mgr inż. Aldona Wcisło
mgr inż. Krzysztof Kuniczuk

Beton samozagęszczalny czy beton architektoniczny

Self-compacting concrete or architectural concrete



Artykuł opublikowany w materiałach konferencyjnych  The Third International Symposium on Design, Performance and Use of Self-Consolidationg Concrete, Xiamen, Chiny 2014.

STRESZCZENIE

Stosowanie betonu architektonicznego nieustannie wzrasta. Wykonywane są coraz to bardzie skomplikowane pod względem konstrukcyjnym budowle gdzie beton architektoniczny ma odgrywać wiodącą rolę w odbiorze wizualnym tych obiektów. Wraz z tym pojawia się coraz więcej problemów z wbudowaniem mieszanki betonowej, z jej zawibrowaniem co prowadzi do licznych błędów na powierzchni wykonanych elementów. Skłania to wykonawców do sięgnięcia po beton samozagęszczalny który ma ułatwić wbudowanie mieszanki i uchronić wykonawcę przed rakami, pęcherzami powietrza czy przebarwieniami. Niestety bardzo często okazuje się że uzyskiwany efekt jest gorszy niż przy standardowo zagęszczanej mieszance. Dlatego pojawiają się pytanie: czy każdy beton samozagęszczalny jest betonem architektonicznym?;  czy SCC można stosować w każdych warunkach?; co zrobić by prawidłowo wykonać elementy architektoniczne z betonu samozageszczalnego?
Referat jest próbą przedstawienia wybranych aspektów stosowania betonu samozagęszczalnego jako betonu architektonicznego oraz zaprezentowania doświadczeń związanych z wykonywaniem konstrukcji z tego materiału.   

1. WPROWADZENIE

W ostatnich latach beton architektoniczny staje się coraz bardziej popularny. Coraz częściej możemy oglądać obiekty prawie w całości wykonane przy użyciu betonu architektonicznego. Idąc za przykładem klasyków architektury betonowej współcześni architekci sięgają po beton, traktując go nie tylko jako element konstrukcyjny, lecz także jako materiał stanowiący o wizualnym odbiorze budowli. Starają się jakby wcielać w życie słowa profesora Dariusza Kozłowskiego, który twierdzi, że: „beton pozwala wciąż na ujawnianie swoich właściwości, część zachowując dla przyszłości. Być może po to, by pozostać najbardziej interesującym materiałem budowlanym jaki stworzyła współczesność, a który tę współczesność tworzy, zmieniając się w sztukę w rękach inżynierów i artystów.”

Wzrastające użycie betonu architektonicznego skłania wykonawców i dostawców mieszanki betonowej do poszukiwania sposobów wykonania coraz to bardziej skomplikowanych rozwiązań projektowanych przez architektów. Stąd coraz to powszechniejsze stosowanie betonu samozagęszczalnego jako betonu do wykonania elementów mających stanowić o wizualnym odbiorze konstrukcji.
Do niedawna w Polsce nie było żadnych zaleceń i wytycznych a tym bardziej norm dotyczących zarówno betonu samozagęszczalnego jak również betonu architektonicznego. Jednakże konsekwencją przystąpienia Polski do Unii Europejskiej była konieczność wdrożenia norm europejskich. Opracowana w Europejskim Komitecie Normalizacji norma EN 206-9 Concrete: Additional Rules for Self-Compacting Concrete (SCC), oraz normy towarzyszące dotyczące badań właściwości mieszanek samozagęszczalnych zostały również opublikowane przez Polski Komitet Normalizacji.
Wytyczne, które w pełniejszy sposób dotyczą wykonywania betonu architektonicznego samozagęszczalnego zawarte są w raporcie Europejskie wytyczne dla betonu samozagęszczalnego. Specyfikacja, produkcja i zastosowanie. Został on opracowany przez Self-Compacting European Project Group, w której skład wchodziły m.in. Europejska Organizacja Producentów Betonu Towarowego (ERMCO – The European Ready-mix Concrete Organisation) i Stowarzyszenie Producentów Cementu (CEMBUREAU – The European Cement Association). Zarówno ta publikacja, jak i szereg innych traktujących o  betonie samozagęszczalnych nie są szeroko rozpowszechnione w Polsce, co powoduje brak płaszczyzny do komunikacji pomiędzy inwestorem, projektantem, wykonawcą konstrukcji i dostawcą mieszanki betonowej.
Mimo wykonywania obiektów z betonu architektonicznego przez bardzo długi czas nie było w Polsce żadnej publikacji podającej zalecenia czy też wytyczne dotyczące wykonywania tego typu betonu. Polscy architekci najczęściej opierali się na wytycznych Markblat-Sichtbeton wydanych w Niemczech przez Federalne Stowarzyszenie Producentów Cementu. Dopiero w 2010 roku na zlecenie wydawnictwa Polskiego Stowarzyszenia Cementu została stworzona i wydana publikacja Beton architektoniczne – wytyczne techniczne.
Biorąc pod uwagę brak jednoznacznych wytycznych odnośnie betonu architektonicznego i betonu samozagęszczalnego przez długi okres w Polsce realizowano konstrukcje opierając się jedynie o metodę prób i błędów. Zmienne warunki temperaturowe w trakcie realizacji obiektów potęgowały ilość powstałych problemów co sprawiło, że beton samozagęszczalny architektoniczny jest rzadko spotykany.

