Posadzki przemysłowe

Artykuł porusza kwestie prawidłowego zaprojektowania i wykonania posadzki przemysłowej. Autor opisuje etapy wykonania posadzki betonowej, a także podaje klasyfikację posadzek przemysłowych.

Industrial floors

The article addresses the proper design and construction of industrial flooring. The author describes the stages of constructing concrete flooring and provides classification of industrial flooring.

***

Posadzka jest przeważnie ostatnim elementem wykonywanym w obiekcie, co stwarza przy kończących się nakładach finansowych inwestora niebezpieczeństwo oszczędzania i wybierania tańszych i niejednokrotnie niedostosowanych do występujących warunków eksploatacji rozwiązań, co w rezultacie może doprowadzić do szybkiej destrukcji tak wybranej posadzki. Naprawa posadzki często związana jest z wyłączeniem z eksploatacji całego obiektu i narażeniem użytkownika na straty finansowe. Zatem rzetelne zaprojektowanie i staranne wykonanie posadzki jest zagadnieniem istotnym, a poprawnie zaprojektowana i wykonana posadzka może być wizytówką obiektu przemysłowego.

Prawidłowo zaprojektowany i wykonany podkład (beton, jastrych cementowy, asfaltobeton) ma decydujące znaczenie dla zapewnienia właściwej użyteczności i trwałości posadzki. Z tego powodu już na etapie projektowania należy zebrać możliwie najwięcej danych służących do określenia czynników mających wpływ na eksploatację posadzki. Rozwiązanie projektowe powinno spełniać szereg wymagań technicznych, eksploatacyjnych, jak również ekonomicznie uzasadnionych.

Poznaj: Rozwiązania technologiczno-materiałowe nowoczesnych posadzek przemysłowych

Do podstawowych informacji koniecznych do prawidłowego zaprojektowania należy zaliczyć:

• wartości obciążeń mechanicznych działających na posadzkę, w tym obciążenia pojawiające się sporadycznie lub jednorazowo, a wynikające z montażu maszyn produkcyjnych (np. ciężki sprzęt transportowy czy też montażowy),
• obciążenia chemiczne (stężenie, temperatura i czas oddziaływania substancji chemicznej), w tym także od często pomijanych środków używanych do czyszczenia, dezynfekcji czy konserwacji posadzek,
• oczekiwania inwestora wobec tego ważnego i niejednokrotnie najdroższego elementu w obiekcie (czas realizacji, estetyka, łatwość utrzymania w czystości, łatwość odnawiania),
• wymagania określone normami branżowymi (BHP, ochrona środowiska),
• funkcje pomieszczeń w obrębie jednego obiektu przemysłowego,
• położenie posadzki (wewnątrz lub na zewnątrz obiektu).

Wszystkie wymienione tu czynniki determinują projektanta do dokładnej analizy przewidywanych warunków i znalezienia optymalnego rozwiązania konstrukcyjnego i materiałowego.

Posadzki przemysłowe wykonuje się z różnych materiałów takich jak beton, tworzywa sztuczne, kompozyty z żywic epoksydowych czy poliuretanowych, płytki ceramiczne, kamień naturalny, asfalt lany czy asfaltobeton.

Główne różnice cech użytkowych posadzek przejawiają się w ich wytrzymałości mechanicznej, termicznej, odporności na działanie związków chemicznych, odporności na ścieranie i odporności na starzenie.

Posadzki betonowe

Konstrukcja posadzek betonowych w halach przemysłowych niewiele odbiega od konstrukcji nawierzchni betonowej autostrady, przy czym w halach występują często większe siły skupione pochodzące od ciężkich wózków widłowych na małych twardych kołach, regałów wysokiego składowania czy ciężkich maszyn produkcyjnych. Równocześnie posadzki takie narażone są na ścieranie, uderzenia oraz agresję chemiczną roztworów kwasów i zasad.

Obciążenia chemiczne przejmowane są przez powłoki ochronne z żywic nakładanych na wykonane wcześniej podłoże betonowe. Obciążenia mechaniczne od sił tarcia na powierzchni posadzki przejmują warstwy trudnościeralnych materiałów wcieranych w świeżą płytę betonową.

