwą ziemi.

W odróżnieniu od elementów białej wanny podlegających stałym i równomiernym obciążeniom, takie stropy narażone są na obciążenia zmieniające się w krótkim czasie. W takich warunkach pracy samo zastosowanie betonu wodoszczelnego, nawet z pełnym zbrojeniem ograniczającym szerokość pęknięć, nie zapewnia szczelności konstrukcji. Tradycyjne, wielowarstwowe uszczelnienia łatwo ulegają uszkodzeniom, a miejsca te są trudne do odnalezienia.

Podsumowanie

Przy wykonywaniu konstrukcji w technologii betonu wodoszczelnego niezbędne jest odpowiednie przygotowanie realizacji, począwszy od projektu konstrukcji, składu betonu wodoszczelnego po rozwiązania wykonawcze.

Uszczelnianie betonem udaje się tylko tam, gdzie wszyscy uczestniczący w procesie wykonywania obiektu na pierwszym planie stawiają jakość, tym bardziej, że obiekty wodoszczelne nie powstają wyłącznie dzięki zastosowaniu betonu wodoszczelnego, a każdy z nich jest inny więc musi podlegać indywidualnym wymogom. Nie mniej ważne jest wyeliminowanie pęknięć i rys poprzez zaplanowanie i uszczelnienie miejsca ich wystąpienia.

Mimo braku kompleksowego ujęcia w normach niezbędne jest stosowanie ogólnie uznanych reguł w zakresie projektowania i wykonawstwa w technologii betonu wodoszczelnego, wypracowanych w Europie w ciągu ostatnich 30 lat.

Literatura

1. PN-88/B-06250, "Beton zwykły".
2. PN-EN 206+A1:2016-12, "Beton. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność".
3. PN-EN 12390-8:2011, "Głębokość penetracji wody pod ciśnieniem".
4. PN-EN 1992-1-1:2008, "Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków".
5. PN-EN 1992-3:2008, "Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 3: Silosy i zbiorniki na ciecze".
6. PN-EN 12390-3:2011, "Badania betonu. Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań".
7. W. Jackiewicz-Rek, M. Konopska-Piechurska, "Zrównoważony rozwój technologii nawierzchni betonowych - aspekty funkcjonalne", Dni Betonu 2012, Wisła, 8-10 października 2012.
8. DAfStb-Richtline Wasserundurchlssige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie).
9. T. Freiman, "Regelungen und Empfehlungen fur wasserundurchlassige (WU-) Bauwerke aus Beton". Beton-Informationen 2005 nr 3-4, s. 55-72.
10. G. Bajorek, M. Kiernia-Hnat, W. Świerzyński, „Beton o podwyższonej szczelności w wodoszczelnych konstrukcjach budowlanych", II Konferencja Naukowo-Techniczna "Nowoczesne materiały, techniki i technologie we współczesnym budownictwie TECH-BUD 2015", Kraków, 21–23 października 2015, s. 29-39.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!