2. BETON ARCHITEKTONICZNY SAMOZAGĘSZCZALNY

Mimo, że w niektórych publikacjach podane są parametry betonów samozagęszczalnych dla których można osiągnąć najlepszy wygląd powierzchni to wśród architektów, wykonawców czy nawet dostawców mieszanki betonowej w dalszym ciągu można spotkać się z utożsamianiem każdego betonu samozagęszczalnego z betonem architektonicznym.
Przez lata powtarzane twierdzenie, że z betonu architektonicznego można uzyskać elementy o mniejszej ilości wad doprowadziło do powstania w świadomości osób biorących udział w procesie budowlanym przekonania iż z betonu samozagęszczalnego zawsze uzyska się ładniejszą powierzchnię konstrukcji. Tego typu przekonanie doprowadza niestety do częstych problemów przy wykonywaniu betonu architektonicznego.

Najczęściej w specyfikacjach nie pojawiają się żadne wymagania odnoście parametrów mieszanki do wykonania betonu architektonicznego. Jeśli jednak zdarza się, że projektant jest świadomy faktu braku możliwości wykonania konstrukcji z betonu o tradycyjnej konsystencji to najczęściej jedynym zapisem, jaki zapisany zostaje w specyfikacji, jest stwierdzenie „beton architektoniczny samozagęszczalny”. Nawet gdy w specyfikacji zostanie prawidłowo określony podstawowy parametr jakim jest rozpływ nie oznacza to, że konstrukcja wykonana z betonu architektonicznego spełni wymagania stawiane betonowi architektonicznemu. Już samo utrzymanie odpowiedniej konsystencji stanowi wyzwanie. W wielu obiektach można obserwować efekty zmiany rozpływu w poszczególnych partiach mieszanki wbudowywanych w jeden element [Fot.1].

Fot. 1. Efekt wbudowania mieszanki o zbyt małym rozpływie.

Mając świadomość faktu, że rozpływ nie jest jedynym parametrem decydującym o przydatności betonu samozagęszczalnego jako betonu architektonicznego należy pamiętać o sprawdzeniu pozostałych parametrów takich jak lepkość, przepływalność i odporność na segregację [Fot. 2.] i to nie tylko na etapie projektowania mieszanki. Istotnym wydaje się sprawdzanie wszystkich parametrów mieszanki w trakcie całego procesu realizacji dostaw.

Fot. 2. Efekt niskiej lepkości i rozsegregowania mieszanki.

Duże zróżnicowanie warunków pogodowych jakie obserwujemy w Polsce, gdzie w trakcie realizacji jednej konstrukcji możemy spotkać się z betonowaniami zarówno przy temperaturze do +35oC w okresie lata czy też do -20oC w okresie zimy, sprawia, że temperatura mieszanki betonowej wacha się w granicach +5 do +35 stopni. Wpływa to za równo na efektywność superplastyfikatorów jak i na wszystkie parametry mieszanki samozagęszczalnej. Biorąc pod uwagę zmianę sposobu działania środków antyadhezyjnych w różnych temperaturach, niezwykle istotne jest ciągłe monitorowanie zachowania się mieszanki i odpowietrzania  na styku mieszanka-deskowanie.

