Wytyczne do projektowania, wykonywania i oceny betonów architektonicznych mostowych

Streszczenie

Rozpoczęcie stosowania betonu mostowego architektonicznego w Polsce pokazało, że istniejące zalecenia są niewystarczające. Brak przypisania odpowiednich kategorii betonu architektonicznego do typów konstrukcji mostowych sprawia, że projektanci mają problem z zakwalifikowaniem ich do odpowiedniej kategorii, natomiast wykonawcy starają się nadinterpretowywać zapisy w celu obniżenia kosztów wykonania obiektów. Brak dokładnych wymagań na etapie przetargu powoduje, że koszty wykonania betonu architektonicznego mostowego są niedoszacowywane, a to pociąga za sobą chęć stosowania materiałów o niskiej jakości oraz wpływa na obniżenie standardu wykonania powierzchni. Rozmaicie interpretowane są również zapisy o elemencie referencyjnym oraz o odległości obserwacyjnej. Brak szczegółowych zapisów odnośnie oceny betonu architektonicznego mostowego w procesie, gdzie brak jest wiodącej roli architekta przyczyni się do wielu niejasności i konfliktów, które mogą się pojawić przy realizacji poszczególnych odcinków np. tras S3, S7, S8.

            Artykuł jest próbą uzupełnienia zapisów zawartych w publikacji Beton architektoniczny. Wytyczne techniczne według której tworzone są specyfikacje dla tego materiału. Ma na celu usprawnienie współpracy między zamawiającym, wykonawcą i nadzorem przy realizacjach związanych z wykonywaniem betonu architektonicznego mostowego.

 

1.    Wprowadzenie

Rozbudowa infrastruktury drogowej w Polsce sprawiła, że coraz częściej występuje konieczność projektowania nowych obiektów drogowych. Dodatkowo zmiana podejścia Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad do sposobu wykończenia powierzchni tych obiektów niejako zmusiła projektantów do korzystania z dostępnych na Polskim rynku publikacji traktujących o wykonywaniu betonu architektonicznego w tym do książki Beton architektoniczny. Wytyczne techniczne. Publikacja ta jednak nie odwołuje się bezpośrednio do obiektów mostowych i  nie wskazuje kierunków zastosowania betonu architektonicznego w tego typu obiektach, stąd pełna dowolność czerpania zapisów przy jego projektowaniu. Niestety, brak wskazówek sprawia, że tworzone specyfikacje są albo zbyt ogólne albo zbyt zawiłe, co prowadzi do szeregu błędów przy realizacji tego typu betonu.  

 

2. Definicje

Biorąc pod uwagę niejasności jakie powstają przy interpretacji zapisów związanych z definicjami wymagają one wyjaśnienia i komentarza.

           

Faktura –charakterystyczna powierzchnia przedmiotu zależna od właściwości tworzywa, sposobu obróbki i zastosowanych narzędzi.

Komentarz 1: każdy materiał zastosowany jako forma powoduje powstanie specyficznej dla niego faktury; wykorzystanie sklejki szalunkowej daje fakturę gładką, sklejka szalunkowa pokryta tworzywem sztucznym fakturę lekko chropowatą, a np. sklejka trójwarstwowa fakturę o wzorze drewna.

 

Element referencyjny (powierzchnia odniesienia, mock-up) – jest to element o wcześniej określonym kształcie i wymiarach, który został wykonany na terenie budowy i uznany za wzorzec przy odbiorze wykonywanych elementów z betonu architektonicznego.

Komentarz 1: elementem referencyjnym mogą być: fragment konstrukcji z betonu architektonicznego; element nie mający być wykonany z betonu architektonicznego, który po zakończeniu odbiorów betonu architektonicznego zostanie zakryty; specjalnie wykonany element nie stanowiący części konstrukcji.

Komentarz 2: element referencyjny nie musi znajdować się w bezpośredniej bliskości z ocenianym elementem wykonanym z betonu architektonicznego.

Komentarz 3: element referencyjny może być zaakceptowany warunkowo; w tym przypadku protokół odbioru elementu powinien zawierać wyszczególnione wady, których nie powinno być na betonie architektonicznym.

 

Fot. 2. Efekt zastosowania sklejki trójwarstwowej i matrycy.

 

Fot. 3. Różne rodzaje tekstury na elemencie referencyjnym.

