1

TRWAŁOŚĆ KONSTRUKCJI. OTULENIE ZBROJENIA

1. Czynniki wpływające na trwałość konstrukcji i podstawowe wymagania

Trwała konstrukcja powinna przez cały zaprojektowany okres użytkowania spełniać
wymagania dotyczące nośności i użytkowania bez istotnego obniżenia przydatności
lub nadmiernych, nieprzewidzianych kosztów utrzymania

.

Konstrukcja jest wystawiona na oddziaływanie środowiska, które może w długim
okresie czasu doprowadzić do obniżenia przydatności a nawet nośności istotnych jej
elementów. Niekorzystne czynniki są związane ze zjawiskami chemicznymi i
fizycznymi. Niekorzystne czynniki to:

•

karbonatyzacja przypowierzchniowych obszarów betonu,

•

oddziaływanie chlorków

•

ewentualne mechaniczne uszkodzenia powierzchni wywołane oddziaływaniem
zamrażania i rozmrażania wody, abrazją, zmianami temperatury, agresją
chemiczną.

Zjawiska te mogą doprowadzić do degradacji powierzchni betonu, która pociągnie
za sobą korozję zbrojenia.

Trwałość konstrukcji zależy od warunków, które panują w środowisku, w którym
konstrukcja będzie użytkowana, oraz od właściwej konserwacji konstrukcji.

2

Wymaganą ochronę konstrukcji należy ustalać, biorąc pod uwagę planowane
zastosowanie, projektowany okres użytkowania (patrz EN 1990), program
utrzymania oraz oddziaływania, które mogą pojawić się czasie użytkowania.

Należy rozpatrzyć ewentualną rolę oddziaływań bezpośrednich i pośrednich, oraz
skutków ich wspólnego, jednoczesnego działania (np. rola odkształceń skurczu i
wpływ pełzania).

W celu zapewnienia wymaganego okresu użytkowania konstrukcji należy
rozpatrzyć:

koncepcję konstrukcji,
dobór materiałów,
szczegóły konstrukcyjne,
metody wykonania,
rolę kontrolę jakości i przeglądów oraz zakres niezbędnych sprawdzeń,
Ewentualne zastosowanie środków specjalnych (np. zastosowanie stali
nierdzewnej, powłok, ochrony katodowej)

Przede wszystkim należy uwzględniać znormalizowane wymagania
dotyczące trwałości.

3

2. Korozja zbrojenia

Ochrona zbrojenia przed korozją zależy

od jakości betonu, grubości otulenia i

szerokości rys

.

Na powietrzu zbrojenie koroduje bardzo szybko – otulenie betonem uniemożliwia
korozję, gdyż w zaczynie cementowym występuje wysoka koncentracja jonów
OH-, która zapobiega korozji stali. Przenikanie dwutlenku węgla z otoczenia do
betonu powoduje (po długim okresie czasu) utratę właściwości ochronnych
otuliny betonowej (proces karbonatyzacji).

Innym bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na korozję jest wnikanie
chlorków do wnętrza betonu.

Okres istnienia konstrukcji umownie dzieli się na dwa etapy:
etap 1. - penetracji substancji agresywnej przez otulenie betonowe,
etap 2. - korozji zbrojenia.

4

Etap drugi korozji można ponadto podzielić na okres trwający do chwili

pęknięcia otulenia

(stosunkowo mały zakres zniszczeń korozyjnych) oraz okres

występujący po uszkodzeniu otulenia. Okres trwania etapu 1 uznaje się za
miarę trwałości konstrukcji. Po upływie tego okresu (dotarciu strefy
zobojętnionego betonu lub jonów chlorkowych do powierzchni zbrojenia)
należy spodziewać się

odspajania

betonu otulenia wskutek wzrostu objętości

produktów korozji wkładek stalowych.

Ochrona stali przed korozją zależy od zagęszczenia, jakości i grubości otuliny
betonowej i od zarysowania. Zagęszczenie i jakość otulenia osiąga się,
kontrolując maksymalny współczynnik woda - cement, minimalną zawartość
cementu i minimalną klasę betonu.

