Poniższy artykuł opracowano w oparciu o stan prawny obowiązujący w momencie powstania tego artykułu.
Redakcja nie gwarantuje aktualności tekstu w okresie późniejszym, jak również nie ponosi odpowiedzialności za ew. stosowanie się do zawartych w nim zaleceń.

Beton wodonieprzepuszczalny

Jednym ze sposobów zabezpieczenia obiektu przed wodą/wilgocią jest tzw. „technologia białej wanny”. Jest to ogólna nazwa konstrukcji betonowej o podwyższonej odporności na przenikanie wody. Łączy ona funkcję nośną z funkcją uszczelniającą.

Podstawą takiego założenia jest ograniczenie głębokości wnikania wody w żelbetowe przegrody budowanego obiektu. Dotyczy to jednak nie tylko samych przegród lecz także dylatacji, przerw roboczych, przejść rurowych, ewentualnych rys, itp.

Beton wodonieprzepuszczalny to beton o ograniczonej zdolności do penetracji wody. Sposób jego działania pokazano na rys. 1. oraz fot. 1.

 

rys. 1 - zasada funkcjonowania betonu wodonieprzepuszczalnego
(model dla betonu klasy C30/37 i w/c ≤ 0,55) - opis w tekście

 

fot. 1 - kostka z betonu poddana działaniu ciśnienia wody.
Zaznaczono głębokość penetracji wody - fot. autor

 

Parcie hydrostatyczne wody jak również właściwości samego betonu powodują, że woda jest w stanie wniknąć w element na głębokość rzędu 2,5 cm i w tym obszarze beton jest mokry. Druga strefa to obszar, w który woda wnika na skutek penetracji w kapilary. Szerokość tej strefy jest zależna m.in. od jakości betonu i czasu obciążenia wodą. Dla betonów klasy C30/37 lub wyższej można przyjąć, że nie jest ona szersza niż 7 cm.
Kolejną strefą jest tzw. ”rdzeń”, gdzie występuje swego rodzaju równowaga w transporcie wilgoci (nie ma tu przewodzenia wody). Warunkiem jest jednak odpowiednia grubość samego elementu.

Od strony wnętrza znajduje się strefa oddawania wilgoci na skutek dyfuzji pary wodnej do powietrza. Dla betonów klasy C30/37 lub wyższej jej szerokość wynosi 4÷8 cm.

Reasumując, idea betonu wodonieprzepuszczalnego polega na założeniu, że przy określonej grubości elementu i niezarysowanym przekroju, woda nie jest w stanie przedostać się od strony zewnętrznej do wnętrza konstrukcji.
Jednak zaprojektowanie takiej konstrukcji nie może się ograniczać tylko do zastosowania odpowiedniej mieszanki betonowej. To bardzo istotna różnica, samo zastosowanie betonu wodonieprzepuszczalnego nic nie daje. Skuteczność tego typu zabezpieczenia zależy jednocześnie od odpowiedniego wykonania samego betonu i całej konstrukcji. W projektowaniu i wykonaniu konstrukcji uwzględnić trzeba:

  • zaprojektowanie betonu wodonieprzepuszczalnego (klasa, konsystencja, ograniczenie w/c, ilość cementu, stos okruchowy),
  • optymalizację występujących w konstrukcji naprężeń co pozwala uniknąć rys lub ograniczyć szerokość ich rozwarcia (kształt konstrukcji nie powinien generować dodatkowych naprężeń skurczowych i jednocześnie powinien minimalizować koncentrację naprężeń – rys. 2, odpowiednia szerokość strefy ściskanej przekroju),
  • konieczność wykonstruowania i uszczelnienia dylatacji,
  • konieczność odpowiedniego betonowania konstrukcji, zagęszczania i pielęgnacji betonu,
  • zagadnienia fizyki budowli (izolacyjność termiczną, akustyczną, wymagania użytkowe, wilgoć w obiekcie).

 

rys. 2 - kształt konstrukcji z betonu wodonieprzepuszczalnego nie powinien generować dodatkowych naprężeń skurczowych i jednocześnie powinien minimalizować koncentrację naprężeń

 

Konstrukcje z betonów wodonieprzepuszczalnych mogą być stosowane zarówno przy obciążeniu wodą pod ciśnieniem (gruntową, z zalań (powodzi), itp.), bezciśnieniową (płynącą po powierzchni elementu - parcie hydrostatyczne do 10 cm słupa wody) oraz wilgocią. Na tej podstawie projektuje się minimalną grubość przegrody.
Bardzo istotne jest określenie tzw. „klasy użytkowania”. Jest to nic innego jak zdefiniowanie wymogów stawianych dla konkretnego obiektu wynikających z warunków jego użytkowania/eksploatacji. Chodzi tu przede wszystkim o stan wilgotności powierzchni przegród oraz wilgotność powietrza w obiekcie.