 

Odstęp obserwacyjny – odległość, z której najczęściej użytkownicy konstrukcji będą oglądali beton architektoniczny. Stanowi ona jednocześnie odległość dokonywania oceny wizualnej wykonania betonu w trakcie odbioru konstrukcji.

Komentarz 1: odstęp obserwacyjny nie jest odległością z jakiej okresowo dokonywana jest ocena stanu konstrukcji.

Komentarz 2: odstęp obserwacyjny należy przyjąć odpowiednio:

- dla obiektów typu PDZd (przejście dolne dla małych, średnich i dużych zwierząt), przepusty, ściany oporowe: ocena z odległości min. 20 m, przy czym ocenie podlegają tylko zewnętrzne elementy obiektów.

- dla obiektów typu PG (przejazd gospodarczy): w przypadku wyodrębnionego ciągu pieszego – z osi ciągu pieszego, a w przypadku zaś jego braku – z osi poprzecznej konstrukcji (przęsła).

- dla wiaduktów: w przypadku wydzielonego ciągu pieszego – z osi ciągu pieszego, a w przypadku zaś jego braku – z osi poprzecznej konstrukcji (przęsła).

- dla mostów: z krawędzi brzegu przeszkody wodnej, ale z odległości nie większej niż 20 m.

 

3. Kategorie betonu architektonicznego

 

W związku z powyższym wydaje się najbardziej celowym przypisanie jakości powierzchni betonu architektonicznego do trzech kategorii: o małych, średnich i wysokich wymaganiach. Szczegółowe wytyczne dotyczące tekstury, porowatości, równości zabarwienia, konieczności wykonania powierzchni próbnej, kategorii deskowania (jego jakości) oraz kosztów wykonania odnośnie poszczególnych kategorii betonu podano w Tabeli 1.

 

Tabela 1. Kategorie betonu architektonicznego dla obiektów mostowych

 

Tekstura*

 Porowatość*

Równomierność

zabarwienia*,**

Pow. próbna

 

Kategorie deskowania***

Koszty

Małe wymagania

  BA1****

Obiekty typu PDZd i PG (bez ciągu pieszego), przepusty, ściany oporowe

T1

P1

RZ1

dowolny wybór

KD1

niskie

Średnie wymagania

   BA2****

Obiekty typu PG (z ciągiem pieszym), wiadukty, mosty

T2

P2

RZ2

Zalecana

KD2

średnie

Wysokie wymagania

   BA3****

Kładki i inne obiekty inżynierskie w miejscach reprezentacyjnych (np. centra miast)

T3

P3

RZ3

Wymagana

KD3

wysokie/bardzo wysokie

* Te wymogi/cechy zostały omówione szerzej w Tabeli 2.

** Ogólny wygląd konstrukcji, istniejących lub nieistniejących różnic w odcieniu kolorystyki, można ocenić przeważnie po dłuższej żywotności konstrukcji (przynajmniej po kilku tygodniach).

*** Patrz: tabela 3.

**** Wymagane zabezpieczenie powierzchni środkiem antygraffiti.

 

Fot. 4. Zabrudzenie powierzchni przez malunki graffiti.

 Tabela 2. Wymagania dotyczące powierzchni betonowych architektonicznych uzyskiwanych w wyniku deskowania

Tekstura, styk elementów deskowania

 

T1

- w dużej mierze zamknięta powierzchnia z zaczynu cementowego (ewentualnie zaprawy),

- zaczyn cementowy/zaprawa występujące w złączach elementów deskowania nie powinny być większe niż: szerokość do ok. 20 mm i głębokość do ok. 10 mm,

- dozwolony odcisk ramy elementu deskowania.

T2

- w dużej mierze jednorodna i zamknięta powierzchnia betonowa,

- zaczyn cementowy/zaprawa występujące w złączach elementów deskowania nie powinny być większe niż: szerokość do ok.10 mm i głębokość ok. 5 mm (Fot. 1),

- dozwolony odcisk ramy elementu deskowania.

Dodatkowe wymagania:

- zapewnić ten sam rodzaj deskowania i jego przygotowania,

- zapewnić czystość deskowania oraz równe nałożenie środka antyadhezyjnego,

- należy ustalić sposób uszczelnienia styków deskowania,

- należy ustalić rodzaj wkładek dystansowych,

- zaleca się stosować te same płyty deskowań,

- zaleca się przygotowanie powierzchni próbnej.