Znajdujący się w hali podkład gruntowy musi być odpowiednio przygotowany do przejęcia obciążeń przewidywanych na powierzchni posadzki.

Podkład gruntowy powinien charakteryzować się następującymi cechami:

• możliwie dobrą jednorodnością gruntu (zapewniającą równomierne osiadanie),
• dobrą zagęszczalnością,
• wystarczającą nośnością,
• zapewnieniem odwodnienia.

W określonych przypadkach niezbędne staje się zmodyfikowanie podkładu gruntowego (np. poprzez stabilizację cementem) albo w ogóle jego wymiana na podsypkę z frakcjonowanych żwirów lub tłucznia. W zależności od obciążenia przypadających na posadzkę wymagane jest zapewnienie minimalnej wielkości wtórnego modułu odkształcenia podłoża E_v2. Ustalenie tego parametru na budowie jest bardzo czasochłonne i wymaga specjalistycznego sprzętu.

Nieco szybciej, ale również profesjonalnie można dokonać badania dynamicznego modułu odkształcenia podłoża EVD, przy zastosowaniu ugięciomierza udarowego. Korzystając przy tym z odpowiednich tabel, można szybko ustalić wartość E_v2 odpowiadającego zmierzonemu współczynnikowi EVD. Dysponując jedynie samochodem ciężarowym na budowie, można w sposób przybliżony ustalić wartość E_v2 na podstawie zagłębienia koła samochodu w warstwie zagęszczonego podłoża gruntowego. Załadowany samochód ciężarowy z obciążeniem na koło 50 kN winien wjeżdżać na podłoże gruntowe z szybkością 4–6 km/h.

Podbudowa – warstwa nośna posadzki

W przypadku, gdy podkład gruntowy nie ma wystarczającej nośności, konieczne staje się wykonanie na zagęszczonym podkładzie gruntowym podbudowy o określonej grubości. W niektórych niekorzystnych sytuacjach na podłożu gruntowym układa się włókninę filtrującą pozwalającą na lepsze odprowadzenie wody gruntowej i zabezpieczającą przed wymieszaniem podłoża gruntowego z materiałem podbudowy. Chociaż w dzisiejszych czasach często wykonuje się jeszcze podbudowę betonową pod posadzką, to na podjęcie decyzji w sprawie rodzaju podbudowy mają wpływ dwa czynniki:

• ekonomiczny,
• wyposażenia w sprzęt drogowy.

Sprzęt drogowy niezbędny staje się do wykonania podbudów mineralnych z frakcjonowanych żwirów, tłucznia bądź gruntów stabilizowanych cementem. Warstwę podbudowy należy zagęszczać przy użyciu walca lub płyt wibracyjnych. Rodzaj i grubość warstwy podbudowy (min. 15 cm) wynika z obciążenia posadzki.

Częstym błędem wykonawczym jest brak ochrony zagęszczonego podłoża gruntowego lub podbudowy przed opadami atmosferycznymi (brak szczelnego zadaszenia) gwarantującej niezmienność osiągniętej w wyniku zagęszczenia sztywności podłoża.
Posiadając jedynie samochód ciężarowy na budowie, można w identyczny sposób jak dla podłoża gruntowego również dla podbudowy ustalić przybliżoną wartość E_v2 na podstawie zagłębienia koła samochodu w warstwie podbudowy.

Izolacja przeciwwodna i poślizgowa

Przed wykonaniem płyty betonowej posadzki niezbędne staje się wykonanie izolacji przeciwwodnej w następujących przypadkach:

• wysoki poziom wody gruntowej,
• wykonanie w przyszłości posadzki żywicznej,
• składowanie na powierzchni posadzki materiałów wrażliwych na wilgoć.

Przy bardzo wysokich poziomach wody gruntowej niezbędne staje się wykonanie opasek drenażowych.