Wytyczne [1] określają dwie klasy użytkowania:

  • klasę A (patrz tabela 1) - będzie to standard odpowiadający budynkom mieszkalnym oraz pomieszczeniom magazynowym/użytkowym o podwyższonych wymaganiach (gabinety lekarskie, archiwa, biblioteki, laboratoria, pomieszczenia elektronicznego przetwarzania danych, magazyny towarów wrażliwych na wilgoć/temperaturę). Oznacza to, że niedopuszczalne są fizyczne przecieki wody zarówno przez powierzchnię elementu jak również przez ewentualne rysy (wyklucza się wilgotne plamy, perlenie się wody, itp.). Do wyeliminowania kondensacji powierzchniowej może być konieczne stosowanie dodatkowych zabiegów (klimatyzacja/wentylacja, osuszanie powietrza, termoizolacja, itp.);

  • klasę B - jest to sytuacja, gdy dopuszczalne są lokalne zawilgocenia (wilgotne plamy) np. na skutek przenikania wody przez rysy. Wyklucza się jednak gromadzenie się wody na powierzchni na skutek przecieków/przenikania przez przegrodę. Są to obiekty typu garaże podziemne, magazyny o niskich wymaganiach, szyby instalacyjne, itp. Ta klasa użytkowania nie wyklucza jednak spełnienia innych, indywidualnie określonych warunków wynikających z różnych przesłanek, np. z warunków technicznych [8].

 

Tabela 1 - Zróżnicowanie klasy użytkowania A [1] ze względu na wymagania cieplno-wilgotnościowe [3]

Klasa użytkowania Typ pomieszczenia Warunki cieplno-wilgotnościowe Przykładowe pomieszczenia Środki zaradcze eliminujące punkt rosy
A*** Wymagające Ciepło, niska wilgotność powietrza, niewielkie wahania ww. parametrów Gabinety lekarskie, archiwa, biblioteki, pomieszczenia techniczne z wrażliwą aparaturą (np. laboratoria, pomieszczenia elektronicznego przetwarzania danych, magazyny towarów wrażliwych na wilgoć/temperaturę Ocieplenie, ogrzewanie, wentylacja mechaniczna, klimatyzacja, osuszacze powietrza
A** Normalne Ciepło, niska wilgotność powietrza, dopuszczalne wahania ww. parametrów Pomieszczenia przeznaczone do długo- i krótkotrwałego pobytu ludzi, pokoje mieszkalne, łazienki, biura, przebieralnie, sklepy, magazyny towarów, teatry Ocieplenie, ogrzewanie, wentylacja mechaniczna, klimatyzacja
A* Bez większych wymagań Ciepło lub zimno, brak wymagań co do wilgotności powietrza Pomieszczenia przeznaczone do krótkotrwałego pobytu małej ilości ludzi, piwnice, warsztaty, pralnie, suszarnie, pomieszczenia magazynowe Ewentualne ogrzewanie, wentylacja grawitacyjna
A01) Nieokreślone - Proste pomieszczenia techniczne -

1) mogą być przyporządkowane do klasy użytkowania B

 

Konstrukcja musi być tak zaprojektowana, aby jej wykonanie było jak najprostsze a poprawność wykonania łatwa do kontroli, przy jednoczesnej odporności na zarysowania. Rysa w elemencie żelbetowym powstaje na skutek przekroczenia przez naprężenia wytrzymałości betonu na rozciąganie. Dodatkowo należy się liczyć z lokalną koncentracją naprężeń oraz wpływem na nią zmian grubości przekroju. Dlatego płyta denna zwykle ma postać monolitycznego elementu o stałej grubości, a jej wykonanie na warstwie poślizgowej redukuje naprężenia powstałe na skutek tarcia płyty o warstwę betonu podkładowego. Za minimalną grubość monolitycznej płyty dennej przy obciążeniu wodą przyjmuje się 250 mm (dla ściany jest to 240 mm) [1].

