Informacje Ogólne

Otulenie zbrojenia w znacznej mierze decyduje o trwałości konstrukcji. Poprzez „trwałość konstrukcji” rozumiemy dzisiaj spełnienie wszystkich warunków użytkowalności przez cały projektowany okres użytkowania, bez większych nakładów finansowych i bez większego  obniżenia walorów estetycznych konstrukcji. Dobór otuliny zbrojenia należy uwzględnić na etapie projektowania. Ochrona konstrukcji w tym ochrona przeciwkorozyjna według EC2 powinna uwzględniać „sposób użytkowania, projektowanego okresu użytkowania, programu utrzymania oraz oddziaływań”.  Z powyższego wynika że grubość otuliny każdorazowo musi być ustalana z przyszłym użytkownikiem. Według EC2 grubość otuliny powinna być dobrana w sposób zapewniający:

  •   -bezpieczne przekazanie sił przyczepności
  •   -należyte zagęszczenie betonu
  •   -ochronę zbrojenia przed korozją

Zgodnie z tymi zaleceniami minimalna grubość otuliny powinna spełniać podane niżej warunki:

gdzie:

cmin,b - minimalna grubość otuliny zbrojenia ze względu na przyczepność,
cmin,dur - minimalna grubość otuliny ze względu na warunki środowiska,
∆cdur,γ - zwiększenie grubości otuliny ze względu na bezpieczeństwo,
∆cdur,st - zmniejszenie grubości otuliny ze względu na stosowanie stali nierdzewnej lub inne zabezpieczenia stali przed korozja,
∆cdur,add - zmniejszenie grubości otuliny ze względu na stosowanie zabezpieczenia powierzchni betonu przed korozją.

Wg EC2 ze względu na prawidłowe przekazanie sił i zapewnienie możliwości dobrego zagęszczenia betonu minimalna grubość otuliny powinna spełniać poniższe warunki:

cmin,b ≥  ø, jeżeli dg ≤ 32 mm

c min,b ≥  ø + 5 mm, jeżeli dg > 32 mm  

gdzie:

ø – średnica pojedynczego pręta
dg - maksymalny wymiar ziarna kruszywa

Minimalna grubość otuliny zbrojenia  w konstrukcji w dużej mierze zależy od klasy ekspozycji środowiska . Aby otulina spełniała swoje zadanie jako warstwa chroniąca zbrojenie przed korozją niezbędna jest analiza  środowiska pracy konstrukcji.  Analizując środowisko konstrukcji  powinno się uwzględnić szczególne działania agresywne (roztworów kwasów, karbonatyzacji, soli siarczanowych)  lub fizyczne (ścieranie, wpływ wody, wpływ temperatury).

Występujące klasy ekspozycji w zależności od warunków środowiskowych, które wpływają na grubość otuliny pokazuje tabela:

