Beton i morze cz. II: Beton, środowisko morskie, projektowanie, a Polska Norma PN-EN 206+A2:2021-08

Środowisko morskie i nadmorskie jest szczególnym środowiskiem pracy konstrukcji. Ze względu na trudne warunki pracy konstrukcji w środowisku związanym z wodą morską wynikające z kumulacji występowania czynników niszczących nie tylko beton, ale również zbrojenie, już na etapie projektowania powinno się dobierać odpowiednie rozwiązania i materiał. Również etap wykonania zarówno nowo wznoszonych konstrukcji, jak również naprawy już istniejących powinien być wykonywany z wyjątkową starannością i uwagą.

Jednym z etapów jest odpowiednie dobranie klas ekspozycji.

Polska Norma PN-EN 206+A2:2021-08 „Beton – Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność” definiuje 6 klas ekspozycji betonu. W normie tej, klasy betonu zostały opracowane właśnie w celu określenia oddziaływań środowiskowych związanych z różnymi warunkami oddziaływania na poszczególne elementy konstrukcji. Wśród wspomnianych 6 klas ekspozycji klasy XD1 – XD3 są bezpośrednio związane z oddziaływaniem wody morskiej. Ponieważ beton w środowisku morskim i nadmorskim może być narażony na kilka oddziaływań jednocześnie, kilka klas ekspozycji może występować dla jednego elementu konstrukcji. Przykładowy dobór klas ekspozycji w środowisku morskim obrazują rysunki nr 8-10.

Klasy ekspozycji zgodnie z PN-EN 206+A2:2021-08 dla nadmorskiej strefy brzegowej
Rys. 8 Klasy ekspozycji zgodnie z PN-EN 206+A2:2021-08 [1] dla nadmorskiej strefy brzegowej (rysunek opracowano na podstawie rys. 15 z opracowania [4]).
Klasy ekspozycji zgodnie z PN-EN 206+A2:2021-08 dla budowli: nadbrzeże
Rys. 9 Klasy ekspozycji zgodnie z PN-EN 206+A2:2021-08 [1] dla budowli: nadbrzeże (rysunek opracowano na podstawie rys. 16 z opracowania [4]).
Rys. 10 Klasy ekspozycji zgodnie z PN-EN 206+A2:2021-08 dla budowli: molo
Rys. 10 Klasy ekspozycji zgodnie z PN-EN 206+A2:2021-08 [1] dla budowli: molo (rysunek opracowano na podstawie rys. 16 z opracowania [4]).

Innym aspektem, który należy brać pod uwagę oprócz klas ekspozycji jest odpowiedni dobór betonu i jego nasiąkliwości. W związku z tym, że niszczenie betonu ma ścisły związek z jego nasiąkliwością, dąży się do stosowania betonów jak najbardziej szczelnych. Betony sprężone są betonami stosunkowo bardziej odpornymi na oddziaływanie wody morskiej, ze względu na odporność na powstawanie rys, które sprzyjają degradującym właściwościom wody morskiej i przyczyniają się do szybszego niszczenia konstrukcji. Oprócz odpowiedniego dobrania betonu, należy również zwrócić uwagę na odpowiednie zabezpieczenie powierzchni betonu. Jednak samo zabezpieczenie powierzchniowe betonu, bez odpowiedniego dobrania szczelności nie jest wystarczające. 

Niszczące działanie wody morskiej na konstrukcję żelbetową
Fot. 2 Niszczące działanie wody morskiej na konstrukcję żelbetową
Naprawa konstrukcji z wykorzystaniem wyrobów budowanych firmy Azichem
Fot. 3 Naprawa konstrukcji z wykorzystaniem wyrobów budowanych firmy Azichem
Finalny efekt prac naprawczych z zastosowaniem produktów firmy Azichem
Fot. 4 Finalny efekt prac naprawczych z zastosowaniem produktów firmy Azichem

W przypadku projektowania napraw konstrukcji pracujących w środowisku oddziaływania wody morskiej ważne jest, by stosować materiały budowlane przeznaczone i specjalnie projektowane do realizacji prac naprawczych w środowisku morskim. Jednym z producentów wyrobów budowlanych i chemii budowlanej mającym w swoim asortymencie właśnie takie materiały jest włoska firma Azichem. Stosowanie odpowiednich materiałów m.in. zapraw konstrukcyjnych z odpowiednim doborem ich parametrów i możliwości aplikacji w przypadku środowiska morskiego (wodnego) wpływa na jakość i trwałość wykonywanej naprawy.