T3

-gładka, zamknięta i w dużej mierze jednorodna powierzchnia betonowa

- zaczyn cementowy/zaprawa występujące w złączach elementów deskowania nie powinny być większe niż: szerokość do ok.3 mm,

- dalsze wymogi odnośnie np. złącz deskowania, odcisku ramy, należy szczegółowo ustalić.

Dodatkowe wymagania:

- jak dla T2,

- konieczne jest szczegółowe zaprojektowanie deskowania (styki, uszczelnienia, rozmieszczenie blatów itd.),

- należy chronić deskowania przed wpływem warunków atmosferycznych,

- zaleca się ustalić krótki odstęp od montażu dekowania do betonowania,

- należy określić wytyczne do wykonania szczelin roboczych (listwa trapezowa, szczelina łącząca itd.),

- należy sporządzić instrukcję wykonania,

- należy zapewnić ochronę wykonanym elementom (zabezpieczenie naroży, ochrona przed zabrudzeniem).

Porowatość

P1

- maksymalna liczba porów (w mm ²) - ok. 3000.

P2

- maksymalna liczba porów (w mm ²) - ok.1500.

Dodatkowe wymagania:

- sprawdzić wzajemne oddziaływanie rodzaju betonu, środka antyadhezyjnego i deskowania,

- należy zapewnić ten sam rodzaj i przygotowanie deskowania,

- należy zapewnić czystość deskowania i równomierne nałożenie środka antyadhezyjnego,

- zaleca się przygotowanie powierzchni próbnej

P3

- maksymalna liczba porów (w mm ²) ok.750**

Dodatkowe wymagania:

- jak dla P2,

- należy wykluczyć zmianę składu betonu,

- należy wykluczyć stosowanie wody i kruszywa z recyclingu,

- zaleca się przygotowanie co najmniej 2 powierzchni próbnych

Równomierność zabarwienia

RZ1

- zmiana zabarwienia na odcień jasny/ciemny jest dopuszczalna

- rdza i brudne zacieki są niedopuszczalne;

RZ2

- równomierne, wielkopowierzchniowe zmiany odcienia na jasny/ciemny są dopuszczalne,

- rdza i brudne zacieki są niedopuszczalne,

- różne rodzaje powierzchni deskowania (różne sklejki)  jak również różnego rodzaju materiały wykończeniowe, są niedopuszczalne.

- dopuszczalna zmiana barwy powierzchni w wyniku zastosowania środka antygraffiti;

- ze względu na różny wpływ środków antygraffiti na barwę wymagana akceptacja rodzaju środka przed jego zastosowaniem.

Dodatkowe wymagania:

- należy ustalić czas mieszania betonu na co najmniej 60 sekund,

- należy przewidzieć wykonanie większej ilości powierzchni próbnych.

 

RZ3

- wielkopowierzchniowe zmiany zabarwienia, spowodowane różnego rodzaju materiałami wykończeniowymi, różnorodne rodzaje powierzchni deskowania oraz

- różna końcowa obróbka betonu dopuszczalna po akceptacji zmawiającego,

- niewielkie zmiany zabarwienia są dopuszczalne,

- rdza, brudne zacieki, wyraźnie widoczne poszczególne warstwy układanej mieszanki, jak również zmiany w zabarwieniu są nie dopuszczalne,

- konieczny jest wybór specjalnego i właściwego środka adhezyjnego.

- dopuszczalna zmiana barwy powierzchni w wyniku zastosowania środka antygraffiti;

- ze względu na różny wpływ środków antygraffiti na barwę wymagana akceptacja rodzaju środka przed jego zastosowaniem.

Dodatkowe wymagania:

- tak, jak dla RZ2,

- należy uwzględnić zmianę czasu rozdeskowania wynikającą z różnych warunków atmosferycznych,

- zaleca się tak zaplanować rozmieszczenie zbrojenia, aby uniemożliwić zetknięcie się buławy wibracyjnej z deskowaniem i zbrojeniem,

- należy przewidzieć miejsca zrzutu mieszanki do deskowania w równych odstępach,

- geometria elementów konstrukcji i układ zbrojenia musi pozwalać na szybki proces betonowania,

- należy zachować w/c na poziomie + 0.02 lub zachować konsystencję z dokładnością do + 20 mm.

