Od czego zależy nośność, sztywność i trwałość konstrukcji betonowych i żelbetowych?
Dzięki swoim wielu zaletom, beton jest powszechnie stosowany w budownictwie. Dotyczy to także domów jednorodzinnych. Najwięcej betonu jest oczywiście w takich budynkach, w których cała ich konstrukcja, łącznie ze stropodachem, jest z niego wykonana. Jedynie nieco mniej jest w go domach ze ścianami murowanymi i stromym dachem drewnianym, których w Polsce buduje się najwięcej. Co ciekawe, także współcześnie budowane domy z drewna mają z betonu wykonane fundamenty i ułożony na gruncie podkład podłogi parteru.
Beton jest materiałem o dużej wytrzymałości na ściskanie. W przeciwieństwie do niej jego wytrzymałość na rozciąganie jest niewielka. Dlatego w wykonanych z betonu elementach konstrukcyjnych domu wzmacnia się zbrojeniem z prętów stalowych wszystkie te ich strefy, w których pod obciążeniem mogą wystąpić naprężenia rozciągające.
W ten sposób – dzięki zgodnej współpracy betonu i stali – powstaje kompozyt, nazywany powszechnie żelbetem. Wykonane elementy konstrukcyjne charakteryzują się nie tylko dużą nośnością i sztywnością, ale i trwałością.
Zobacz: Do czego w konstrukcjach żelbetowych stal jest potrzebna betonowi, a beton – stali?
Oprócz bardzo dobrych parametrów mechanicznych, konstrukcje żelbetowe i betonowe są całkowicie niepalne i odporne na działanie wysokiej temperatury. Dlatego w razie pożaru mieszkańcy domów z żelbetowymi stropami i schodami nie mają odciętej drogi ewakuacji.
Zobacz: Dlaczego konstrukcje z betonu – bardziej niż z innych materiałów – są odporne na ogień?
Projektowanie
Projektowanie konstrukcji żelbetowych jest trudniejsze niż stalowych i drewnianych. W przeciwieństwie bowiem do drewna czy stali, żelbet nie jest jednolity pod względem materiałowym. Dla zapewnienia odpowiedniej nośności i sztywności elementów żelbetowych ważne są więc nie tylko wymiary ich przekroju poprzecznego, ale także średnica, liczba i rozstaw prętów zbrojeniowych oraz ich kształt i rozmieszczenie.
Do tego bardzo istotne jest też takie zaprojektowanie elementów żelbetowych, by szerokość rozwarcia rys, powstających w ich strefach rozciąganych (co jest zjawiskiem naturalnym), nie przekraczała dopuszczalnych wielkości. Tylko wtedy nie będzie dochodziło do korozji otulonych betonem prętów zbrojeniowych, co mogłoby być powodem obniżenia projektowanej nośności elementów konstrukcyjnych.
Zobacz: Dlaczego konstrukcje żelbetowe nie są łatwe do poprawnego zaprojektowania i wykonania?
Żelbet jest jedynym materiałem budowlanym, który pozwala na monolityczne połączenie stykających się ze sobą poszczególnych elementów konstrukcyjnych domu. Wykorzystanie tej możliwości przez projektanta sprawia, że murowany dom staje się dużo sztywniejszy i bardziej odporny na przykład na nierównomierne osiadanie gruntu. Dlatego dobrze, jeśli jego fundamenty, ściany i stropy żelbetowe połączone są ze sobą monolitycznym szkieletem, składającym się z belek i słupów (Fot. 1).
Zobacz: Dlaczego konstrukcje monolityczne można wykonywać tylko z żelbetu?
Mieszanka betonowa
Mieszanka betonowa, z której będą wykonywane wszystkie – a więc nie tylko konstrukcyjne – elementy żelbetowe i betonowe, musi być przygotowana zgodnie z recepturą, opracowaną dla danej klasy betonu oraz wyłącznie z pewnego cementu, wyprodukowanego w cementowni. W żadnym razie nie można użyć do tego celu jakichkolwiek mieszanek cementowo-popiołowych. Nie tylko nie spełniają one wymagań normy cementowej, a ich skład jest zazwyczaj nieznany, ale przede wszystkim nie ma opracowanych żadnych receptur dla betonu, które przewidywałyby ich użycie.
Zobacz: Dlaczego do budowy domu należy używać tylko pewnego cementu?