Szerokość rozwarcia rys, w zależności od proporcji wysokość słupa wody do grubości przegrody jest ograniczona do 0,2 mm, 0,15 mm lub 0,10 mm. Powstawaniu niekontrolowanych zarysowań zapobiega się natomiast poprzez wykonanie płyty dennej na warstwie poślizgowej, specjalnej technologii produkcji mieszanki betonowej, jej pielęgnacji, czy też zaplanowaniu tzw. „rys wymuszonych”.

Minimalizujaco na skurcz wpływa odpowiednia pielęgnacja betonu, zwłaszcza w połączeniu z zaplanowanymi przerwami technologicznymi, natomiast stosowanie cementu o niskim cieple hydratacji zmniejsza niebezpieczeństwo powstania rys termicznych. Podobnie jak naprzemienne betonowanie pól technologicznych. Można także stosować poziome rysy pozorne, jednak wymagają one wcześniejszego zaplanowania i uszczelnienia. Dylatacji konstrukcyjnych należy, w miarę możliwości unikać. Na tworzenie się rys mają także wpływ czynniki związane z zachowaniem się obiektu podczas eksploatacji, zwłaszcza nierównomierne osiadanie.

W przypadku ścian ich wysokość ma wpływ na rozstaw szczelin pozornych lub przerw technologicznych przy betonowaniu. Ich rozstaw nie może być większy niż dwukrotność wysokości ściany.

Te wszystkie powyżej podane zalecenia i założenia jednoznacznie wskazują na konieczność bardzo starannego przeanalizowania koncepcji obiektu wykonanego w postaci białej wanny. Mamy tu bowiem do czynienia z:

  • przerwami technologicznymi przy betonowaniu,
  • rysami (szczelinami) pozornymi,
  • dylatacjami konstrukcyjnymi obiektu,
  • wszelkiego rodzaju przejściami instalacyjnymi i przebiciami.

 

Każde z tych potencjalnych miejsc przecieku musi być odpowiednio zaprojektowane i wykonane oraz uszczelnione. Dlatego system uszczelnień ww. miejsc musi tworzyć zamknięty układ, ze zwróceniem szczególnej uwagi na zmianę kierunku z poziomego w pionowy i odwrotnie. Pokazuje to jednoznacznie jak istotna jest rola dokumentacji technicznej, jej szczegółowość i dokładność, projekt organizacji budowy jak również odpowiednie zaprojektowanie i wykonanie mieszanki betonowej oraz jej poprawne wbudowanie i pielęgnacja.

Dylatacja konstrukcyjna (inna, często spotykana nazwa to szczelina dylatacyjna) to przestrzeń między dwoma elementami lub częściami obiektu umożliwiająca ich wzajemne przemieszczenie. O ile to możliwe, należy unikać wykonywania dylatacji konstrukcyjnych lub należy ograniczać ich ilość. Natomiast ich rozmieszczenie musi umożliwiać zamocowanie, zabetonowanie i połączenie taśm dylatacyjnych (kompensacyjno-uszczelniających). Przykład takiej taśmy pokazano na rys. 3.

 

rys. 3 - taśmy do uszczelnień dylatacji, wewnętrzne (a), zewnętrzne (b) i kątowe (c)

 

Uszczelnienia wymagają także tzw. szczeliny (rysy) pozorne, specyficzne miejsca elementu, w których projektuje się celowe osłabienie przekroju, tak aby do zarysowania dochodziło dokładnie tutaj. Szczelność zapewnia zabetonowana w tym miejscu specjalna wkładka (taśmy, blachy, profile pęczniejące, rury (profile) uszczelniające), która jednocześnie osłabia i uszczelnia przekrój (rys. 4). Stosować można także maty bentonitowe (tylko od strony naporu wody).

 

rys. 4 - Profil do uszczelnienia rysy pozornej. Zastosowany profil jest kierunkowy
- usytuowanie piór względem przekroju nie jest obojętne

 

Kolejnym newralgicznym miejscem są przerwy robocze przy betonowaniu. Ich uszczelnienie także musi być poprawnie zaprojektowane i wykonane. Kształt taśm nie jest przypadkowy. Ma on za zadanie maksymalnie wydłużyć drogę wody w celu uszczelnienia dylatacji/szczeliny, dlatego na dobór taśm ma także wpływ szerokość przekroju oraz wielkość obciążenia wodą i klasa użytkowania. Oprócz taśm stosuje się także specjalne blachy, profile pęczniejące, węże iniekcyjne jak również metody łączone.