Oznaczenie klasy
Opis środowiska
Przykłady występowania klas ekspozycji
1.  Brak zagrożenia korozją i agresją chemiczną
X0
betony niezbrojone i  niezawierające innych elementów metalowych wszystkie środowiska z wyjątkiem przypadków występowania zamrażania/rozmrażania lub agresji chemicznej, bardzo suche betony zbrojone lub zawierające inne elementy metalowe
beton wewnątrz budynków o  bardzo niskiej wilgotności powietrza
2. Korozja spowodowana karbonatyzacją ( dotyczy przypadku, gdy beton zawierający zbrojenie lub inne elementy metalowe jest narażony na kontakt z powietrzem i wilgocią)
XC1
suche lub zawsze mokre
beton wewnątrz budynków o  niskiej wilgotności powietrza, beton stale zanurzony
w wodzie
XC2
mokre, sporadycznie suche
powierzchnie betonu narażone na  długotrwały kontakt z wodą, najczęściej
fundamenty
XC3
umiarkowanie wilgotne
beton wewnątrz budynków
XC4
cyklicznie mokre i suche
powierzchnie betonu narażone na kontakt z wodą, ale nie jak w klasie ekspozycji
XC2
3. Korozja spowodowana chlorkami niepochodzącymi z wody morskiej (dotyczy przypadku, gdy beton zawierający zbrojenie, lub inne elementy metalowe, jest narażony na kontakt z wodą zawierającą chlorki, w tym sole odladzające pochodzące z innych źródeł niż woda morska)
XD1
umiarkowanie wilgotne
powierzchnie betonu narażone na działanie chlorków z powietrza
XD2
mokre, sporadycznie suche
baseny, beton narażony na działanie wody przemysłowej zawierającej chlorki
XD3
cyklicznie mokre i suche
elementy mostów narażone na działanie rozpylonej cieczy zawierającej chlorki,
nawierzchnie dróg, płyty parkingów
4. Korozja spowodowana chlorkami z wody morskiej (dotyczy przypadku, gdy beton zawierający zbrojenie lub inne elementy metalowe, jest narażony na działanie chlorków  pochodzących z wody morskiej,  znajdujących się w  wodzie lub powietrzu)
XS1
narażenie na działanie soli zawartych w powietrzu, ale nie na bezpośredni kontakt z wodą morską
konstrukcje zlokalizowane na wybrzeżu lub w jego pobliżu
XS2
stałe zanurzenie
elementy budowli morskich
XS3
strefy wpływów, rozbryzgów i aerozoli
elementy budowli morskich
5. Agresywne działania zamrażania/rozmrażania bez środków odladzających albo ze środkami odladzającymi (dotyczy przypadku, gdy beton w stanie mokrym jest narażony na znaczną agresywność cyklicznego zamrażania/rozmarzania
XF1
umiarkowane nasycenie woda bez środków odladzających
pionowe powierzchnie betonów narażonych na deszcz i zamarzanie
XF2
umiarkowane nasycenie woda ze środkami odladzającymi
pionowe powierzchnie betonów konstrukcji drogowych narażonych na zamarzanie i  działanie środków odladzających z powietrza
XF3
silne nasycenie woda bez środków odladzających
poziome powierzchnie betonowe narażone na deszcz i zamarzanie
XF4
silne nasycenie woda bez środków odladzających lub wodą morską
jezdnie dróg i mostów narażone na działanie środków odladzających, powierzchnie betonowe narażone bezpośrednio na działanie aerozoli zawierających środki odladzające i zamarzanie strefy rozbryzgów w budowlach morskich narażone na zamarzanie
6. Agresja chemiczna (dotyczy przypadku, gdy beton narażony na agresję chemiczną gruntów naturalnych lub wody gruntowej w stanie mokrym jest narażony na
znaczną agresywność cyklicznego zamrażania/rozmarzania)
XA1
środowisko chemiczne mało agresywne zgodnie z tablicą 2 w [N2.8]
wg [EC] grunty naturalne i  woda gruntowa
XA2
środowisko chemiczne średnio agresywne zgodne z tablicą2 w [N2.8]
wg [EC] grunty naturalne i  woda gruntowa
XA3
środowisko chemiczne silnie agresywne zgodnie z tablicą2 w [N2.8
wg [EC2] grunty naturalne i  woda gruntowa
7. Agresja wywołana ścieraniem (dotyczy przypadku, gdy powierzchnia betonu narażona jest na obciążenia mechaniczne)
XM1
umiarkowane zagrożenie ścieraniem
posadzki i nawierzchnie eksploatowane przez pojazdy o ogumieniu pneumatycznym
XM2
silne zagrożenie ścieraniem
posadzki i nawierzchnie eksploatowane przez pojazdy o ogumieniu pełnym oraz wózki podnośnikowe o ogumieniu elastomerowym lub na rolkach stalowych
XM3
ekstremalnie silne zagrożenie ścieraniem
posadzki i nawierzchnie często najeżdżane przez pojazdy gąsienicowe, filary mostów, powierzchnie przelewów, ściany spustów i sztolni hydrotechnicznych, niecki wypadowe

Warto wskazać, że beton może zostać poddany jednocześnie działaniu kilku klas ekspozycji. Należy wtedy taką sytuację rozpatrzeć indywidualnie, zawyżając wymagania w stosunku do działania poszczególnych czynników. 

