Betonowanie w upalne dni: po wylaniu wszystko wyglądało dobrze. Konstrukcja miała jednak inne zdanie.

Związek między temperaturą betonu a naciskiem na szalunek jest często błędnie interpretowany. Powszechnie uważa się, że cieplejszy beton — charakteryzujący się krótszym czasem wiązania — oznacza mniejszy nacisk boczny na szalunek pionowy, co z czysto hydrostatycznego punktu widzenia ma w sobie ziarno prawdy: przyspieszone twardnienie masy skraca czas trwania pełnego nacisku cieczy.

Ryzyko wynika właśnie z tej złożoności. Badania przeprowadzone przez Billberga (2003) oraz Proske’a i Khayata (2005) wykazały, że choć wyższa temperatura powoduje przyspieszenie spadku ciśnienia po początkowym ułożeniu betonu, zależność ta ma charakter zdecydowanie nieliniowy i w dużym stopniu zależy od składu mieszanki, rodzaju domieszki oraz tempa układania. Mieszanka z dodatkiem opóźniacza, zastosowanym w celu przywrócenia urabialności w podwyższonych temperaturach, może – zgodnie z modelami projektowymi ACI 347 i DIN 18218 – zachowywać się praktycznie jak mieszanka o pełnej konsystencji płynnej znacznie dłużej niż mieszanka standardowa w tej samej temperaturze.

Proske i Khayat (2005), „Materiały i konstrukcje”: Wahania temperatury w świeżym betonie miały ograniczony wpływ na początkowe ciśnienie boczne, ale znacznie przyspieszyły tempo późniejszego spadku ciśnienia — co oznacza, że temperatura nie wpływa w znacznym stopniu na wartość szczytową ciśnienia podczas układania, natomiast tempo jego spadku ulega termicznemu przyspieszeniu.

W przypadku betonu samozagęszczalnego (SCC) — obecnie szeroko stosowanego przy wykonywaniu skomplikowanych konstrukcji zbrojonych — efekt ten jest wzmacniany przez naturalnie niższą granicę plastyczności mieszanki, co powoduje powstanie ciśnień zbliżonych do hydrostatycznych, niemal niezależnych od tempa układania. Standardowe równania norm ACI 347 i DIN 18218 zostały opracowane z myślą o betonie wibrowanym w sposób tradycyjny i mogą znacznie zaniżać wartości ciśnień w betonie SCC, zwłaszcza w przypadku mieszanek z dodatkiem opóźniacza, stosowanych w wysokich temperaturach.

Wybuch szalunku pozostaje jedną z najpoważniejszych i najbardziej kosztownych awarii w budownictwie — a jednocześnie jedną z tych, którym najłatwiej zapobiec, jeśli dane dotyczące ciśnienia są dostępne w czasie rzeczywistym.

Odpowiednie zagęszczenie ma zawsze kluczowe znaczenie dla jakości betonu, ale podczas betonowania w upalne dni ryzyko to wzrasta. Szybko twardniejąca mieszanka nie wybacza opóźnień lub niewystarczającego wibrowania. Efektywny zasięg działania wibratora zanurzeniowego zmniejsza się wraz ze wzrostem twardości betonu, co oznacza, że ten sam schemat wibrowania, który zapewnia pełne zagęszczenie w temperaturze 20°C, może pozostawić pęcherzyki uwięzionego powietrza w temperaturze 32°C — przy identycznym widocznym efekcie na powierzchni szalunku.

Opublikowane dane potwierdzają, że każdy dodatkowy 1% objętości uwięzionego powietrza powoduje spadek wytrzymałości na ściskanie o około 5% (ACI 309R). W przypadku elementów o niewielkim zbrojeniu jest to wada, z którą można się pogodzić; w przypadku konstrukcji sprężonych, prefabrykatów o cienkich przekrojach lub elementów infrastruktury o rygorystycznych wymaganiach dotyczących trwałości – już nie.

Szczególnym wyzwaniem jest niewidoczność. Puste przestrzenie pod lub wokół zbrojenia, w obszarach oddalonych od punktów wprowadzenia wibratorów lub za wcześniej zamontowanymi elementami są niewykrywalne aż do momentu rozebrania szalunku — wtedy wykonawca staje przed koniecznością przeprowadzenia kosztownej i wymagającej szybkiej reakcji naprawy lub, w najgorszym przypadku, oceny stanu konstrukcji. Tradycyjne metody zapewnienia jakości — kontrola wzrokowa powierzchni szalunku oraz równoległe badania próbek betonu — nie dostarczają żadnych informacji na temat wnętrza wylewki.