3. WPŁYW WARUNKÓW TEMPERATUROWYCH NA MIESZANKĘ SAMOZAGĘSZCZALNĄ

Testy miały za zadanie pokazanie wpływu zmiany temperatury mieszanki betonowej na rozpływ, lepkość, przepływalność i zdolność do rozsegregowania. Do badań przyjęto temperatury mieszanki występujące najczęściej unikając warunków ekstremalnych. Badania przeprowadzono dla dwóch temperatur tj. +20oC i + 7oC.
W celu wykazania wpływu różnych temperatur deskowania mieszanki wbudowywano w deskowania umieszczone w dwóch różnych temperaturach. Również w tym przypadku zdecydowano się na pominięcie temperatur skrajnych i przyjęto do badaniach temperatury +7oC i +20oC.

4.1 Wyniki badań mieszanki betonowej

Do badania została użyta receptura o składzie: CEM I 42.5R – 300kg, mączka wapienna – 200kg, piasek 0-2 – 36%, żwir 2-8 – 20%, żwir 8-16 – 64%, superplastyfikator – 1.5% m.c., plastyfikator – 0.3% m.c., woda – do rozpływu 72-75cm.

Table 1: Parametry SCC w temperaturze +20oC

Table 2: Parametry SCC w temperaturze +7^oC

4.2 Wyniki odpowietrzenia przy powierzchni deskowania w zależności od temperatury mieszanki i temperatury deskowania

Table 3: Powierzchnia betonu przy temperaturze otoczenia +20^oC

Temperatura mieszanki 7oC	Temperatura mieszanki +20oC

Table 3: Powierzchnia betonu przy temperaturze otoczenia +7^oC

Temperatura mieszanki 7oC	Temperatura mieszanki +20oC

4. WNIOSKI

- Biorąc pod uwagę różne właściwości betonu samozagęszczalnego należy być ostrożnym przy jego stosowaniu w celu osiągnięcia powierzchni betonu architektonicznego. Parametry betonu samozageszczalnego należy dobrać do warunków pogodowych, rodzaju deskowania, sposobu podawania i efektu jaki chce się osiągnąć.
- W trakcie realizacji dostaw samozagęszczalnego betonu architektonicznego, szczególnie w okresie zmiany warunków temperaturowych i przy zmianie temperatury mieszanki, należy sprawdzać jak największą ilość parametrów mieszanki.
- Zmiana temperatury mieszanki samozagęszczalnej może wpływać na efektywność działania niektórych superplastyfikatorów a w konsekwencji prowadzić do zmiany w/c.
-  Obniżenie temperatury deskowania zwiększa ryzyko pozostawienia dużej ilości pęcherzy powietrza na powierzchni betonu architektonicznego.
- Przy zmianie warunków temperaturowych należy sprawdzić zachowanie się środków antyadhezyjnych by wyeliminować ich negatywny wpływ na odpowietrzenie powierzchni betonu.

BIBLIOGRAFIA

[1] ‘The European Guidelines for Self-Compacting Concrete. Specification, Production and Use’, (2005).
[2] ‘PN-EN 206-9 Concrete – Part 9: Additional Rules for Self-compacting Concrete ‘, (PKN, Poland, 2010).
[3] ‘Casting of Self Compacting Concrete’, (Final report of RILEM Technical Committee 188-CSC, 2006).
[4] Densymetr, J.R., ‘Barriers to The Application of Cast-in-place Self-compacting Concrete’, (5th International RILEM Symposium on Self-Compactimg Concrete, Ghent, 2007).
[5] Cussigh, F., ‘A Set of European Standards For SCC’, , (5th International RILEM Symposium on Self-Compactimg Concrete, Ghent, Belgium, 2007).
[6] ‘Merkblatt Sichtbeton’, (Deutscher Beton-und Bautechnik-Verein E.V., Bundesverband der Deutschen Zementtindustrie E.V., Köln, 2004).
[7] Bernabeu, M., ‘Form-system and Surface Quality’, (Brite-EuRam Project No. BRPR-CT96-0366, Brussels, 2000).
[8] Kuniczuk, K., ‘Beton architektoniczny – wytyczne techniczne’, (Polski Cement, Krakow, 2010).