 

Minimalne wartości grubości otulenia cmin,dur (mm) wymagane ze względu na trwałość stali zbrojeniowej.

Klasa
konstrukcji
Klasa ekspozycji
X0
XC1
XC2/XC3
XC4
XD1/XS1
XD2/XS2
XD3/XS3
S1
10
10
10
15
20
25
30
S2
10
10
15
20
25
30
35
S3
10
10
20
25
30
35
40
S4
10
15
25
30
35
40
45
S5
15
20
30
35
40
45
50
S6
20
25
35
40
45
50
55

Uwzględniając wpływ ścierania należy zwiększyć grubość otuliny  cmin  o warstwę ścieralną  ∆cdev. Minimalna jej wartość wynosi:

 

  •   5 mm – klasa ścieralności XM1 (umiarkowana abrazja np. na terenach przemysłowych, gdzie używane są samochody z oponami napełnionymi powietrzem),
  •   10 mm – klasa ścieralności XM1 (ciężka abrazja np. na terenach przemysłowych, gdzie  stosowane są wózki widłowe z oponami napełnionymi powietrzem lub z pełnymi oponami gumowymi),
  •   15 mm – klasa ścieralności XM3 (ekstremalna abrazja na części terenów przemysłowych gdzie stosowane są wózki widłowe na plastikowych kołach lub na pojazdy na gąsienicach).

 

Według EC2 wymaga się zwiększenia grubości otulenia, ogólnie dla budynków ∆cdev=10 mm. Grubość cnom=cmin+∆cdev mierzona jest od ostatniego pręta metalowego, a więc od drutu wiązałkowego. EC2 zakłada pomniejszenie wartości ∆cdev jeżeli w czasie wytwarzania stosuje się system kontroli jakości to wartość ∆cdev może być mniejsza od zakładanych 10 mm, ale większa niż 5 mm. Jeżeli do kontroli są stosowane czułe przyrządy, a wadliwe produkty mogą być odrzucane, wartość ∆cdev może zostać pominięta. 

Powiększenie otuliny zbrojenia należy wykonać zawsze w sytuacji gdy powierzchnia betonu jest nierówna (pofalowana) lub ze względu na swoje walory ozdobne  (np. beton płukany) posiada zagłębienia. Wówczas powinna odpowiadać spodziewanym zagłębieniom. Otulina dla zbrojenia układanego na podbudowie z betonu (chudziaka) powinna wynosić 40 mm. Natomiast jeżeli podkładki dystansowe układane są bezpośrednio na gruncie, grubość otuliny jaką powinny zapewnić zbrojeniu wynosi 75 mm.  

Aby zapewnić właściwe otulenie zbrojenia stosuje się coraz częściej podkładki z tworzywa sztucznego, aczkolwiek w sposób przemysłowy mogą być również wykonane z zapraw betonowych (często zbrojonych włóknem szklanym) lub stali. Niezależnie od materiału z jakiego podkładki zostały wykonane, powinny spełniać następujące warunki:

 