Naprawa konstrukcji molo zniszczonej w wyniku oddziaływania środowiska morskiego z wykorzystaniem produktów firmy Azichem:

Jednym z przykładowych materiałów przewidzianym m.in. do napraw konstrukcyjnych i niekonstrukcyjnych elementów betonowych i żelbetowych jest płynna zaprawa GROUT CR posiadająca certyfikat zgodnie z norma EN 1504-3. W związku z wysoką zawartością zagęszczonych mikrokrzemianów w połączeniu z obecnością dodatków polimerowych zwiększających lepkość i zapobiegających segregacji zaprawa ta nadaje się do prac podwodnych, przy których właściwości zapobiegające wypłukiwaniu muszą zostać osiągnięte w jak najkrótszym czasie po zakończeniu robót. W przypadku tego produktu, mieszanka wysokowydajnych bardzo drobnych spoiw w połączeniu z mikrokrzemianami o właściwościach pucolanowych sprawia, że GROUT CR pod koniec procesu utwardzania jest nieprzepuszczalny dla wody i odporny na chlorki, siarczany, azotany i najtrudniejsze klasy ekspozycji: XC4, XD2, XD3, XS2, XS3, XA2. Natomiast silnie zasadowe pH i znikoma przepuszczalność dwutlenku węgla zapewniają zaprawie bardzo wysoką ochronę przed inicjacją korozji prętów zbrojeniowych.

Niszczące działanie wody morskiej na konstrukcję żelbetową
Fot. 5 Niszczące działanie wody morskiej na konstrukcję żelbetową

Przed:

Niszczące działanie wody morskiej na konstrukcję żelbetową – stan przed naprawą
Fot. 6 Niszczące działanie wody morskiej na konstrukcję żelbetową – stan przed naprawą
Niszczące działanie wody morskiej – stan przed naprawą
Fot. 8 Niszczące działanie wody morskiej – stan przed naprawą

Po:

Konstrukcja morska po wykonaniu napraw z zastosowaniem produktów firmy Azichem
Fot. 7 Konstrukcja morska po wykonaniu napraw z zastosowaniem produktów firmy Azichem
Konstrukcja morska po wykonaniu napraw z zastosowaniem produktów firmy Azichem
Fot. 9 Konstrukcja morska po wykonaniu napraw z zastosowaniem produktów firmy Azichem
Konstrukcja morska po wykonaniu napraw z zastosowaniem produktów firmy Azichem
Fot. 10 Konstrukcja morska po wykonaniu napraw z zastosowaniem produktów firmy Azichem

Przykładami innych wyrobów budowlanych przeznaczonych m.in. do realizacji robót związanych z konstrukcjami narażonymi na oddziaływanie środowiska morskiego i wody morskiej są:

W przypadku realizacji napraw konstrukcji betonowych, czy też żelbetowych w środowisku morskim, oprócz dobrania odpowiednich materiałów budowlanych, ważne jest również odpowiednie przygotowanie, oczyszczenie uszkodzonego elementu oraz zabezpieczenie naprawianego elementu przed dostępem wody w czasie realizacji napraw. Dobrą praktyką jest opracowanie w takim przypadku programu naprawczego, w którym zawarte zostaną poszczególne kroki postępowania przy realizacji planowanych robót. Niektórzy producenci wyrobów budowlanych posiadają w swoim portfolio opracowane programy naprawcze, z których możemy skorzystać w pełnym lub w częściowym zakresie. Przykładem takiego programu jest opracowanie pn. „Wzmocnienie konstrukcji żelbetowych w środowisku morskim” opracowane przez specjalistów i technologów z firmy Azichem.

Prace naprawcze filarów molo z wykorzystaniem wyrobów budowlanych firmy Azichem:

Źródła i literatura:

[1] Polska Norma PN-EN 206+A2 „Beton – Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność”

[2] „Podstawy projektowania i algorytmy obliczeń konstrukcji żelbetowych” A. Łapko, B.CH. Jensen.

[3] „Zabezpieczenie budowli przed wilgocią, wodą gruntową i korozją” H. Stankiewicz

[4] „Pełna ochrona betonu z wykorzystaniem produktów systemu Penetron. Obiekty kubaturowe i inżynierskie” Kraków 2013

[5] „Naukowcy wyjaśniają zagadkę trwałości starożytnego rzymskiego betonu” A. Popiak, historykon.pl, 5.07.2017

[6] „Naukowcy odkryli przepis na… beton, którego Rzymianie używali 2 tys. lat temu” J-P. Mauro, pl.aleteia, 3.08.2019

[7] „Antyczny beton lepszy niż portlandzki”, Rzeczpospolita, 17.08.2021, T.Nowak

[8] „Naukowiec z Indii zrealizuje swoje badania na Zachodniopomorskim Uniwersytecie Technologicznym w Szczecinie”, tu.swinoujscie.pl, 10.06.2022;

[9] „W ZUT powstanie beton zbrojony z wodą morską w składzie”, https://forumakademickie.pl/, 10.06.2022, MK

[10] Lawrence Berkeley National Laboratory: https://newscenter.lbl.gov/2017/07/03/ancient-concrete-could-teach-us-to-do-as-romans-did/

[11] Lawrence Berkeley National Laboratory: https://newscenter.lbl.gov/2013/06/04/roman-concrete/

[12] Komunikat prasowy Uniwersytetu Utah: https://unews.utah.edu/roman-concrete/

[13] „Vademecum Technologia Betonu”, karta C2 „ Korozja Chemiczna betonu”, Górażdże