W przypadku, gdy nie ma potrzeby wykonania izolacji przeciwwodnej, dobrze jest wykonać warstwę oddzielającą podbudowę od płyty betonowej posadzki (warstwę poślizgową) w postaci jednej warstwy folii PE o gr. min 0,2 mm. Warstwa poślizgowa z dwóch warstw folii PE gr 0,2 mm jest niezbędna przy dużych i długotrwałych obciążeniach oraz dużych rozstawach szczelin pozornych L  >  8 m. Folia PE będzie spełniać rolę warstwy poślizgowej w posadzce tylko wtedy, gdy podłoże pod nią (zagęszczony grunt lub podbudowa) jest równe.

W praktyce często łączy się funkcje wykonania warstwy przeciwwilgociowej z warstwą poślizgową w posadzce w postaci jednej warstwy folii PE. Szczególnie właśnie wtedy należy chronić położoną już folię przed uszkodzeniem poprzez ułożenie na niej:

• 5 cm chudego betonu,
• 3 cm warstwy jastrychu cementowego.

W przypadku braku warstwy ochronnej największe zniszczenia powstają podczas układania zbrojenia tradycyjnego w postaci siatek stalowych.

Przy rezygnacji z warstwy poślizgowej w posadzce płyta betonowa łączy się z podbudową i w wyniku skurczu betonu oraz zmian termicznych na powierzchni posadzki dochodzi do powstania niekontrolowanych pęknięć w płycie betonowej posadzki.

Płyta betonowa posadzki ze zbrojeniem rozproszonym

Przy większych obciążeniach przewidywanych na powierzchni posadzki zastosowanie minimalnej klasy betonu C20/25 w wielu przypadkach okazuje się niewystarczające z uwagi na stosunkowo niską jego wytrzymałość na zginanie.

Zwiększenie wytrzymałości płyty betonowej posadzki na zginanie można osiągnąć poprzez:

• zastosowanie wyższej klasy betonu,
• zastąpienie kruszyw naturalnych (żwiru) kruszywami łamanymi (grysem),
• zastosowanie tradycyjnego zbrojenia w postaci dwóch warstw siatek stalowych,
• zastosowanie zbrojenia rozproszonego w postaci włókien stalowych – fibrobeton.

Pod pojęciem zbrojenia rozproszonego w płycie betonowej posadzki należy rozumieć jedynie włókna stalowe. Włókna polipropylenowe pełnią wyłącznie rolę zbrojenia przeciwskurczowego, a czas jego działania jest ograniczony do momentu, gdy beton sam zaczyna przenosić większe naprężenia rozciągające niż włókno PP. Ponadto włókna PP nie podnoszą w sposób znaczący wytrzymałości betonu na zginanie po 28 dniach twardnienia.

Szczególnego znaczenia nabiera fibrobeton przy wszelkich obciążeniach dynamicznych (przy spadaniu określonych przedmiotów na posadzkę) i termicznych (gwałtowne podgrzanie fragmentu posadzki). Występujące dynamiczne przeciążenie prowadzi do zarysowań betonu, który jeśli nie jest zbrojony, ulega zniszczeniu, a w przypadku żelbetu może ulec zniszczeniu beton pomiędzy prętami, natomiast fibrobeton pracuje dalej, dzięki zdolności do pochłaniania dostarczonej mu energii. Po przejściu fali uderzeniowej powstałej w wyniku dynamicznego obciążenia, sprężystość włókien powoduje domknięcie rys powstałych w betonie, a posadzka nie traci swoich cech użytkowych.

Podstawową zaletą fibrobetonu jest jego pseudoplastyczność, tzn. niekruche zachowanie się pod obciążeniem oraz zdolność do hamowania propagujących i otwierających się rys.

Najczęściej stosowane w posadzkach na gruncie są włókna stalowe z drutu o śr. 1,0 mm i dł. 50,0 mm, o charakterystycznym kształcie:

• spłaszczona środkowa część włókna (poprzez zmianę przekroju włókna na jego długość otrzymuje się jego lepsze zakotwienie w betonie),
• ryflowanie (wgnioty) na bocznych płaszczyznach włókna powodują lepszą współpracę włókna z betonem w fazie tzw. młodego betonu (włókna te przenoszą również naprężenia skurczowe w betonie) i umożliwiają rezygnację ze stosowania włókien PP.

