Wilgotność Względna Betonu: Definicja, Wpływ na Odpryskiwanie i Metody Ochrony
- Szczegóły
Według Prawa budowlanego obiekty budowlane należy projektować i budować zgodnie z zasadami wiedzy technicznej. Jednym ze źródeł tej wiedzy jest Polska Norma PN-EN 1992-1-2:2008.
Odpryskiwanie Betonu w Warunkach Pożarowych
Do dzisiaj w obiektach, w których wymagania dotyczące odporności ogniowej są znaczne, preferuje się konstrukcje betonowe. Największą wadą betonu w warunkach pożarowych wydaje się być odpryskiwanie. Odpryskiwanie to zjawisko polegające na odspajaniu się kolejnych warstw betonu pod wpływem wysokiej temperatury.
To proces rozsadzania betonu od wewnątrz, spowodowany parowaniem wody oraz wzrostem ciśnienia pary wodnej w porach wewnątrz betonu. Odpryskiwanie może mieć charakter stopniowy (łuszczenie się warstwa po warstwie) lub nagły, z uwagi na swój charakter zwany też eksplozyjnym.
Czynniki Wpływające na Odpryskiwanie
Szczegółowy opis czynników wpływających na odpryskiwanie można znaleźć m.in. w pracach Hertza (2003) oraz Liu i in. (2018). Czynniki materiałowe możemy zaś kształtować w zależności od potrzeb. Rozpoznanie czynników środowiskowych jest podstawą do określenia wymogów, które powinien spełnić beton, aby w danym środowisku zachował pożądane właściwości. Czynniki środowiskowe są niezależne od projektantki/projektanta konstrukcji. Projektantka/projektant może jednak odpowiednio kształtować czynniki materiałowe.
Polska Norma PN-EN 1992-1-2:2008 podaje cztery metody przeciwdziałania odpryskiwaniu. Zanim jednak o nich, przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo wybranym czynnikom wpływającym na odpryskiwanie.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Oddziaływanie Wysokiej Temperatury
Pierwszym z wymienionych czynników środowiskowych jest oddziaływanie wysokiej temperatury. Odpryskiwanie spowodowane jest parowaniem wody oraz wzrostem ciśnienia pary wodnej w porach wewnątrz betonu - gdy beton jest nagrzewany powoli, para wodna ma czas, by w nim migrować. Gdy oddziaływanie temperatury jest bardzo intensywne, odpryskiwanie jest bardziej prawdopodobne, z uwagi na brak odpowiednio długiego czasu na migrację wody do sąsiednich porów.
Wilgotność Względna Powietrza i Zawartość Wilgoci w Betonie
Drugim z czynników środowiskowych jest wilgotność względna otaczającego powietrza, wpływająca bezpośrednio na zawartość wilgoci w betonie. Okazuje się, że gdy wody w betonie jest mało, ciśnienie wewnątrz porów nie będzie duże, a odpryskiwanie jest mało prawdopodobne. Według PN-EN 1992-1-2:2008 beton o wilgotności do 3% wykazuje niskie prawdopodobieństwo odpryskiwania.
Wilgotność lub zawartość wilgoci w betonie to stosunek masy wody, która odparuje z badanej próbki w temperaturze 105°C, do masy wysuszonej w tej temperaturze próbki. Dodatkowe zapisy poświęcono też betonom wysokich wytrzymałości. Obszerny przegląd badań, na podstawie których zaproponowano tę graniczną zawartość wilgoci, znajduje się w pracy Khoury i Anderberg (2000).
Problem odpryskiwania pojawia się więc nie tylko w przypadku betonów wysokich wytrzymałości, ale też w przypadku betonów zwykłych, wystawionych na działanie warunków atmosferycznych, lub w konstrukcjach o zwiększonej wilgotności, takich jak garaże i parkingi podziemne, piwnice czy schrony. W przypadku garaży sytuację komplikuje fakt, że pożary samochodów charakteryzują się dużą dynamiką wzrostu. Ujmując rzecz prosto, są „intensywniejsze” niż krzywa standardowa.
