porady i konsultacje budowlane

Strona wykorzystuje cookies w celach statystycznych oraz poprawnego działania serwisu.
Zapoznałem się z Regulaminem Serwisu BDB.
projektuj i buduj bez błędów!

prawdy i mity - czyli co mówi fizyka budowli

Jerzy Bogdan Zembrowski

dział 708
temat nr 012

Co gryzie beton w gruncie?


Wielu sądzi, że beton jest materiałem niezniszczalnym - czyli wiecznym. O ile taki mit można zrozumieć wśród zwykłych zjadaczy chleba, bo ich wiedza opiera się głównie na kolorowych pismach, portalach reklamowych oraz wieściach zaczerpniętych z for internetowych, to niestety są inżynierowie budownictwa i architekci, którzy te fałszywe informacje podzielają, a często też i rozpowszechniają.

 

Przyjrzyjmy się zatem zjawiskom i reakcjom chemicznym i fizycznym zachodzącym w betonie a dokładniej w jego komponentach, gdy beton znajduje się poniżej poziomu terenu, np. tworząc ławy, stopy, płyty czy fundamenty.

 

Woda opadowa przesączająca się przez grunt zawiera w sobie pewną ilość gazów kwaśnych, które wchłania na skutek kontaktu cząstek wody z gazami zawartymi w powietrzu takimi jak: dwutlenek węgla CO2, dwutlenek siarki SO2 czy dwutlenek azotu NO2. Największy udział procentowy w powietrzu stanowi CO2 i dlatego jego najwięcej znajduje się w wodzie deszczowej. Ponieważ woda taka daje odczyn kwaśny, to potocznie używa się pojęcia „kwaśne deszcze”. Jeśli w pory betonu dostanie się taka kwaśna woda, a uczyni to z łatwością na skutek zjawiska podciągania kapilarnego (patrz: rozdział 2.5.3.w książce), to tam dochodzi do ługowania najważniejszego składnika stwardniałego zaczynu cementowego, jakim jest wodorotlenek wapnia Ca(OH)2, który jest niezbędny do zachowania stabilności struktury betonu. Ługowaniu wodorotlenku wapnia sprzyja fakt, iż jest on bardzo łatwo rozpuszczalny w wodzie. Zatem, jeśli dojdzie do dłuższego kontaktu betonu z wodą, Ca(OH)2 rozpuszcza się w niej i wypływa do gruntu - najpierw z warstw skrajnych betonu, a potem z coraz głębszych. Jeśli woda przesącza się przez beton, ługowanie wodorotlenku wapnia odbywa się w całym przekroju betonu. Zjawisko to nosi nazwę korozji ługującej beton i odbywa się w następujących po sobie etapach:

  1. ługowanie Ca(OH)2 zawartego w betonie,
  2. hydroliza krzemianów (trójwapniowych i dwuwapniowych) wchodzących w skład klinkieru portlandzkiego - z wydzielaniem Ca(OH)2, który jest także ługowany,
  3. rozkład pozostałych związków stwardniałego zaczynu cementowego, których stabilność ulega zachwianiu na skutek ubytku Ca(OH)2.

Korozja ługująca jest niezwykle groźna, gdyż efektem jest szybka utrata wytrzymałości betonu. Tu mamy pewien paradoks, gdyż im woda kontaktująca się z betonem jest czystsza, tym szybkość korozji ługującej jest większa, bowiem woda taka ma największą zdolność do rozpuszczania Ca(OH)2. Tu obalam kolejny mit - jakoby czysta woda w gruncie jest bezpieczna dla betonu, co słyszy się często od inżynierów piastujących funkcję Kierownika Budowy a usprawiedliwiających brak hydroizolacji ław i fundamentów z powodu "przepuszczalnego gruntu" (piaski i żwiry) oraz braku agresywnej wody gruntowej "a tylko najwyżej deszczu". Im słabszy jest beton, tym szybkość ługowania jest większa. Ten fakt każe poddać w wątpliwość stosowanie betonów podkładowych niskiej klasy - często pogardliwie nazywanych „chudziakami”, co potocznie ma oznaczać, że chudziak może być wykonany z byle jakiego betonu a nawet gruzobetonu.

 

Podczas stykania się betonu z wodami o odczynie kwaśnym, dochodzi do destrukcyjnych reakcji chemicznych kwasów lub kwaśnych roztworów soli ze składnikami betonu. Zjawisko takie nosi nazwę korozji kwasowej betonu. Kwasy nieorganiczne, takie jak: solny HCl, azotowy HNO3, siarkowy H2SO4 oraz kwasy organiczne, jak np.: octowy CH3COOH rozpuszczone w wodzie - reagują z wodorotlenkiem wapnia Ca(OH)2 oraz krzemianami wapnia 3CaO.SiO2 i 2CaO.SiO2, a także z glinianem wapnia 3CaO.Al2O3 - Efekt 
korozji ługującej betonuwchodzącymi w skład klinkieru portlandzkiego (głównego składnika cementu) - tworząc łatwo rozpuszczalne w wodzie związki - takie jak: chlorek wapnia CaCl2 i siarczan wapnia CaSO4. Są one szybko ługowane w warunkach wilgoci otaczającej beton. Korozja kwasowa betonu jest równie groźna, bo ma szybki przebieg i w tempie kilkunastu lat niszczy każdy beton i stal zbrojeniową w nim zawartą.

 

W wodach gruntowych występuje dwutlenek węgla w postaci węglanu wapnia CaCO3, węglanu magnezu MgCO3, kwaśnego węglanu wapnia Ca(HCO3)2, kwaśnego węglanu magnezu Mg(HCO3)2, a także jako wspomniany wyżej wolny CO2. Na skutek kontaktu Efekt 
korozji kwasowej betonu.takiej wody z betonem występuje najpierw reakcja chemiczna powstawania węglanu wapnia (patrz: równanie 2.6.-3 w książce), a następnie oddziaływanie dwutlenku węgla tworzące kwaśny węglan wapnia (patrz: wzór 2.6.-8). Ten zaś, jest łatwo rozpuszczalny w wodzie i przez to jest szybko ługowany z betonu - prowadząc do przyśpieszonego jego niszczenia. Ten mechanizm nosi nazwę korozji kwasowęglanowej - równie niebezpiecznej jak poprzednie.

 

W wodach gruntowych występują także sole magnezu w postaci siarczanu magnezu MgSO4 lub chlorku magnezu MgCl2, które silnie oddziałują na wodorotlenek wapnia Ca(OH)2  wchodzący w skład klinkieru portlandzkiego - tworząc wodorotlenek magnezu (patrz: wzory 2.6.-9 i 2.6.-10). Powstający wodorotlenek magnezu Mg(OH)2 wprawdzie jest trudno rozpuszczalny w wodzie, ale nie ma żadnych własności wiążących w zaczynie cementowym, co prowadzi do znacznego osłabienia betonu z powodu zamiany silnego wodorotlenku wapnia na bezwartościowy wodorotlenek magnezu. Dodatkowo, gips CaSO4 powstający w tej reakcji, jest przyczyną niszczącej korozji siarczanowej betonu, o której niżej. Powstający chlorek wapnia CaCl2  jest także łatwo rozpuszczalny w wodzie i bez trudu jest wypłukiwany z betonu na zasadzie korozji ługującej. Te zjawiska noszą nazwę podwójnej wymiany jonów w betonie i są wobec niego niezwykle szkodliwe.

 

Wspomniana korozja siarczanowa polega na niszczącym działaniu soli siarczanowych znajdujących się w wodach gruntowych - szczególnie na terenach uprzemysłowionych. Gdy na beton oddziałuje kwas siarkowy H2SO4  lub jego sól 2NaSO4 wówczas zachodzą reakcje, w wyniku których powstaje siarczan wapnia CaSO4 - czyli gips (patrz: reakcje 2.6.-11 i 2.6.-12). Gips, zaś krystalizuje w kontakcie z wodą zwiększając swoją objętość 1,3 razy - rozsadzając przy tym lokalną strukturę betonu. Ponadto, gips może wchodzić w reakcję z glinianem trójwapniowym 3CaO.Al2O3  dając w efekcie etryngit, który krystalizuje w postaci igieł powiększając objętość aż 2,27 razy - silnie rozsadzając lokalną strukturę betonu.

 

Jeśli w gruncie znajdą się oleje i tłuszcze - wejdą w reakcje z Ca(OH)2  tworząc mydła wapniowe, które silnie osłabiają wytrzymałość betonu. Jeśli z betonem będą kontaktować się ścieki lub pozostałości z odchodów (np. zwierzęcych), dojdzie do utlenienia siarkowodoru przez bakterie i powstanie kwas siarkowy - silnie wywołujący korozję siarczanową betonu - szczególnie w strefach tuż pod poziomem terenu, gdzie zwykle występują dobre warunki do tlenowego rozwoju bakterii.

 

Jasne jest, że wymienione tu mechanizmy destrukcji betonu nie występują pojedynczo, lecz równolegle i w zespoleniu - na siebie silnie przy tym oddziałując. W miejscach, gdzie beton uległ pęknięciu lub gdzie powstały rysy skurczowe, otwory po ściągach  albo zbyt słabe zagęszczenie mieszanki podczas jej układania w szalunkach, albo na styku przerwy w betonowaniu - destrukcja betonu, a także stali - ulega znacznemu przyśpieszeniu - na skutek zwiększenia powierzchni oddziaływania oraz dostępu tam tlenu.

 

Dodatkowym zjawiskiem niszczącym beton jest powstawanie lodu, bowiem ten zwiększa swoją objętość o 8-9% i silnie rozsadza przy tym od środka strukturę betonu - doprowadzając do powierzchniowego wykruszenia masy, potem odłamów, a na koniec zamieniając beton w kupę gruzu (patrz: rozdział 2.7.4. w książce).

           

Wniosek

Dlatego, dla ochrony betonu znajdującego się w gruncie przed destrukcją, należy przestrzegać zasad fizyki budowli w zakresie: rodzaju cementu i kruszywa, odpowiednich dodatków i domieszek, rodzaju zbrojenia, grubości otuliny oraz technologii układania, zagęszczania i pielęgnacji betonu. Jednakże, najważniejsze jest nie dopuszczenie wody i jej roztworów do struktury betonu. Uzyskać to można poprawnie projektując i rzetelnie wykonując hydroizolację, np. z grupy hydroizolacje polimerowo-bitumiczne bezrozpuszczalnikowe czy z grupy hydroizolacje polimerowo-cementowe flex i wiele innych (patrz: rozdział 1.9. w książce - szczególnie schematy 1.9.-3 oraz 1.9.-9). Schematy te powinien mieć w pamięci każdy architekt projektujący budynki, każdy wykonawca i każdy kierownik budowy oraz inspektor nadzoru. Powinien je mieć na uwadze każdy inwestor, którego nachodzą pomysły, by zaoszczędzić na hydroizolacjach, bo przecież „betonu nic nie zniszczy, a beton nie nasiąka wodą”. Nasiąka i to całkiem łatwo, a ławy i fundamenty nie są zagłębione w gruncie przez rok czy dwa, a przynajmniej dziesiątki lat.



Przykład błędu zastosowania folii zamiast szalunku i rezygnacji z hydroizolacji fundamentu.
Jerzy Zembrowski

Przykład błędu wylewania betonu zwykłego wprawdzie w szalunku, ale bez warstwy betonu podkładowego.
Jerzy Zembrowski

Przykład błędu wykonywania ławy bez betonu podkładowego oraz błędu zbrojenia opartego na gruncie.
Jerzy Zembrowski

Przykład błędnego wykonywania ław w szalunkach, ale bez betonu podkładowego - wprost na rozmiękniętej glinianej brei.
Jerzy Zembrowski

Przykład błędnej rezygnacji z hydroizolacji ław na rzecz wyłożenia szalunków folią PE.
Jerzy Zembrowski

Przykład wykonywania płyty betonowej podszybia windy - bezpośrednio na gruncie (bez betonu podkładowego).
Jerzy Zembrowski

Przykład błędnego wykonania zbrojenia bezpośrednio na zlodowaciałym gruncie - stan na 5 minut przed wylaniem betonu.
Jerzy Zembrowski

Przykład błędu przyklejenia okładziny z płyt granitu bezpośrednio na fundamencie - z pominięciem hydroizolacji. Wilgoć przenika z betonu fundamentu do płyt granitu - ponoć nienasiąkliwego.
Jerzy Zembrowski

Przykład błędów podczas wykonywania postumentu pod schody wejściowe. "Hydroizolacja" w postaci emulsji bitumicznej - w dodatku rozcieńczonej wodą w celach oszczędnościowych.
Jerzy Zembrowski

Przykład błędu w postaci wykonania "hydroizolacji" z emulsji bitumicznej na fundamencie z bloczków. Woda opadowa przenikła przez fundament jeszcze podczas budowy.
Jerzy Zembrowski

Przykład skutku błędnie wykonanej "hydroizolacji" podłogi parteru z folii PE oraz "hydroizolacji" fundamentu z emulsji bitumicznej.
Jerzy Zembrowski

Przykład skutków błędnie wykonanego posadowienia schodów wewnętrznych betonowych bezpośrednio w gruncie - bez hydroizolacji betonu.
Jerzy Zembrowski

Przykład skutków braku hydroizolacji ławy i fundamentu w piwnicy.
Jerzy Zembrowski

Przykład skutków błędu wykonania "hydroizolacji" emulsją bitumiczną fundamentu murowanego z bloczków betonowych.
Jerzy Zembrowski

Przykład błędu wykonania "hydroizolacji" emulsją bitumiczną fundamentu murowanego z bloczków betonowych.
Jerzy Zembrowski

Przykład skutków błędnego wykonania "hydroizolacji" fundamentu monolitycznego za pomocą emulsji bitumicznej.
Jerzy Zembrowski

Przykład efektów braku hydroizolacji ław i fundamentu - pęka fundament i ściany - po 40 latach użytkowania.
Jerzy Zembrowski
patrz także: błędy projektowe błędy wykonawcze fizyka budowli fundamenty posadowienia porady architektom porady inwestorom porady inżynierom porady wykonawcom
SB

2018-03-21 18:19:26

To dość przygnębiające, ale tam gdzie pracuję zastosowanie folii zamiast szalunków uchodzi za szczyt fachowości.
Czy ma Pan może jakieś zdjęcia, rysunki, schematy betonu podkładowego pod ławy fundamentowe schodkowe? Google podaje różne rozwiązania, ale chciałbym skonfrontować to z Pana opinią.
Jerzy Bogdan Zembrowski

2018-03-21 22:51:51

Niestety, 99% wykonawców domów knoci budowy domów i ma wielkie szczęście, że inwestor uciekając od podatku VAT rezygnuje z umowy i faktury. Potem nie ma jak ciągać partaczy po sądach.
Niebawem zamieszczę rysunki pod zakładką "rysunki i obliczenia".
Cezary Kubiński

2018-03-23 13:39:26

Panie Jerzy, 2 pytania:
1. o jakich okresach życia betonu mówimy w każdym przypadku?
2. Co z gruntami typu iły, pyły gliny przy braku wód gruntowych lub wodami poniżej poziomu posadowienia? Wtedy zagraża tylko woda deszczowa?
Jerzy Bogdan Zembrowski

2018-03-23 22:38:04

Ad. 1
Korozja betonu mocno zależy od wielu czynników na raz, a także jest bardziej intensywna w przypadku okresowego zamrażania i odmrażania wilgoci w betonie. Poza tym, dla każdego przypadku, inaczej należy rozumieć stan, w którym uznajemy iż beton całkowicie utracił oczekiwane własności. Dlatego, ogólnie nie jest możliwe określić jaka jest żywotność betonu, bo też intensywności utraty parametrów określić się nie daje. Owszem, badania laboratoryjne prowadzi się na całym świecie - także "in situ" na obiektach, ale każdy przypadek służy jedynie do obserwacji zjawiska, a nie opisania jakimś wzorem żywotności betonu. Czasami żywotność betonu wynosi zaledwie kilkanaście lat, a czasami kilkadziesiąt. Wiele można się dowiedzieć z opisów takich badań, np. wpisując frazę "korozja betonu" lub "żywotność betonu" np. tutaj: http://yadda.icm.edu.pl/yadda/search/general.action?cid=b5ed3d0f-9b0a-4be5-aa65-972247ab3388

Ad. 2
W gruntach trudnoprzepuszczalnych, też występuje zjawisko kapilarnego podciągania wody, wolniejsze, ale występuje. Za to, dłużej zalega woda opadowa. O ile deszcze występują w rejonie czystego środowiska, to i destrukcja betonu jest mało intensywna. Jeśli to region przemysłowy, intensywność destrukcji jest wówczas wysoka, bo deszcze są o odczynie kwasowym. Chyba 40 lat temu słynny był przypadek pewnego fotografa w Niemczech, który w zagłębiu Ruhry złapał wodę deszczową do kuwety, a w niej bez żadnych dodatków wywołał zdjęcia fotograficzne.

Ponieważ zakładam, że inwestor nie rozrzuca pieniędzmi ciężko zarobionymi, przedstawiam rozwiązania możliwie najtrwalsze, sensownie kosztujące i utrzymujące jakość budynku jak najdłużej. Dlatego, jeśli ktoś się zgadza z takim podejściem, powinien budować wg zasady "raz, a dobrze". Stąd, zalecam hydroizolacje.
Emilian

2018-06-30 20:11:43

z tego co tutaj wyczytałem, wynika wniosek, że ze względu na korozję betonu, i stali w betonie, należało by uciekać z żelbetem z ziemi, stawiając fundament budynku na powierzchni gruntu, po jego wymianie na właściwy w wykopie liniowym, zamiast stalą zbroić włóknem szklanym, i przed zabezpieczeniem hydroizolacją i termoizolacją, zadbać o pokrycie preparatem uodparniającym na dyfuzję jonów do wnętrza fundamentu
Jerzy Bogdan Zembrowski

2018-07-02 01:52:00

Chyba będę musiał obalić jeszcze jeden mit pod tytułem "Co gryzie beton na powietrzu?". Nie trzeba uciekać od betonu w gruncie, a izolować go poprawnie. Podobnie na powietrzu - należy chronić beton przed wilgocią i wnikaniem jonów.
Emilian

2018-07-03 01:31:58

moja myśl miała jeszcze ten wątek, że nie lejąc betonu w ziemie, i unikając całej podziemnej części budynku, oszczędzamy pieniądze inwestora, nie pogarszając jakości wykonanych robót, i że budujemy za ciężkie budynki w stosunku do potrzeb, (a to kosztuje), mając przy tym dostęp do nowych technologii, dużo lżejszych, i zgodnych ze sztuką budowlaną, i z fizyką budowli także.
Jerzy Bogdan Zembrowski

2018-07-03 02:50:39

Oczywiście, można by tworzyć domy lekkie bez potrzeby wykonywania hydroizolacji w części podziemnej, ale jak wszystko, miałoby to oprócz zalety niższych kosztów budowy, także potężne wady. W naszym klimacie domy powinny mieć jak największą odporność na warunki atmosferyczne, w przeciwnym razie nie tylko dachy by fruwały po okolicy przy wiatrach huraganowych. Domy lekkie są pozbawione ważnej też cechy, jaką jest pojemność cieplna masy przegród (patrz: rozdział 2.10. i 2.11 w książce). Zatem, w całokształcie naszych uwarunkowań, jesteśmy raczej skazani na domy ciężkie i masywne. Domy lekkie, np. szkieletowe w naszym klimacie wymagają znacznych modyfikacji w stosunku do pierwowzorów z Kanady czy USA, by przynajmniej częściowo odzyskać traconą pojemność cieplną przegród.
Emilian

2018-07-03 12:10:18

nie myślałem o aż tak lekkich, rozmawiałem z konstruktorem, który powiedział, że na fundamencie z pospółki o granulacji 0-32, można posadowić ławę fundamentową domu, oczywiście na betonie podkładowym i na hydroizolacji, i wyprowadzając z niej słupy z betonu zbrojonego do konstrukcji górnego wieńca postawić ściany z ytonga, i jest wtedy do czego zamocować dach.
Jerzy Bogdan Zembrowski

2018-07-04 02:27:38

Tak, ale należy to przewidzieć w projekcie.
« powrót
2007-2019 Wszystkie prawa zastrzeżone dla Biuro Doradztwa Budowlanego mgr inż. Jerzy Zembrowski, Białystok. All rights reserved.
wykonanie choruzy.pl ©