Określenie niezbędnej ilości włókien w 1 m³ odbywa się na etapie projektowania posadzki. Obliczeń dokonuje się wyłącznie metodami numerycznymi. Jednak minimalne dozowanie włókien nie powinno być mniejsze niż 20 kg/m³ betonu z uwagi na przestrzenne rozmieszczenie ich w betonie i wzajemną współpracę między włóknami.

Teoretycznie rzecz biorąc, istnieje możliwość wariantowania rozwiązań, np. cieńsza płyta posadzki przy większej ilości włókien albo grubsza płyta z minimalnym dozowaniem włókien (np. w ilości 20 kg/m³). Przy zbyt cienkiej płycie i mało sztywnej podbudowie pod obciążeniem skupionym na małej powierzchni docisku może dojść w skrajnym przypadku do przebicia płyty posadzkowej.

Alternatywą dla zbrojenia włóknem stalowym posadzek betonowych jest włókno polipropylenowe twarde HPP o długości 50 mm i średnicy 1 mm. Dozowanie na poziomie 5 kg/m³ betonu zastępuje ilość zbrojenia włóknem stalowym w ilości 25 kg/m³.

Beton posadzkowy

Beton z przeznaczeniem na posadzkę nie jest zwykłym betonem towarowym, dla którego nadrzędną cechą jest jego klasa wytrzymałościowa. Charakterystyczne cechy betonu przeznaczonego do wykonania posadzkowego to:

• minimalna klasa wytrzymałościowa C20/25,
• właściwa jednorodna konsystencja,
• wskaźnik wodno-cementowy w/c  <  0,5,
• punkt piaskowy do 40%,
• ograniczona ilość cementu z uwagi na skurcz.

Transportowanie i łatwe wbudowanie mieszanki betonowej o w/w parametrach nie jest możliwe bez stosowania domieszek do betonu (plastyfikatory, upłynniacze lub ewentualnie opóźniacze).

Regulacja konsystencji powinna odbywać się w sposób racjonalny, nadrzędnym celem jest bowiem uzyskanie dla wszystkich partii dostarczonego betonu jednakowej konsystencji niezbędnej dla spokojnego przebiegu zacierania posadzki oraz dla uzyskania równości płyty zgodnej z warunkami technicznymi odbioru robót.

Proceder dolewania wody na budowie (z uwagi na swą prostotę) jest niestety nadal powszechny i zakorze-niony w mentalności robotnika posadzkowego. Ponieważ jednak szkodliwość dolewania wody jest bardzo duża, domagać należy się stałej kontroli nad przebiegiem procesu betonowania posadzki.

Górna warstwa posadzki betonowej

W celu podniesienia odporności betonu posadzkowego na ścieranie stosuje się mechaniczny sposób zacierania betonu oraz wprowadza się w górną powierzchnię płyty w technologii „świeże na świeże” materiały mineralne trudnościeralne.

Kształtowanie szczelin w posadzkach betonowych

O rozstawie szczelin pozornych w posadzkach betonowych decyduje:

• układ konstrukcyjny hali (występowanie bądź brak słupów),
• plan zagospodarowania hali (miejsca usytuowania regałów, ciągi komunikacyjne).

Do najczęstszych błędów związanych z realizacją szczelin w posadzce dochodzi, gdy:

• szczeliny pozorne nacinane są zbyt późno lub zbyt płytko,
• rezygnuje się z dyblowania szczelin roboczych (zwłaszcza przy większych obciążeniach dynamicznych),
• słupki regałów wysokiego składowania znajdują się na krawędzi bądź w narożniku naciętej płyty,
• nie uwzględnia się skurczu betonu i zmian temperatury w hali.

Pielęgnacja betonu posadzkowego

Szczególnie staranna pielęgnacja posadzki musi mieć miejsce, gdy:

• wykonywana będzie na niej w niedalekiej przyszłości bezspoinowa posadzka z żywic epoksydowych,
• wykonywany będzie jastrych cementowy na warstwie szczepnej,
• brak jest w hali zamontowanych okien, bram lub drzwi (przeciągi),
• występuje duża różnica temperatury mieszanki betonowej i otoczenia.

Brak pielęgnacji powoduje powstanie mikrorys, które po kilku miesiącach otwierają się nawet do szerokości 1–2 mm.