Na takie czynniki, jak wilgotność betonu czy jego przepuszczalność projektant ma niewielki wpływ. Trudno wyobrazić sobie badania jednej czy drugiej cechy po wykonaniu i paromiesięcznym sezonowaniu konstrukcji - i podejmowanie na tej podstawie decyzji dotyczących konieczności zabezpieczania przed odpryskiwaniem. Z uwagi na poziom skomplikowania zjawiska odpryskiwania oraz jego losowy charakter przewidywanie go jest bardzo skomplikowane i wymaga uwzględnienia informacji, które nie są dostępne bez specjalistycznych badań stwardniałego betonu (Gawin et al. 2011).
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Metody Przeciwdziałania Odpryskiwaniu
Polska Norma PN-EN 1992-1-2:2008 podaje cztery metody przeciwdziałania odpryskiwaniu:
- Zastosowanie siatek zbrojeniowych.
- Zastosowanie betonu, dla którego eksperymentalnie potwierdzono, że w danych warunkach nie ulegnie odpryskiwaniu.
- Zastosowanie warstw ochronnych.
- Dodanie włókien polipropylenowych do betonu.
Siatki Zbrojeniowe
W PN-EN 1992-1-2:2008 siatki zbrojeniowe proponowane są jako środek do zapobiegania lub przynajmniej ograniczania odpryskiwania betonu (przyjmuje się, że głębokość odpryskiwania sięga wierzchniej warstwy zbrojenia, którą jest właśnie siatka). Zgodnie z normą powinna być wykonana z drutów o średnicy co najmniej 2 mm i stosunkowo gęstym oczku, o wymiarach 50 x 50 mm.
Dodatkowo Eurokod wymaga, aby przy odległości osiowej prętów zbrojeniowych (liczonej od lica przekroju do środka pręta zbrojeniowego) wynoszącej 70 mm i więcej stosować dodatkowe siatki zbrojeniowe. Siatki mają na celu ograniczenie odpadania większych fragmentów betonu - a w przypadku ich odspojenia - utrzymanie ich na miejscu. Dzięki temu, mimo niespełniania już roli nośnej, beton izoluje termicznie pręty zbrojeniowe, wciąż „wisząc” na siatce.
Beton Niezapalny
Polega na zastosowaniu betonu, dla którego eksperymentalnie potwierdzono, że w danych warunkach nie ulegnie odpryskiwaniu, a jej opis normowy jest bardzo ogólny. Zgodnie z normą klasyfikacyjną PN-EN 13501-2 aspekty wpływające na liczbę badań powinny obejmować np. zakres warunków oddziaływania, zamocowania, typ i poziom obciążenia oraz szczegóły konstrukcyjne.
Warstwy Ochronne
Problem rozwiązuje się tu przez użycie zewnętrznych warstw ochronnych. Przykładem mogą być płyty gipsowo-kartonowe. Innym przykładem może być tynk na siatce.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Włókna Polipropylenowe
Włókna polipropylenowe w betonie powodują zwiększenie przepuszczalności betonu podczas pożaru, dzięki czemu maleje ciśnienie pary wodnej wewnątrz porów. Efektywność włókien polipropylenowych w zapobieganiu odpryskiwaniu została wielokrotnie wykazana zarówno w badaniach materiałowych (Szymkuć i Tokłowicz 2020), jak i badaniach elementów konstrukcyjnych.
Eurokod zaleca stosowanie włókien w ilości 2 kg/m3 betonu. Włókna są najlepszą metodą zabezpieczenia przed odpryskiwaniem - ich stosowanie jest poparte wieloletnimi doświadczeniami, a w warunkach pożaru nie rodzą problemów.
Dodatkowe Aspekty
Zagadnienie to ma wiele wspólnego z pierwszym z wymienionych czynników środowiskowych - intensywnością oddziaływania pożaru. Znane są przypadki, gdy elementy zabezpieczone przeciwpożarowo ulegały awarii szybciej niż elementy niezabezpieczone. Dlaczego? W tym wypadku więcej nie znaczy lepiej. Dlatego tak istotne jest zapewnienie, aby warstwy izolacji nie odpadały przez wymagany czas.
Szczególnie zwracamy uwagę na to, że kwestie ochrony przed odpryskiwaniem najłatwiej rozwiązywać jeszcze na etapie projektu.
tags: #wilgotność #względna #betonu #definicja