 

Uwaga! Nawet przy największej dbałości i zachowaniu zasad nie da się całkowicie uniknąć zmian odcienia betonu.

*Powierzchnia porów o średnicy Ø w granicach 2mm < Ø <15 mm.

**Powierzchnia porów na standardowej powierzchni kontrolnej o wymiarach 500 mm x 500 mm.

*** W przypadku stosowania deskowania chłonnego należy przyjąć maksymalną powierzchnię porów odpowiednio na poziomie P1 – do 3000mm2, P2 – do 2000mm2, P3 – do 1000mm2.

 

Fot. 5. Słupy zabezpieczone folią niestykająca się z powierzchnią betonu.

 

Tabela 3. Kategorie deskowania.

 

 

KD1

KD2

KD3

(duże prawdopodobieństwo jednorazowego użycia deskowania)

Otwory wiercone

dozwolone

dozwolone do napraw

niedozwolone

Otwory po gwoździach i śrubach

dozwolone

dozwolone bez odprysków

dozwolone jako miejsca napraw  po uzgodnieniu ze zleceniodawcą

Uszkodzenie deskowania w wyniku działania wibratora pogrążalnego

dozwolone

niedozwolone/dozwolone po uzgodnieniu ze zleceniodowcą

niedopuszczalne

Zadrapania

dozwolone

dozwolone jako miejsca napraw*

Dozwolone jako miejsca napraw  po uzgodnieniu ze zleceniodawcą

Resztki betonu

dopuszczalne w zagłębieniach (otwory po gwoździach, kratery itd.) bez przylepionego powierzchniowo betonu

niedozwolone

niedozwolone

Zaczyn cementowy

dozwolone

niedozwolone

niedozwolone

Małe fałdki, pomarszczenia sklejki, znajdujące się w obszarze wiercenia, gwoździowania

dozwolone

niedozwolone/dozwolone po uzgodnieniu ze zleceniodawcą

niedozwolone

Miejscowe naprawy

dozwolone

dozwolone

niedozwolone/dozwolone po uzgodnieniu ze zleceniodawcą

Powierzchnia próbna

dowolna

zalecane wykonanie

wymagane wykonie

 

 

3. Rola projektanta/specyfikującego

Stworzenie odpowiednich wytycznych w przypadku wykonywania betonu architektonicznego jest podstawą jego prawidłowego wykonania. 

W celu przeprowadzenia prawidłowej wyceny kosztów wykonania betonu architektonicznego w projekcie muszą zostać podane szczegółowe wytyczne dotyczące końcowego wyglądu powierzchni. Wymagania należy ograniczyć do najistotniejszych cech. Oprócz wybrania z tabeli 1 odpowiedniej kategorii betonu, należy podać tylko te cechy powierzchni, które będą miały wpływ na wycenę wykonania i  wygląd konstrukcji. W przypadku architektonicznych betonów mostowych mogą to być: dopuszczalna szerokość rozwarcia rys, układ blatów, dopuszczenie lub nie do uwidocznienia pionowych i poziomych połączeń blatów, sprecyzowanie rodzaju poszycia deskowania (np. deski oheblowane, deski nieoheblowane, płyty trójwarstwowe, sklejka szalunkowa pokryta żywicą fenolową, matryce z tworzywa sztucznego).   Szczegółowe wytyczne odnośnie składu betonu, obróbki i pielęgnacji powinny zostać zapisane tylko wtedy, gdy mają istotny wpływ na efekt końcowy.

Na etapie projektowania przyczółków należy przewidzieć możliwość wystąpienia zarysowań termiczno-skurczowych. Naprawa rys w tych elementach wykonanych w technologii betonu architektonicznego jest niezwykle kłopotliwą, naprawy metoda iniekcji są zazwyczaj widoczne na powierzchni betonu. Bardzo często, zastosowanie zmiany cementu portlandzkiego na cement hutniczy nie zapobiega powstawaniu rys, a jedynie ogranicza ich długość lub szerokość rozwarcia. Na etapie projektowania należy rozważyć zastosowanie przerw technologicznych w celu ograniczenia spękań termiczno-skurczowych.

 

Fot. 6. Rysy na powierzchni przyczółka.

 

Fot. 7. Zabezpieczenie górnej powierzchni przyczółka.

 

Fot. 8. Zabezpieczenie przyczółka folią bąbelkową

 

4. Wskazówki dotyczące zapewnienia jakości

 Ze względu na brak w procesie projektowania i wykonywania dominującej roli architekta niezwykle istotne jest powołanie zespołu składającego się z przedstawicieli zamawiającego (GDDKiA), nadzoru i wykonawcy. Taki zespół będzie w stanie wypracować odpowiedni sposób przebiega całego procesu powstawania betonu architektonicznego mostowego.

Wykonywanie i ocena betonu architektonicznego mostowego jest zjawiskiem nowym na polskim rynku budowlanym dlatego wydaje się być koniecznym przewidzenie szkolenia wszystkich osób biorących udział w procesie.

Wszelkie prace naprawcze powinny być prowadzone dopiero po ustabilizowaniu kolorystyki betonu, a więc w okresie dodatnich temperatur i po minimum dwóch miesiącach od wykonania betonu.

W celu zminimalizowania widoczności wszelkiego typu napraw należy dobrać kolorystykę zapraw naprawczych, przeprowadzić naprawę w miejscu niewidocznym i dokonać jej oceny po dwóch tygodniach od wykonania. Dopiero po akceptacji próbnej naprawy można przystąpić do naprawy właściwych elementów.

 

5. Ocena

Zespół składający się z przedstawicieli zamawiającego, nadzoru i wykonawcy powinien odpowiadać również za ostateczną ocenę wykonania betonu architektonicznego. Brak architekta, który mógłby rozsadzić czy wygląd betonu jest akceptowalny może prowadzić do nie przeprowadzania oceny wizualnej i skupienia się na szczegółach, które są bliższe analizie inżynierskiej. Dlatego ocena wizualna powinna być prowadzona  przez komisję, a akceptacja wizualna przyjmowana większością głosów. Tego typu podejście jest jedynym sposobem na uwzględnianie odstępu obserwacyjnego w procesie oceny i  na przeprowadzenie oceny wizualnej. Ten proces powinien być prowadzony po zakończeniu wszystkich prac towarzyszących, mających wpływ na wizualną stronę elementów architektonicznych.

 

6. Podsumowanie

Od jakości powierzchni betonu architektonicznego można oczekiwać wiele. Jednak jego wykonanie uzależnione jest od szeregu czynników, dlatego konieczne jest bardzo staranne sprecyzowanie wymagań stawianych wykonawcy. Pozwoli to nie tylko na właściwą wycenę kosztów wykonania, ale również na prawidłowe przygotowanie się i przeprowadzenie tego skomplikowanego procesu, jakim jest wykonanie betonu architektonicznego, przez każdą ze stron biorących w nim udział.

Oczywiście poruszone powyżej kwestie nie wyczerpują tematu dotyczącego wykonywania betonu architektonicznego, jednakże w swoim ograniczonym zakresie pozwalają na wypracowanie zdecydowanie bardziej inżynierskiego podejścia do przygotowania tego coraz bardziej dekoracyjnego materiału, jakim staje się beton.

 

[1] „Sichtbeton. Exposed Concrete“, Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V., Berlin 2004, 2008.

[2] F. Huber, „Sichtbeton“, Zement + Beton Handels und Werbe GmbH, Ostereichsche Zement Industrie, Ostereichische Betonvereines, Wien 1995.

[3] ÖNORM B 2211, „Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonarbeiten – Werkvertragsnorm“, Austrian Standards plus GmbH, Wien 1998.

[4] Christian Hofstadler, „Schalarbeiten. Technologishe Grundlagen, Sichbeton, Systemauswahl, Ablaufplanung, Logistik und Kalkulation“, Gratz 2008.

[5] ACI 303R-04, „Guide to Cast-in-Place Architectural Concrete”, American Concrete Institute, USA 2004.

[6] „Plain Formed Concrete Finishes”, Concrete Society, GB1999.

[7] „Visual Concrete – Design and Production”, British Cement Association, GB1998.

[8] „Specification and Production of Concrete Surface Finishes”, Cement & Concrete Association of New Zealand, 1989.

[9] AS 3610-1995 „Formwork forConcrete”,Standards, Australia 1995.

[10] CCAA T57, „Guide to Off-form Concrete Finishes”, Australia 2006.

[11] SNZ NZS 3114, „Specification for Concrete Surface Finishes”, Standards, New Zealand 1987.

[12] K. Kuniczuk, „Beton architektoniczny. Wytyczne techniczne“, Polski Cement, Kraków 2010.