Dlatego najlepiej, jeśli wszystkie betonowe elementy domu będą wykonywane z betonu towarowego, zamówionego w pobliskiej wytwórni i przywiezionego na budowę betonowozami (Fot. 2). Jest bowiem więcej niż pewne, że został on przygotowany z pewnego cementu, wyprodukowanego w cementowni, gdyż żadna szanująca się wytwórnia nie zaryzykuje użycia do tego celu mieszanki cementowo-popiołowej o nieznanym składzie.
Zbrojenie elementów żelbetowych
Dla nośności elementów żelbetowych bardzo ważne jest, żeby ich zbrojenie było wykonane i rozmieszczone zgodnie z projektem. Chodzi nie tylko o ich właściwą średnicę, rozstaw oraz wyprofilowanie, ale i takie ułożenie prętów na deskowaniu, by po zabetonowaniu elementów wszystkie miały otulinę odpowiedniej grubości (Fot. 3).
Betonowanie
Dla jakości elementów betonowych i żelbetowych duże znaczenie ma poprawne ułożenie mieszanki betonowej w deskowaniu (belki i słupy) lub na nim (stropy). W żadnym razie nie może dojść wtedy do rozfrakcjonowania kruszywa, polegającego na przemieszczeniu się jego większych ziaren do dolnych stref betonowanych elementów.
Bardzo ważne jest też staranne zagęszczenie świeżo ułożonej mieszanki, najlepiej za pomocą mechanicznych wibratorów wgłębnych. Tylko wtedy w wykonanych elementach nie będzie pustych, niewypełnionych betonem przestrzeni („raków”), których obecność może być przyczyną przyspieszonej korozji odsłoniętych odcinków prętów zbrojeniowych (Fot. 4), a w konsekwencji spadku ich nośności.
Zobacz: Dlaczego mieszankę betonową po ułożeniu w formie trzeba starannie zagęścić?
Pielęgnacja
Nie wystarczy zgodnie z projektem konstrukcyjnym zmontować szkielety z prętów zbrojeniowych oraz właściwie ułożyć i zagęścić mieszankę betonową w deskowaniu, by żelbetowe elementy miały projektowaną nośność i sztywność, a także były trwałe. Do tego, by tak było, konieczne jest również zapewnienie mieszance betonowej właściwych warunków do twardnienia, czyli – inaczej mówiąc – przez pierwsze dni należy starannie pielęgnować świeżo wykonane elementy.
Sposób pielęgnacji zależy od pory roku i warunków atmosferycznych. Latem trzeba świeży beton chronić przed przyspieszonym odparowywaniem z niego wody zarobowej. Najłatwiej jest to osiągnąć przez systematyczne zraszanie wykonanych elementów wodą i osłanianie ich folią budowlaną (Fot. 5).
Zobacz: Jak betonować elementy domu podczas upalnego lata?
Dużo trudniej jest zapewnić dobre warunki do wiązania cementu zimą. Gdy istnieje obawa, że w trakcie wykonywania elementów z betonu, temperatura spadnie wyraźnie poniżej zera, to trzeba zadbać by w mieszance były domieszki opóźniające wiązanie. Należy też zrobić wszystko co możliwe, by w świeżo ułożonym betonie nie zamarzła woda zarobowa.
Dlatego zaraz po wykonaniu elementów warto je czasowo „ocieplić”, na przykład przez ułożenie na nich płyt styropianowych, odpowiednio dociążonych, by nie zdmuchnął ich wiatr. Tutaj korzystną okolicznością jest to, że wiązanie cementu jest reakcją egzotermiczną, więc beton jest ogrzewany własnym ciepłem.
Zobacz: Co zrobić, gdy podczas betonowania elementów domu temperatura jest poniżej zera?
* * *
Konstrukcje betonowe i żelbetowe mają dużą nośność, sztywność i trwałość. Jest tak jednak tylko wtedy, gdy zostały one poprawnie zaprojektowane i wykonane, a do przygotowania mieszanki betonowej został użyty wyłącznie pewny cement, pochodzący z cementowni.
WIĘCEJ NA TEN TEMAT
Dlaczego bez betonu nie da się zbudować domów drewnianych?
Dlaczego ściany domów z żelbetowym szkieletem konstrukcyjnym są odporne na uszkodzenia?
Dlaczego w domach ze stropami żelbetowymi mieszkańcy mogą czuć się bezpiecznie?
Czy beton może korodować w podobny sposób jak stal?
Jak układać i zagęszczać beton w monolitycznych stropach żelbetowych?
Jak zagęścić mieszankę betonową w słupach konstrukcyjnych?
Dlaczego bardziej opłaca się zrobić grubszy strop żelbetowy zamiast silnie go zbroić?