Współczynnik wody do cementu (w/c) jest najważniejszym parametrem decydującym zarówno o wytrzymałości, jak i trwałości stwardniałego betonu. Jest to również parametr najbardziej podatny na wpływ wysokich temperatur panujących na placu budowy — właśnie dlatego, że głównym objawem niewystarczającej urabialności jest spadek konsystencji, a najprostszym rozwiązaniem na placu budowy jest dodanie wody.

Problem łańcucha dostaw jest dobrze znany w branży betonowej. Skład mieszanki jest sprawdzany w betoniarni. Jednak beton dostarczany latem — po 20–40 minutach transportu w bębnie obracającym się z prędkością mieszania — może osiągnąć konsystencję o kilka klas niższą od wymaganej w specyfikacji. Kierowca informuje o tym operatora pompy; operator pompy powiadamia brygadzistę; a najprostszym rozwiązaniem jest użycie węża do dozowania wody.

Zarówno norma ACI 305.1-2014, sekcja 5.7, jak i norma EN 206 zabraniają dodawania wody w ilościach przekraczających określone proporcje mieszanki. W praktyce zakaz ten jest niemożliwy do wyegzekwowania bez odpowiednich pomiarów. Bez obiektywnej i szybkiej metody określania rzeczywistego stosunku wody do cementu w dostarczonym betonie przestrzeganie przepisów zależy wyłącznie od dyscypliny na placu budowy i ustnych poleceń — co stanowi zawodny mechanizm kontroli na ruchliwym placu budowy przy temperaturze 35 °C.

Ta architektura monitorowania umożliwia zasadniczą zmianę w podejściu do zarządzania jakością – przejście od zarządzania reaktywnego do proaktywnego. Tradycyjne metody – testy kostkowe, pomiary konsystencji, kontrola wzrokowa – to narzędzia diagnostyczne, które ujawniają problemy dopiero po fakcie, często dopiero po wylaniu lub obciążeniu wadliwego betonu. Monitorowanie oparte na czujnikach pozwala interweniować w trakcie procesu, kiedy korekta jest jeszcze możliwa i zanim wady zostaną utrwalone w konstrukcji.

Bibliografia i normy

1. Komisja ACI nr 305 (2020). ACI 305R-20: Wytyczne dotyczące układania betonu w wysokich temperaturach. American Concrete Institute, Farmington Hills.
2. Komisja ACI nr 305 (2014). ACI 305.1-14: Specyfikacja dotycząca układania betonu w wysokich temperaturach. Amerykański Instytut Betonu.
3. Komisja ACI nr 347 (2014). ACI 347R-14: Wytyczne dotyczące szalunków do betonu. Amerykański Instytut Betonu.
4. ASTM C1074 (2019). Norma dotycząca szacowania wytrzymałości betonu metodą dojrzałości. ASTM International.
5. DIN 18218:2010. Wytrzymałość świeżego betonu na ściskanie na pionowych szalunkach. Niemiecki Instytut Normalizacyjny.
6. EN 13670:2009. Wykonanie konstrukcji betonowych. CEN, Bruksela.
7. EN 206:2013+A2:2021. Beton — Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność. CEN, Bruksela.
8. Proske, T. i Khayat, K.H. (2005). Wpływ prędkości wylewania i temperatury betonu na ciśnienie boczne wywierane przez beton samopłynny na szalunek. Materials and Structures, 38, 1–8.
9. Saul, A.G.A. (1951). Zasady leżące u podstaw utwardzania betonu parą wodną pod ciśnieniem atmosferycznym. „Magazine of Concrete Research”, 2(6), 127–140.
10. Carino, N.J. i Lew, H.S. (2001). Metoda dojrzałości: od teorii do praktyki. Materiały z kongresu Structures 2001, ASCE.
11. Komisja ACI nr 309 (2005). ACI 309R-05: Wytyczne dotyczące zagęszczania betonu. Amerykański Instytut Betonu.