Bezdylatacyjne podkłady i posadzki

2007-05-24 17:15 dr hab. inż. Mieczysław Król, profesor Politechniki Lubelskiej

Aby uprościć wykonanie podkładów posadzkowych, można zastosować do wykonania podkładu samonaprężający się beton ekspansywny.

Informacje ogólne  
Posadzki przemysłowe wykonuje się zazwyczaj w postaci pól betonowych, oddzielając dylatacjami kolejne płyty od siebie i od konstrukcji budynku. Innym rozwiązaniem jest nacinanie ciągłego podkładu na pewną głębokość, dzięki czemu wydziela się odpowiednie pola. Rozmieszczenie i szerokość dylatacji zależy od właściwości materiałów użytych do wykonania posadzki oraz wahań temperatury i zjawisk reologicznych zachodzących w betonie.


Zmiany temperatur 
Jeżeli cała posadzka betonowa jest oddylatowana od konstrukcji obiektu i oddzielona warstwą poślizgową (funkcję tę może pełnić izolacja przeciwwilgociowa) od utwardzonego podłoża, to równomierne zmiany temperatury nie wywołują naprężeń termicznych w takim podkładzie. Przy wzroście temperatury o 20oC wydłużenie boku posadzki długości 40 m, przy pominięciu wpływu tarcia, wyniesie 8 mm. Natomiast w wyniku równomiernego skurczu tej samej płyty posadzki betonowej, jej wymiar zmniejszy się o 12,8 mm. Odkształcenia te mogą się sumować. Zatem takiej wielkości odkształcenia muszą być możliwe dzięki dylatacjom. O odległościach miedzy dylatacjami w podkładach i o deformacjach posadzek betonowych nie decydują więc zjawiska równomiernych wydłużeń lub skróceń temperaturowych i skurczowych, lecz zmiany termiczne i skurczowe zachodzące na grubości posadzek. Jedną z często spotykanych wad jest unoszenie się narożników płyt betonowych podkładów.

Deformacje podkładów 
W posadzkach o dylatowanych polach 3/3 m w trakcie pomiarów stwierdzono uniesienie naroży tych pól o 5 do 8 mm, a nawet 12 mm (w posadzkach grzewczych). Przyczyną tego zjawiska są różne warunki temperaturowo-wilgotnościowe panujące w warstwie (włóknach) górnej i dolnej posadzki betonowej. Dolne włókna są we względnie ustabilizowanych warunkach, natomiast włókna górne, stykające się ze środowiskiem zewnętrznym, znacznie się odkształcają pod wpływem zmieniających się w pomieszczeniu warunków temperaturowo-wilgotnościowych. Różnice deformacji włókien górnych i dolnych posadzki znacznie się powiększają, gdy w warstwie podkładu konstrukcyjnego (dołem) przebiegają przewody grzewcze (elektryczne, wodne). Aby uniknąć deformacji płyt i niszczenia posadzek w obrębie dylatacji, należy te zjawiska fizyczne brać pod uwagę w rozwiązaniach konstrukcyjnych podkładów.

 

rys. 1 Przekrój przez warstwy podłogi grzewczej na gruncie Oznaczenia: 1 - posadzka, 2 - podkład konstrukcyjny podłogi, 3 - przewody grzejne (kable), 4 - folia, 5 - izolacja termiczna (styropian), 6 - izolacja przeciwwilgociowa, 7 - podłoże betonowe, 8 - podsypka piaskowa, 9 - podłoże gruntowe 

Odkształcenia 
Z dylatacji temperaturowo-skurczowych w posadzkach przemysłowych rezygnuje się także dlatego, że w ich miejscu następuje szybka destrukcja spowodowana na przykład uderzeniami kół wózków transportowych. Różnice odkształceń na wysokości posadzki, występujące na dolnej i górnej powierzchni podkładów, można odnieść do obliczeniowych naprężeń termiczno-skurczowych. Unoszenia się naroży płyt wydzielonych dylatacjami w posadzce i powstawanie wygięć "nieckowych" lub "kolebkowych" płyt podkładu, można zinterpretować pod względem statycznym jako działanie momentów zginających, a zatem naprężeń w tym wypadku rozciągających w warstwie górnej podkładu. Tym bardziej, że na powierzchni górnej pojawiają się rysy skurczowe, a więc występują naprężenia rozciągające.


Metody bezdylatacyjne 

Sprężanie płyt
Żeby uniemożliwić pojawienie się rys skurczowych i termicznych, należy w podkładzie wywołać wstępne naprężenia ściskające w części górnej lub na całej grubości płyty. Takie rozwiązania stosuje się w praktyce. Podkłady można sprężać specjalnymi cięgnami (drutami, kablami, splotami). Płyty spręża się po stwardnieniu betonu. Jest to jednak dość kosztowny i skomplikowany zabieg technologiczny.