 

rys. 5 - schematyczny przekrój przez konstrukcję z uszczelnieniem dylatacji, rys wymuszonych i przerw technologicznych

1. dylatacja konstrukcyjna

2. przerwa robocza i styk płyty dennej ze ścianą

3. rysa wymuszona

 

Rys. 5 pokazuje schematyczny przekrój przez konstrukcję z uszczelnieniem dylatacji, rys wymuszonych i przerw technologicznych. Wtórną rzeczą jest wybór metody/materiału, istotne jest poprawne zastosowanie. Przykładowe zastosowanie blach oraz taśm bentonitowych pokazano na rys. 6. Wysokość blach zależy także od szerokości przekroju.

 

rys. 6 - taśma uszczelniająca do przerw roboczych połączona z elementem szalującym

 

Sam beton musi być układany w sposób zapobiegający rozsegregowaniu i bardzo starannie zagęszczony, z tego powodu ściany, zwłaszcza o mniejszych grubościach należy betonować warstwami o grubości nieprzekraczającej 80 cm i bardzo starannie zagęszczać (jednak bez spowodowania rozsegregowania mieszanki). W dolnej części ścian, przy połączeniu z płytą denną (do wysokości rzędu 30 cm) stosowanie betonu z kruszywem o uziarnieniu nieprzekraczającym 8 mm pozwala na szczelne obetonowanie taśm i blach uszczelniających, jak również połączenie z betonem płyty fundamentowej. W przypadku płyt dennych o grubości powyżej 40 cm beton układa się w dwóch warstwach (zawsze świeży na świeży) [6]. Równie starannie należy zagęścić beton w strefach mocowania profili, taśm, blach czy taśm uszczelniających (praca wibratora jak również obciążenie masą betonową nie może spowodować ich przemieszczenia). Pozostawienie w tym obszarze pustek i raków będzie skutkować nieszczelnościami i przeciekami. Przerwy technologiczne przy betonowaniu dopuszczalne są tylko i wyłącznie w zaplanowanych miejscach. Wszystkie przejścia rurowe jak również wpusty muszą być wyposażone w systemowe kołnierze/taśmy uszczelniające, zabetonowywane w mieszance przy jej układaniu (w przypadku elementów prefabrykowanych obsadzane na etapie jego przygotowywania).
Brak szczegółowych rozwiązań konstrukcyjnych dylatacji, przejść rurowych, przerw technologicznych oraz sekcji wymuszających zarysowanie, w połączeniu z brakiem odpowiedniej pielęgnacji mieszanki skutkuje zarysowaniami i późniejszymi przeciekami (fot. 2-3) czy wręcz gromadzeniem się wody w najniżej położonych elementach obiektu (fot. 4).

 

fot. 2 - dylatacja konstrukcyjna stropodachu garażu podziemnego pomiędzy belkami nośnymi uszczelniona od wewnątrz - fot. autor

 

fot. 3 - Garaż podziemny. Przeciek w strefie połączenia płyty dennej ze ścianą. Typowy skutek błędów projektowych i/lub wykonawczych konstrukcji typu "biała wanna" - fot. autor

fot. 4 - gromadzenie się wody w szybach windowych itp. najniżej położonych elementach obiektu to typowe efekty zarówno błędnej koncepcji jak i błędów wykonawczych - fot. autor

 

 

 

Literatura:

  1. Zement-Merkblatt H-10 - Wasserundurchlässige Betonbauwerke, Verein Deutscher Zementwerke e.V., 2012
  2. Zement-Merkblatt B-22 - Arbeitsfugen, Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V., Berlin
  3. DBV-Merkblatt Hochwertige Nutzung von Untergeschossen, Fassung Januar 2009, Deutscher Beton- und Bautechnik Verein e.V., Berlin
  4. WU-Richtlinie Erläuterungen zur WU-Richtlinie, DAfStb-Heft 555, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Beuth Verlag, Berlin 2006
  5. Planungsschritte für wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton, Max Frank GmbH & Co. KG (www.maxfrank.de)
  6. Szczelne konstrukcje żelbetowe. Materiały firmy Jordahl & Pfeiffer Technika Budowlana Sp. z o.o.
  7. Systemy uszczelniające. Materiały firmy Forbuild SA
  8. Obwieszczenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 8 kwietnia 2019 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, (Dz.U. poz. 1065)