  • muszą przenieść zadane obciążenia, a jednocześnie powinny charakteryzować się niskim stopniem sprężynowania, co powoduje że w przypadku usunięcia deskowania beton nie zostaje odrywany przez podkładkę,
  • muszą wykazywać się brakiem odkształceń pod wpływem zmiany temperatury (np. przy przyspieszonym dojrzewaniu),
  • podkładki dystansowe stosowane do betonu gdzie w trakcie eksploatacji występuje zjawisko nawilgocenia i cyklicznego zamarzania i odmarzania,  powinny wykazywać się znaczną odpornością na niskie temperatury i małą nasiąkliwością,
  • podkładki stosowane w betonach narażonych na agresywne działanie chemiczne powinny spełniać  odpowiednie wymagania, a jednocześnie ograniczyć głębokość penetracji wody po powierzchni podkładki,
  • podkładki do elementów betonowych, których powierzchnia jest eksponowana powinny charakteryzować się małym punktem podparcia co sprawia że stają się one niewidoczne w gotowym elemencie,
  • podczas dystansowania zbrojenia na miękkim podłożu (np. wełna mineralna) należy stosować podkładki o dużej powierzchni podparcia. 

 

Zaletami podkładek betonowych i betonowych modyfikowanych przy pomocy włókna szklanego jest ich duża wytrzymałość na obciążenia a jednocześnie brak odkształceń. Kolejną zaletą podkładek betonowych jest ich wysoka ognioodporność, a wykonane z właściwego betonu charakteryzują się duża mrozoodpornością i niską nasiąkliwością. Podkładki zaopatrzone w drut wiązałkowy nadają się doskonale do dystansowania zbrojenia pionowego.

Podkładki wykonane z tworzywa sztucznego przeznaczone na budowę są również bardzo odporne na obciążenia. Charakteryzują się małymi odkształceniami, a liczne klipsy sprawiają że podczas betonowania są niezwykle stabilne. Materiał z którego są wykonane jest w dużej mierze odporny na większość chemikaliów, nienasiąkliwy i mrozoodporny. Poprzez właściwe otulenie podkładki, pomimo że wykonana jest z łatwo topliwego tworzywa uzyskujemy ognioodporność całej konstrukcji. 

Podkładki wykonane ze stali służą tylko i wyłącznie do dystansowania zbrojenia strefy rozciąganej i zbrojenia strefy ściskanej. Podkładki dystansowe tego typu z racji materiału z jakiego są wykonane (stali) musza być w pełni otulone betonem a zasady otulenia tych podkładek są takie same jak dla zbrojenia.

Przed wyborem podkładki należy zapoznać się z jej właściwościami, warunkami w których pracować będzie konstrukcja, a także znać poziom obciążenia. Zasady rozmieszczenia podkładek według firmy BETOMAX mówią, że w przypadku stosowania podkładek punktowych w belkach i słupach należy przy każdej krawędzi umieścić co najmniej dwie takie podkładki, a jeśli wysokość przekracza 1 m wymagane są trzy takie elementy jak na rys.1 i rys. 2.

 

Rys 1  Rozmieszczenie podkładek punktowych w belkach

s = 0,5 m dla ømin ≤ 10mm
s = 1,0 m dla 12 mm ≤ ømin ≤ 20 mm
s = 1,25 m dla 20 mm < ømin

 

Rys.2 Rozmieszczenie podkładek punktowych w słupach

 

Jeśli mamy do czynienia z podkładkami punktowymi w płytach ich odległość nie może być większa niż:  s ≤ 500 mm. Gdy średnica prętów zbrojenia wynosi  co najmniej 16 mm to rozstaw podparcia można zwiększyć do:  s = 700 mm. W przypadku stosowania podparcia liniowego wymaga się rozstawu podparcia nie większego niż: s ≤ 500 mm przy średnicy prętów 6 mm, dla prętów o średnicy 8÷14 mm s ≤ 700 mm a dla prętów średnicy 16 mm przyjmuję się rozstaw: s = 1000 mm. 

Rys.3 Rozmieszczenie podkładek w płytach

 

 

Rys.4 Rozmieszczenie podkładek dystansowych w tarczach.

Elementy dystansowe firmy FORBUILD przy właściwym dobraniu i w zastosowaniu  w pełni spełniają powyższe zadania.

Przykład rozmieszczenia podkładek dystansowych w elemencie żelbetowym.