Wystawione na działanie środowiska zamocowania metalowe, które mogą być
poddane przeglądowi i wymianie, można zabezpieczać powłokami ochronnymi.
W innych przypadkach należy je wykonywać z materiału odpornego na korozję.

5

3. Oddziaływanie środowiska – klasy ekspozycji

Warunki ekspozycji są to warunki chemiczne lub fizyczne, na które – w dodatku do
oddziaływań mechanicznych - wystawiona jest konstrukcja. Warunki środowiskowe
sklasyfikowane na podstawie EN 206 -1 przedstawiono w Tablicy 1.

W uzupełnieniu do warunków według Tablicy 1 należy uwzględniać szczególne
formy agresywnych lub pośrednich oddziaływań włącznie z:

oddziaływaniami chemicznymi powstającymi na skutek np.:

- użytkowania budynku lub konstrukcji (składowanie płynów itd)
- działania roztworów kwasów albo soli siarczanowych (EN 206-1, ISO 9690)
- działania chlorków zawartych w betonie (EN 206-1)
- reakcji alkalia - kruszywo (EN 206-1, normy krajowe),

oddziaływaniami fizycznymi powstającymi na skutek np.:

- zmian temperatury,
- ścierania
- przenikania wody (EN 206-1).

6

Klasa

Opis środowiska

Przykłady

1. Brak zagrożenia korozją i agresją chemiczną

X0

Dotyczy betonu niezbrojonego i nie
zawierającego wbudowanych elementów
metalowych. Wszystkie środowiska z
wyjątkiem takich, w których występuje
zamrażanie/rozmrażanie, ścieranie lub
agresja chemiczna..
W przypadku betonów zbrojonych lub
zawierających wbudowane elementy
metalowe: środowisko bardzo suche

Beton wewnątrz
budynków o bardzo
niskiej wilgotności
powietrza

Klasy ekspozycji w zależności od warunków w środowisku

Tablica 1a

7

2. Korozja spowodowana karbonatyzacją

XC1

Suche lub stale mokre

Beton we wnętrzach o niskiej
wilgotności powietrza lub stale
zanurzony w wodzie

XC2

Mokre, sporadycznie suche

Powierzchnie betonu narażone na
długotrwały kontakt z wodą.

Wiele

fundamentów

XC3

Umiarkowanie wilgotne

Beton wewnątrz budynków o
umiarkowanej lub wysokiej
wilgotności powietrza
Beton na zewnątrz osłonięty przed
deszczem

XC4

Cyklicznie mokre i suche

Powierzchnie betonu narażone na
kontakt z wodą, ale nie jak w klasie
ekspozycji XC2

Uwaga: Kolorem czerwonym oznaczono zmiany w porównaniu z PN-B-03264

Tablica 1b

8

3. Korozja spowodowana chlorkami

XD1

Umiarkowanie wilgotne

Powierzchnie betonu narażone na działanie
chlorków z powietrza

XD2

Mokre, sporadycznie
suche

Baseny

pływackie, beton narażony na

działanie wody przemysłowej
zawierającej chlorki

XD3

Cyklicznie mokre i suche

Elementy mostów narażone na działanie
rozpylonych cieczy zawierających chlorki,
nawierzchnie dróg,

płyty parkingów

4. Korozja spowodowana chlorkami z wody morskiej

XS1

Narażenie na działanie soli
zawartych w powietrzu, ale nie na
bezpośredni kontakt z wodą morską

Konstrukcje zlokalizowane na
wybrzeżu lub w jego pobliżu

XS2

Stałe zanurzenie

Elementy budowli morskich

XS3

Strefy wpływów, rozbryzgów i
aerozoli

Elementy budowli morskich

Z poz. XD1 zniknęły

„płyty parkingów - spód”,

a z poz. XD3 „

płyty parkingów - wierzch”

Tablica 1c

9

5. Agresywne oddziaływanie zamrażania/rozmrażania

XF1

Umiarkowanie nasycone
wodą bez środków
odladzających

Pionowe powierzchnie betonowe narażone na
deszcz i zamarzanie

XF2

Umiarkowanie nasycone
wodą ze środkami
odladzającymi

Pionowe powierzchnie betonowe konstrukcji
drogowych narażonych na zamarzanie i
działanie z powietrza środków odladzających

XF3

Silnie nasycone wodą
bez środków
odladzających

Poziome powierzchnie betonowe narażone na
deszcz i zamarzanie

XF4

Silnie nasycone wodą ze
środkami odladzającymi
lub wodą morską

Płyty

dróg i mostów narażone na działanie

środków odladzających. Powierzchnie
betonowe narażone bezpośrednio na

opryskiwanie środkami odladzającymi

i na

zamarzanie.

Strefy narażone na ochlapywanie

i zamarzanie w konstrukcjach morskich

.

Z poz. XF2 zniknęły

„płyty parkingów - spód”.

, z a poz. XF4 „

płyty parkingów - wierzch”

Tablica 1d

10

6. Agresja chemiczna

XA1

Środowisko chemiczne
mało agresywne zgodnie z
Tablicą 2 EN 206-1

Naturalne grunty i woda gruntowa

XA2

Środowisko chemiczne
średnio agresywne zgodnie
z Tablicą 2 EN 206-1

Naturalne grunty i woda gruntowa

XA3

Środowisko chemiczne
silnie agresywne zgodnie z
Tablicą 2 EN 206-1

Naturalne grunty i woda gruntowa

Uwaga: Skład betonu wpływa zarówno na ochronę zbrojenia, jak i na odporność
betonu na agresję. Klasy wytrzymałości wskazane dla poszczególnych klas
ekspozycji podano w tablicy 2. Wskazówki te mogą prowadzić do wyboru klas
wytrzymałości wyższych niż wymagane ze względów wytrzymałościowych. W
takich przypadkach do obliczeń minimum zbrojenia i szerokości rys przyjmuje się
wartość f

ctm

przyporządkowaną wyższej wytrzymałości betonu.

Tablica 1e

11

Niekiedy ze względu na trwałość należy zastosować beton o odpowiednim
składzie, odporny na szkodliwe czynniki i chroniący zbrojenie przed korozją,
mający wytrzymałość większą niż potrzebna ze względu na nośność.

Zalecane ze względu na trwałość klasy wytrzymałości przedstawiono w tablicy 2
wg tab. E1.N Załącznika E (informacyjnego) w EC2. Te same wartości znajdujemy
w tablicy F1 z Załącznika F (informacyjnego) do PN-EN 206-1, z którego
dowiadujemy się ponadto, że zostały one określone przy założeniu, iż
przewidywany czas użytkowania konstrukcji wynosi 50 lat. Tamże umieszczono
zalecenia dotyczące minimalnej zawartości cementu i maksymalnego wskaźnika
w/c, oraz (nie przytoczone tu) dodatkowe informacje jakiego cementu i kruszywa
dotyczą wartości w tablicy. W F1 znajdują się także uwagi dotyczące
napowietrzania betonu (stosowane w celu podwyższenia mrozoodporności) oraz
stosowania cementu odpornego na siarczany (klasy XA2 i XA3).

Scalone informacje z tablic zawartych w obu wyżej wymienionych Załącznikach
przedstawiono w tablicy 2

4. Klasy wytrzymałości wymagane ze względu na trwałość

12

Klasa
eksp.

Klasa
wytrz.

Max.
w/c

Min. cem.

[kg/m3]

Uwagi

X0

C12/15

Nie ma ryzyka

XC1

C20/25

0,65

260

Zagrożenie korozją wywołaną
przez karbonatyzację

XC2

C25/30

0,60

280

XC3

C30/37

0,55

280

XC4

0,50

300

XD1

C30/37

0,55

300

Zagrożenie korozją wywołaną
chlorkami

XD2

0,55

300

XD3

C35/45

0,45

320

XS1

C30/37

0,50

300

Zagrożenie korozją wywołaną
chlorkami z wody morskiej

XS2

C35/45

0,45

320

XS3

0,45

340

Tablica 2. Zalecana klasa betonu, maksymalny wskaźnik w/c i minimalna
zawartość cementu w zależności od klasy ekspozycji – część 1

13

XF1

C30/37

0,55

300

Zagrożenie zamrażaniem
i rozmrażaniem

XF2

C25/30

0,55

300

XF3

C30/37

0,50

320

XF4

C30/37

0,45

340

XA1

C30/37

0,55

300

Zagrożenie chemiczne

XA2

0,50

320

XA3

C35/45

0,45

360

Tablica 2. Zalecana klasa betonu, maksymalny wskaźnik w/c i minimalna
zawartość cementu w zależności od klasy ekspozycji – część 2

14

5. Otulenie zbrojenia

5.1. Zasady ogólne

Otuleniem betonem nazywa się najmniejszą odległość pomiędzy powierzchnią
zbrojenia (z włączeniem połączeń i strzemion oraz zbrojenia powierzchniowego, gdy
jest istotne) i powierzchnią betonu.

Nominalne otulenie należy podać na rysunkach.
Otulenie nominalne jest sumą otulenia minimalnego c

min

i dodatku (uwzględnianego

w projekcie) ze względu na ewentualną odchyłkę wykonania

∆

cdev

c

nom

= c

min

+ ∆c

dev

.

Otulenie minimalne c

min

powinno być wystarczające do zapewnienia:

współpracy zbrojenia z betonem (przez przyczepność),
ochrony zbrojenia przed korozją,
odporności ogniowej konstrukcji.

Wymagania ze względu na odporność ogniową zostaną omówione w innym miejscu.

15

5.2. Otulenie ze względu na przyczepność, umożliwiające także odpowiednie
zagęszczenie betonu, nie powinno być mniejsze od wartości c

min,b

Jeśli nominalny, maksymalny wymiar ziaren kruszywa nie jest większy niż 32 mm,
to c

min,b

przyjmuje się równe średnicy pręta lub zastępczej średnicy wiązki prętów.

Jeśli nominalny, maksymalny wymiar ziaren kruszywa jest większy niż 32 mm, to
tak wyznaczone c

min,b

należy zwiększyć o 5 mm.

Ponadto w EC2 znajdują się wskazówki (tu nie przytoczone) dotyczące
konstrukcji sprężonych.

Wymagania ze względu na przyczepność i korozję uważa się za spełnione,
gdy otulenie jest co najmniej równe

c

min

= max{c

min,b

; c

min,dur

; 10 mm}.

W powyższym wzorze:

c

min,b

oznacza minimalne otulenie ze względu na przyczepność

c

min,dur

oznacza minimalne otulenie ze względu na środowisko

Ponadto należy uwzględnić zasady przedstawione tu w punkcie Dodatkowe
wymagania dotyczące otulenia.

16

5.3. Minimalne otulenie zbrojenia ze względu na korozję c

min,dur

wyznacza się,

biorąc pod uwagę klasę ekspozycji i klasę konstrukcji.

Według EC2: Klasyfikacja konstrukcji i wartości c

min,dur

do stosowania w kraju

mogą być ustalone w Załączniku krajowym
Polski Załącznik krajowy nie zawiera takich informacji.

Według EC2: Jeżeli stosuje się wskazane wytrzymałości betonu według Załącznika
E, to

zalecaną klasą konstrukcji (projektowy okres użytkowania 50 lat) jest

S4

. Zalecane modyfikacje klasy konstrukcji podano w Tablicy 4.3N. Zalecaną

minimalną klasą konstrukcji jest S1.

Im wyższa jest klasa konstrukcji, tym wyższe wymagania dotyczące trwałości.
Tablica 3 (oparta na tablicy 4.3N z EC2) zawiera zasady zwiększania klasy (np.
dla konstrukcji, które maja służyć 100 lat) i zmniejszania, możliwego np. wtedy,
gdy zastosuje się beton mocniejszy niż minimum określone w tablicy 2.

Na podstawie klasy konstrukcji, wygenerowanej przez zastosowanie tablicy 3,
z tablicy 4 wyznacza się minimalne otulenie c

min,dur

.

17

Tablica 3. Zwiększenia i zmniejszenia klasy konstrukcji (w porównaniu z S4)

generujące otulenie

Kryterium

Klasa ekspozycji

X0

XC1

XC2
XC3

XC4

XD1

XD2

XS1

XD3

XS2
XS3

Klasa wytrzymałości betonu

1) 2)

≥C30/37

-1

≥C35/45

-1

≥C40/50

-1

≥C45/55

-1

Projekt. okres użytkowania 100 lat

Zwiększyć numer klasy o 2

Element mający kształt płyty

3)

Zmniejszyć numer klasy o 1

Specjalna kontrola jakości betonu

Zmniejszyć numer klasy o 1

1)

(-1) oznacza, ze należy zmniejszyć numer klasy o 1. Klasę konstrukcji i stosunek w/c

uważa się za wartości związane

2)

Jeśli stosuje się zawartość powietrza wyższą niż 4%, to wymagania można zmniejszyć
o jedną klasę wytrzymałości

3)

Chodzi o elementy, w których proces wznoszenia konstrukcji nie ma wpływu na

usytuowanie zbrojenia

18

Tablica 4. Minimalne otulenie c

min,dur

(mm) wymagane (wg EN 10080) ze

względu na trwałość stali zbrojeniowej

Wymagania ze względu na środowisko

Klasa

konstrukcji

Klasa ekspozycji

X0

XC1

XC2/XC3

XC4

XD1/XS1

XD2/XS2

XD3/XS3

S1

10

10

10

15

20

25

30

S2

10

10

15

20

25

30

35

S3

10

10

20

25

30

35

40

S4

10

15

25

30

35

40

45

S5

15

20

30

35

40

45

50

S6

20

25

35

40

45

55

55

W EC2 znajduje się podobna tablica dotycząca stali sprężającej (wymagane otulenia
są takie same lub większe)

19

Otulenie betonem należy powiększyć o dodawany składnik bezpieczeństwa

∆

cdur,

γ

.

Uwaga: Wartość

∆

cdur,

γ

do stosowania w kraju może być podana w Załączniku

krajowym. Wartością zalecaną jest zero.

Jeżeli zastosowano stal nierdzewną lub podjęto inne specjalne kroki, to minimalne

otulenie można zmniejszyć o

∆

cdur,st.

W takich sytuacjach należy rozpatrzyć

wpływ zastosowania tych środków na wszystkie związane z nimi właściwości
materiału, w tym na przyczepność.
Uwaga: Wartość

∆

cdur,st

do stosowania w kraju może być podana w Załączniku

krajowym. Wartością zalecaną, gdy nie ma dalszych wymagań, jest zero.

Jeżeli stosuje się dodatkową ochronę betonu (np. przez powlekanie), to minimalne

otulenie można zmniejszyć o

∆

cdur,add

Uwaga: Wartość

∆

cdur,add

do stosowania w kraju może być podana w Załączniku

krajowym. Wartością zalecaną, gdy nie ma dalej idących wymagań, jest zero.

Cytaty z EC2 (dotyczą składników otulenia, które w wykładzie zostały
pominięte)

20

5.4. Dodatkowe wymagania dotyczące otulenia.

Jeżeli beton jest układany in-situ na innych elementach (prefabrykowanych lub
wykonanych in-situ), to minimalne otulenie zbrojenia, odmierzane do powierzchni
styku, można zmniejszyć do wartości odpowiadającej wymaganiom ze względu na
przyczepność (patrz (3) powyżej) pod warunkiem, że:
- klasa betonu wynosi co najmniej C25/30,
- czas wystawienia powierzchni betonu na środowisko na zewnątrz pomieszczeń

jest krótki (< 28 dni),

- powierzchnia styku została wykonana jako szorstka.

Jeżeli powierzchnia betonu ma być nierówna (np. odsłonięte kruszywo), to
otulenie należy zwiększyć co najmniej o 5 mm.

Jeżeli istnieje zagrożenie ścieraniem betonu, to szczególną uwagę należy
zwrócić na kruszywo (zgodnie z EN 206-1). Wpływ ścierania betonu można
uwzględnić przez zwiększenie otulenia betonem, stosując warstwę
przeznaczoną do starcia. Minimalne otulenie c

min

należy zwiększyć o 5 mm dla

klasy ścieralności XM1, o 10 mm dla klasy ścieralności XM2 i o 15 mm dla
klasy ścieralności XM3.

21

Klasa ścieralności XM1 oznacza umiarkowaną abrazję, jak ścieranie na częściach
terenów przemysłowych (np. na dojazdach) uczęszczanych przez pojazdy z oponami
napełnionymi powietrzem.

Klasa ścieralności XM2 oznacza ciężką abrazję, jak ścieranie na częściach terenów
przemysłowych uczęszczanych przez wózki widłowe z oponami napełnionymi
powietrzem lub z pełnymi oponami gumowymi.

Klasa ścieralności XM3 oznacza ekstremalną abrazję, jak ścieranie na częściach
terenów przemysłowych uczęszczanych przez wózki widłowe na kołach z tworzywa
sztucznego lub ze stali lub przez pojazdy na gąsienicach.

5.5. Odchyłki otulenia

Obliczając nominalne otulenie c

nom

uwzględnia się odchyłkę

∆

c

dev.

Wartość

∆

c

dev

do stosowania w kraju może być podana w Załączniku krajowym.

Wartością zalecaną jest 10 mm.

22

Jeżeli istnieje pewność, że do kontroli stosowane jest bardzo czułe urządzenie
pomiarowe i elementy nie spełniające wymagań są odrzucane (np. elementy
prefabrykowane), to

∆

c

dev

można zmniejszyć do poziomu

0 ≤ ∆c

dev

≤10 mm.

Zwiększanie odchyłek otulenia

Jeżeli beton układa się na nierównych powierzchniach, to na ogół należy
zwiększyć otulenie, stosując w projekcie większe odchyłki dopuszczalne.
Zwiększenie to powinno odpowiadać różnicom spowodowanym przez
nierówności, ale minimalne otulenie powinno wynosić co najmniej 40 milimetrów
dla betonu układanego na przygotowanym podłożu (z włączeniem wytłoczeń i
nierówności) oraz 75 milimetrów betonu układanego bezpośrednio na gruncie.

Należy także, w celu uwzględnienia nierównej powierzchni zwiększać otulenie
zbrojenia dla każdej powierzchni mającej takie cechy jak użebrowane wykończenie
lub eksponowane kruszywo.

Zmniejszanie odchyłek otulenia
Jeżeli przy wytwarzaniu konstrukcji lub elementów stosuje się system zapewniania
jakości, w którym otulenie betonem objęto pomiarami, to w projekcie dodatek

∆

c

dev

można zmniejszyć do poziomu

5 mm ≤ ∆c

dev

≤ 10 mm,

23

Klasa ekspozycji wg tab. 1

Klasa betonu wg tab. 2

Ewentualna zmiana klasy
betonu i określenie klasy
konstrukcji wg tab. 3

c

min,dur

wg. tab. 4

w/c wg. Tab. 2

Ewentualne zwiększenie c

min

wg p. 5.4

Dane: środowisko; planowany okres
użytkowania

c

min,b

wg. p. 5.2 ( na ogół c

min,b

= Φ)

c

min

= max{c

min,b

; c

min,dur

; 10 mm}

∆

c

dev

według p. 5.5

c

nom

= c

min

+ ∆

∆

∆

∆c

dev

OKREŚLANIE GRUBOŚCI OTULENIA

24

Przykład

Otulenie zbrojenia płyty w garażu.

Według tab.1 klasa ekspozycji wynosi XD3 (płyty parkingów).

W tab. 2 znajdujemy, że klasa betonu powinna wynosić co najmniej C35/45.

Przyjmujemy, że zastosuje się specjalną kontrolę jakości betonu. Ponieważ
element ma kształt płyty, to z tab.3 wynika, że można zastosować klasę
konstrukcji o 2 mniejszą niż S4 – przyjęto S2.

Uwaga: Stosując beton klasy C40/50 można by zmniejszyć c

min,dur

jeszcze o 5 mm.

Z tab. 4 otrzymuje się c

min,dur

= 35 mm, co jest oczywiście większe niż c

min,b

,

a więc c

min

= 35 mm

Nie zachodzą żadne szczególne okoliczności wymienione w p. 5.4 i 5.5, a więc

c

nom

= 35 + 10 mm