Dyblowanie płyt w posadzce nie tylko zapobiega „klawiszowaniu” płyt na skutek skurczu betonu, ale również pozwala przenosić obciążenia skupione z krawędzi na sąsiednią płytę (redukcja naprężeń może dochodzić nawet do 50% w narożniku płyty.

Samopoziomujące podkłady i posadzki przemysłowe

Posadzki takie dostarczane są jako gotowa do użycia mieszanka na bazie cementu, która po zmieszaniu z wodą tworzy samopoziomującą masę układaną w cienkiej warstwie na nośnym podłożu. Stosowane są przy naprawach i wykonywaniu nowych nawierzchni posadzek przemysłowych. Zaletą tego typu materiałów jest:

• łatwość w układaniu, szybkość wykonywania dużych powierzchni (w ciągu godziny można wykonać ok. 500 m²),
• szybki przyrost wytrzymałości wczesnej – ruch pieszy możliwy już po 2–5 godz., pełne obciążenie po siedmiu dniach, co wpływa na zminimalizowanie przerw w użytkowaniu obiektu,
• możliwość układania cienkiej warstwy, przez co eliminuje się kolizje wysokościowe ciągów technologicznych i komunikacyjnych oraz kosztowne przeróbki instalacji, a przy tym nie przeciąża się istniejącej konstrukcji,
• paroprzepuszczalność – jedyne rozwiązanie przy niepewnej izolacji przeciwwilgociowej,
• możliwość nakładania żywic już po trzech dniach.

Klasyfikacja posadzek żywicznych

Posadzki żywiczne klasyfikuje się głównie ze względu na:

• rodzaj spoiwa (epoksydowe, poliuretanowe, akrylowe, winylowe – TABELA),

• grubość i ilość nanoszonych warstw oraz rodzaj ewentualnego wypełniacza:

– Impregnacja – warstwy impregnacyjne pokrywają cienkim filmem całą powierzchnię betonu, ale nie wypełniają całkowicie porów. Grubość warstwy impregnacyjnej nie przekracza 0,1 mm i tworzy system otwarty dla dyfuzji pary wodnej.

– Impregnacja barwna – warstwa daje możliwość barwnego kształtowania powierzchni, pory w betonie są wypełnione impregnatem, a powierzchnia jest gładka. Grubość warstwy impregnacyjnej waha się od 0,1 do 0,3 mm i tworzy system otwarty dla dyfuzji pary wodnej.

– Powłoki żywiczne – cienka warstwa posadzkowa, której grubość wynosi od 0,5 do 1,5 mm. Jednolita warstwa na całej powierzchni, ale wymagająca gruntowania, co z kolei daje możliwość wyrównania niewielkich nierówności podłoża (żywica gruntująca z piaskiem kwarcowym o uziarnieniu 0,1–0,3 mm).

– Grubowarstwowe posadzki żywiczne – grubość warstw wynosi powyżej 2 mm, dzięki temu uzyskuje się jednolitą powłokę na całej powierzchni, nierówności podłoża zostają przykryte. W skład systemu wchodzi żywica gruntująca i właściwa warstwa żywicy zamykającej. Możliwe są warianty gładkie, matowe lub antypoślizgowe.

– Jastrych żywiczny – warstwa o grubości przekraczającej kilka milimetrów. Jastrychy na bazie spoiwa epoksydowego wykonywane są na posadzkach przemysłowych o znacznym obciążeniu mechanicznym i chemicznym.
Stosowane dotychczas wykończenia podłóg w postaci lastrika czy innych nawierzchni mineralnych przestały odpowiadać reżimom technologicznym, użytkowym i sanitarnym panującym w rzeźniach, mleczarniach, zakładach produkcji napojów i innych obiektach przemysłu spożywczego. W tego typu pomieszczeniach od posadzek oczekuje się przede wszystkim:

• odporności chemicznej na kwasy organiczne, sole i koncentraty używane w procesach produkcyjnych,
• wytrzymałości zarówno na działanie wysokiej temperatury, jak i szoki termiczne wywołane czyszczeniem posadzek gorącą parą wodną lub wrzącą wodą,
• odpowiedniego stopnia szorstkości (zapewnienie antypoślizgowości),
• nawierzchni pozbawionych dylatacji i spoin (dla ułatwienia utrzymania czystości),
• nietoksyczności,
• wysokich walorów estetycznych i kolorystycznych.