Beton ekspansywny
Aby uprościć prace, a jednocześnie spowodować sprężenie równoważące naprężenia rozciągające wywołane skurczem i różnicą temperatury, można zastosować do wykonania podkładu samonaprężający się beton ekspansywny. Wykonuje się go przy użyciu cementów ekspansywnych. Cechą charakterystyczną betonu ekspansywnego jest przyrost jego objętości zachodzący przez około 7 dni od ułożenia. Zwiększeniu objętości towarzyszy wzrost gęstości pozornej. Jeżeli w sposób mechaniczny ograniczy się możliwość swobodnego odkształcenia betonu, nastąpi jego samonaprężenie. Uzyskuje się to wtedy, gdy na przykład beton jest umieszczony w stykach pomiędzy krawędziami (czołami) płyt lub jest zazbrojony. Przy wykonywaniu podkładu z betonu ekspansywnego niezbędne jest zastosowanie w podkładzie zbrojenia ograniczającego odkształcenie swobodne betonu. Zbrojenie obliczeniowo można traktować jako zbrojenie nośne podkładu. Jeżeli cała powierzchnia podkładu zostanie oddylatowana od konstrukcji nośnej budynku jedynie na obwodzie, wartość sprężenia wstępnego (samonaprężenia betonu ekspansywnego) powinna być nie mniejsza niż wartość obliczeniowych naprężeń rozciągających od różnic skurczu i temperatury. Pod tym kątem dobiera się parametry betonu ekspansywnego i stopień zbrojenia, umożliwiające wykonanie podkładu konstrukcyjnego bez dylatacji. Podkład taki nie deformuje się. Jego samonaprężenie przeciwdziała naprężeniom rozciągającym powstającym pod wpływem różnic skurczu i temperatury na grubości podkładu.

Fibrobeton
Innym rozwiązaniem konstrukcyjnym samonaprężonych posadzek bezdylatacyjnych może być zastosowanie fibrobetonu wykonanego przy użyciu cementu ekspansywnego. W tym wypadku włókna rozproszone spełniają funkcję zbrojenia podkładu, hamującego swobodny rozwój odkształceń ekspansji, a tym samym powodują powstanie pożądanych samonaprężeń wstępnych.

Posadzki zespolone
Podkład konstrukcyjny wykonuje się w dwóch fazach. W fazie pierwszej, na odpowiednio zagęszczanym podłożu pokrytym dwoma warstwami folii,wykonuje się płyty z betonu zbrojonego o polach 3/3 m, pozostawiając niezabetonowane pasma szerokości około 40 cm. W fazie drugiej, po stwardnieniu betonu zwykłego tych płyt, pasma międzypłytowe z wypuszczonym zbrojeniem wypełnia się betonem ekspansywnym. W wyniku skurczu, płyty mogłyby ulec deformacjom. Jeżeli do wypełnienia pasm międzypłytowych użyty zostanie beton o ekspansji swobodnej 1,0%, to odkształcenie liniowe pasma będzie równe + 4 mm. Tej swobodnej ekspansji odkształceniowej przeciwdziałać będą sąsiadujące płyty posadzki. Szerokość pasm wypełnianych betonem ekspansywnym zależy od parametrów użytego cementu.
Jeżeli charakteryzuje się on małą zdolnością ekspansji, pasma muszą być szersze. Jeżeli ekspansja cementu jest wysoka, pozostawia się pasma węższe. W ten sposób nastąpi pożądane samonaprężenie. Folia ułożona na podłożu (podbudowie) ma stanowić warstwę poślizgową. Dzięki niej zmniejsza się tarcie pomiędzy podłożem betonowym a betonem ekspansywnym. Tarcie o podłoże wywołałoby zmniejszenie odkształceń, zatem naciski od ekspansji wytracałyby się na podłoże, a nie na sprężenie boczne płyt podkładu. Przyjmując do obliczeń stopień zbrojenia wynikający z oporu płyt, jako zbrojenie zastępcze o wartości łącznej p = 1,0%, wartość samonaprężenia (przy marce cementu ekspansywnego CCE 3,5) wyniesie 3,5 MPa. Wartość tego dość wysokiego samonaprężenia przeciwdziałać będzie pojawianiu się rys od naprężeń skurczowych i termicznych.

 

rys. 2 Rozmieszczenie pasm do wypełniania betonem ekspansywnym, samonaprężającym podkład konstrukcyjny podłogi bezdylatacyjnej (wymiary w mm) Oznaczenia: 1 - płyta z betonu zbrojonego, 2 - pasmo betonu ekspansywnego 

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej