Stosowane dziś w budownictwie prefabrykaty żelbetowe są komponentem skomplikowanego systemu projektowania, produkcji, deklarowania, a na końcu montażu. Budynek będący produktem finalnym tak określonego procesu musi odpowiadać stosownym wymaganiom.
Przykład zastosowania kanałowych płyt sprężonych jako elementów o dużej nośności. Chłodnia New Cold w Kutnie. Dostawa prefabrykatów: Budizol
Fot. mgr inż. Paweł Roehrych
Wświetle Prawa Budowlanego gotowa konstrukcja, a więc także zmontowana z prefabrykatów, musi spełniać zestaw wymagań podstawowych, a w tym:
- bezpieczeństwa konstrukcji,
- bezpieczeństwa pożarowego,
- bezpieczeństwa użytkowania,
- ochrony środowiska,
- racjonalizacji użytkowania energii.
W tym kontekście przed elementami składowymi, w tym przed prefabrykatami betonowymi, stoją wymagania spełnienia zestawu stosownych cech. W świetle dotychczasowych dociekań akademickich i inżynierskich są to co najmniej:
- nośność,
- użytkowalność,
- trwałość,
- zrównoważoność,
- „krzepkość”.
Nośność (structural resistance)
W przypadku elementów prefabrykowanych większe wytężenie może występować przed fazą docelową. Dotyczy to w szczególności smukłych słupów, które w fazie montażu pracują jako belki zginane, a których to schemat nie przydarza im się w docelowym schemacie statycznym budynku. W specyficznym przypadku kanałowych płyt sprężonych takim momentem jest przekazanie siły sprężającej na przekrój. Zbyt mała wytrzymałość na rozciąganie czyni je podatnymi na niepożądane spękania.
Nośność w kontekście odporności pożarowej wiąże się m.in. z odpornością na nagłe odpryskiwanie. Realizowane jest to przez ograniczanie nasiąkliwości elementu.
Użytkowalność (serviceability)
W odniesieniu do samego elementu niefortunny dobór kruszywa może w istotny sposób redukować moduł sprężystości materiału, a w efekcie sztywność zginania.
Kiedy prefabrykaty podlegają zmonolityzowaniu w konstrukcji, zbyt duży skurcz mieszanki nadbetonu może powodować wcześniejsze wyczerpanie zakresu użytkowalności, zarówno w zakresie ugięć jak i zarysowań.
Trwałość (durability)
W projektowaniu na podstawie norm PN-B, w tym PN-B-03264, uwaga projektanta skierowana jest ku stanom granicznym nośności i stanom granicznym użytkowalności. Dopiero Normy PN-EN podnoszą zagadnienie trwałości. Oprócz podstawowego parametru, jakim jest wytrzymałość na ściskanie, w nowym podejściu określa się też czas użytkowania. W powiązaniu z klasami ekspozycji definiowane są m.in. minimalne zawartości cementu w betonie, minimalne wielkości otulin, maksymalne wymiary kruszywa.
Zrównoważoność (sustainability)
Zrównoważoność definiowana jako przemyślane sięganie po wyczerpywalne zasoby środowiska, doczekała się nawet stosownej normy: PN-EN 15643-2 Zrównoważoność obiektów budowlanych Ocena budynków – Część 2: Zasady oceny właściwości środowiskowych. Postulat ten może być realizowany m.in. przez zastosowanie kruszywa wtórnego (RCA – recycled concrete aggregate). PN-EN 206 Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność, w swej najnowszej wersji przewiduje takie możliwości z ograniczeniami w stosunku do elementów sprężonych.
Zrównoważoność może być realizowana także poprzez ograniczanie emisji dwutlenku węgla powstającego w procesie produkcji cementu. Czyli wskazane jest zastępowanie cementów portlandzkich CEM I cementami z dodatkami CEM II zgodnych z PN-EN 197-1.
W parze z ilościowym ograniczaniem emisji CO2 idzie, wspomniane przy omówieniu cechy nośności, ilościowe ograniczanie objętości mieszanki, osiągalne dzięki zastosowaniu wyższych klas betonu. Spójne jest to ze stosowaniem betonów wyższych klas i wynikającej stąd możliwości ograniczania ilości mieszanki na rzecz podwyższenia jej nośności.
Kanałowe płyty niesprężone – element minimalizujący nakłady materiałowe w myśl zasad zrównoważoności.
Fot. Budizol
Dalej idącymi poszukiwaniami jest wykorzystanie bezwładności cieplnej elementów żelbetowych w bilansowaniu zapotrzebowania energetycznego budynku. Ewentualne zmniejszenia masy możliwe dzięki zastosowaniu betonów wyższych klas np. w płytach czy ściennych panelach kanałowych, powetowane może być dodatkami związków fazowo zmiennych (PCM – phase change materials).
„Krzepkość” (robustness)
Pojęcie „krzepkości” nie przyjęło się jeszcze w polskiej literaturze. Najczęściej polscy autorzy stosują angielskie określenie „robustness”, czekając chyba, aż właściwszy odpowiednik zostanie wynaleziony.
„Krzepkość” dotyczy nie tyle pojedynczego komponentu konstrukcji, ale całej konstrukcji. Konstrukcja posiadająca cechę „robustness” (czyli po przetłumaczeniu: posiadająca cechę krzepkości), charakteryzuje się zdolnością do wytworzenia zastępczego układu nośnego w przypadku wystąpienia nadzwyczajnej kombinacji obciążeń, w tym wskutek zniszczenia elementu nośnego zgodnie z podejściem definiowanym przez PN-EN-1991-1-7.
Zwiększanie wytrzymałości mieszanek, przynajmniej standardowych, niestety czyni je bardziej kruchymi. Za pomocą domieszek lub w drodze zestawu dedykowanych działań, w tym kompozycji odpowiedniej struktury stosu okruchowego, podejmowane są działania w kierunku przynajmniej proporcjonalnego wzrostu wytrzymałości na rozciąganie jak na ściskanie. Bardziej efektywnym działaniem jest tu jednak stosowanie stali o podwyższonej ciągliwości, czyli przejście ze stali klasy B na klasę C.
Kierunek: demontowalność (demountability)
W ramach badań programu Energia3 poszukiwane są rozwiązania realizujące wszystkie postulowane i opisane powyżej cechy wyrobów. Dodatkowo Budizol uczestniczy w programie Valor4Build, którego efektem ma być opracowanie systemu prefabrykacji zbudowanego zarówno w oparciu o zasady zrównoważoności jak i dodatkowo z zastosowaniem dedykowanego systemu połączeń. Jest to odpowiedź na postulat minimalizowania nakładów przy demontażu konstrukcji, kiedy mija okres planowanego użytkowania budynku. Wpisuje się to w szersze podejście oceny budynków z uwzględnieniem oceny cyklu życia i całościowego oddziaływania na środowisko (LCA – Life cycle assesment) np. wg metodyki norm serii ISO 14040.
mgr inż. Paweł Roehrych