Wszystkie wymagania stawiane posadzkom w zakładach przemysłu spożywczego spełniają jastrychy wykonane na bazie żywicy epoksydowej. Problem odporności takiej posadzki na działanie wysokiej temperatury rozwiązuje wypełniacz kwarcowy o odpowiednio dobranym składzie ziarnowym.

Posadzka wykonana z jastrychu żywicznego charakteryzuje się najczęściej następującymi parametrami technicznymi:

• wytrzymałość na ściskanie – 90 N/mm²,
• wytrzymałość na zginanie – 25 N/mm²,
• ścieralność na tarczy Boehmego – 10 cm³/50 cm²,
• możliwość chodzenia (przy temp. +20°C) – po 24 godz.,
• lekkie obciążenie (przy temp. +20°C) – po dwóch dniach,
• pełne obciążenie (przy temp. +20°C) – po siedmiu dniach,
• pełna szczelność nawierzchni,
• możliwość czyszczenia gorącą parą wodną.

Warunki wbudowywania posadzek żywicznych

Warunkiem koniecznym wykonania trwałych posadzek żywicznych jest prawidłowe przygotowanie podłoża. Podłoże to powinno zapewnić przeniesienie wszelkich obciążeń mechanicznych występujących w obiekcie i jednocześnie zapewnić współpracę między podkładem (warstwą nośną a wykończeniową). Posadzki z żywic syntetycznych najczęściej układane są na podkładach z betonu, jastrychu cementowego czy asfaltobetonu.

Podkład pod żywice powinien spełniać następujące wymagania:

• podłoże musi być nośne, niepylące, bez zanieczyszczeń olejami, tłuszczami, szlamami czy innymi substancjami działającymi antyadhezyjnie,
• z podłoża należy usunąć mleczko cementowe poprzez śrutowanie, frezowanie czy piaskowanie powierzchni,
• z podłoża należy usunąć pozostałości środków ochrony powierzchniowej świeżego betonu (preparatów pielęgnacyjnych),
• wytrzymałość na ściskanie betonu podłoża powinna wynosić co najmniej 25 MPa,
• wytrzymałość na odrywanie warstwy powierzchniowej powinna być nie mniejsza niż 1,5 MPa (badanie metodą pull-off),
• wilgotność objętościowa betonu podkładu w warstwie przypowierzchniowej (ok. 1 cm) nie powinna być większa niż 4–5%.

W przypadku żywic epoksydowych czy poliuretanowych warunki przy wbudowywaniu takich posadzek są następujące:

• minimalna temperatura podłoża + 8°C,
• maksymalna temperatura podłoża +40°C,
• temperatura podłoża betonowego powinna być wyższa o 3°C od temperatury punktu rosy,
• wilgotność względna powietrza nie powinna przekraczać 75%.

Z kolei, żywice na bazie polimetakrylanu metylu (PMMA), ze względu na swoją charakterystykę i właściwości, pozwalają na wykonywanie prac izolacyjnych i modernizacyjnych w trudnych warunkach pogodowych, tam gdzie inne materiały nie mogą być aplikowane.

Szybki czas reakcji żywic PMMA, w zakresie nawet 15–18 min (w temperaturze 20°C) oraz możliwość regulacji tego czasu dozowaniem odpowiedniej ilości katalizatora, w zależności od temperatury otoczenia i wymaganego czasu, pozwalają na aplikację tych materiałów, gdy temperatura podłoża jest wyższa niż 0°C, a wilgotność powietrza nie przekracza 90%. Sprawia to, że te rozwiązania świetnie nadają się do stosowania w obiektach inżynierii komunikacyjnej, przede wszystkim tam, gdzie istotny jest krótki czas wykonania poszczególnych etapów robót i szybki postęp prac.

Warunki stosowania żywic PMMA:

• temperatura podłoża – od 0°C,
• wilgotność otoczenia – do 90%,
• wilgotność resztkowa w podłożu betonowym – do 6%.