Posadzki przemysłowe z fibrobetonu

Projekt posadzki ma sens

Formalnie posadzka nie jest elementem konstrukcyjnym i często nie przykłada się do niej należytej wagi. Tymczasem z punktu widzenia przedsiębiorcy stawiającego halę przemysłową jest to jeden z najdroższych i najważniejszych elementów budynku. Co więcej, ze względu na specyfikę użytkową, głównym warunkiem projektowym jest tu zarysowanie, a nie nośność, która najczęściej nie sprawia większych problemów. Niestety, wciąż brakuje projektantów, którzy wiedzą, jak zrobić dobry projekt techniczny posadzki przemysłowej. Większość konstruktorów posługuje się wytycznymi z zakresu płyt fundamentowych, co jest kompletnie nieekonomiczne.
- „Odpowiedzialna firma wykonawcza zawsze powinna przygotować projekt techniczny posadzki przemysłowej. Choć nie wymagają go przepisy, jest zalecany dla uniknięcia problemów eksploatacyjnych, a niezbędny dla optymalizacji kosztów. Przydaje się też jako punkt odniesienia w razie ewentualnej awarii. Nie ma polskich norm do projektowania posadzek, ale można korzystać z wytycznych niemieckich lub brytyjskich, w których zawarta jest cała procedura projektowa i wykonawcza” – mówi Jędrzej Zdziechowski z firmy Basalttech. Projekt powinien uwzględniać badania gruntowe i przewidywane obciążenia eksploatacyjne. Na ich podstawie określa się grubość posadzki, układ dylatacji, klasę mieszanki betonowej oraz rodzaj i dozowanie zbrojenia.

Badania gruntowe, czyli co jest pod spodem

Wymogi dotyczące badań gruntowych coraz częściej zawierane są już w pozwoleniach na budowę, ale nawet bez nich na tym etapie nie należy oszczędzać. Posadzka przemysłowa przeważnie spoczywa bezpośrednio na gruncie. Im lepszy grunt, bardziej wytrzymały, mniej odkształcalny – tym lepiej, jednak nierzadko hale stawia się na nienośnych terenach starych wysypisk poprzemysłowych czy torfowisk. Badania wykonane przez geotechnika z uprawnieniami pozwalają w porę zaplanować ewentualną wymianę gruntu czy palowanie. Umożliwiają też optymalne zaprojektowanie konstrukcji, bo nie znając nośności podłoża, projektant musi dla bezpieczeństwa przyjąć słabszy grunt i zwiększyć niepotrzebnie grubość posadzki.

Koszt badań jest znikomy w stosunku do skali całej inwestycji, a cały proces dość prosty. Standardowo robi się odwierty do 3 m głębokości, wówczas koszt jednego otworu to 800-1500 zł. Dla celów projektowych najczęściej wystarczają otwory w trzech narożach obszaru pod posadzkę. Jeśli grunt jest zróżnicowany, zaleca się zrobić dodatkowo otwory w czwartym narożniku i pośrodku.

Obciążenia eksploatacyjne, czyli to, co będzie na górze

Dla wielkopowierzchniowych sklepów, hal czy magazynów przyjmuje się obciążenia równomiernie rozłożone o wartości 15 kN/m² (1500 kg/m²), co odpowiada naprężeniom w betonie równym 15 kPa. Z punktu widzenia projektanta nie są to obciążenia krytyczne. Znacznie bardziej niekorzystne są obciążenia punktowe, czyli te od nacisku kółek wózków poruszających się po hali, podstaw maszyn czy nóżek regałów. Naprężenia pod stopkami o boku 10 cm są czterokrotnie większe, niż gdy nóżki mają szerokość 20 cm, jest to zatem informacja w projekcie istotna, podobnie jak udźwig wózków i to, czy będą miały kółka metalowe, czy pneumatyczne. Chcąc zoptymalizować koszty, inwestor powinien podać projektantowi jak najwięcej danych. Inaczej będzie on zmuszony uwzględnić wariant zabudowy najbardziej niekorzystny z punktu widzenia bezpieczeństwa konstrukcji, a dla wózków przyjąć obciążenia normowe, które prawie zawsze są większe niż rzeczywiste. Posadzka będzie przez to przeprojektowana, co na kilkutysięcznym metrażu oznacza dość poważne straty finansowe.

Włókna zbrojeniowe

W posadzkach rzadko stosuje się tradycyjne pręty czy siatki zbrojeniowe, bo utrudniają prace i znacząco podrażają koszty inwestycji. Zamiast tego wykorzystuje się włókna rozproszone. Zwiększają one wytrzymałość betonu nie tylko na ściskanie, ale przede wszystkim na rozciąganie. W zwykłym betonie klasy C 20/25 wytrzymałość na rozciąganie wynosi 2,2 MPa, a po dodaniu włókien może wzrosnąć nawet do 4 MPa. To korzystne z punktu widzenia pracy konstrukcji. Oczywiście wiele zależy od tego, jakie włókna zostaną użyte i w jakiej ilości. Najbardziej popularne zbrojenie fibrobetonu to włókna stalowe, polimerowe i bazaltowe. Należy podkreślić, że ich dobór nie jest dowolny, nie należy (a przynajmniej nie zawsze jest to możliwe) stosować ich wymiennie. Dotyczy to zwłaszcza włókien stalowych. To projektant określa, który rodzaj zbrojenia może być bezpiecznie użyty w danej realizacji i ewentualna zmiana powinna być przez niego zaakceptowana.

• Zbrojenie stalowe

Jest rozwiązaniem najstarszym, najdłużej funkcjonującym na rynku (na Zachodzie już od lat 70.-80. ubiegłego wieku) i często niezastąpionym, ze względu na to, że włókna stalowe najbardziej ze wszystkich zwiększają wytrzymałość betonu. Stalowe pręciki mają najczęściej długość 50-65 mm, do 80 mm. Dawniej były proste, obecnie dla zwiększenia przyczepności betonu produkuje się gięte i falowane – ważne jest, aby dobrze współpracowały z betonem. Potrzeba ich dużo, co najmniej 15 kg/m³ (standardowo 18-30 kg/m³).

Zalety: włókna stalowe zapewniają najwyższą wytrzymałość betonu, często z tego względu są jedynym możliwym rozwiązaniem.

Wady użytkowe: po zatarciu włókna stalowe wystają z posadzki i trzeba je zeszlifować. Zdarza się, że ułożą się płasko, równo z powierzchnią – wówczas podczas szlifowania zostają odsłonięte i będą rdzewieć, stopniowo uszkadzając również beton. W czystych procesach produkcyjnych to niedopuszczalne. Poza tym mieszanka zbrojona włóknami stalowymi jest najtrudniejsza do rozkładania i zacierania, przy większym dozowaniu sprawia też kłopot pompiarzom.

• Zbrojenie polimerowe

Stosuje się je w projektach od 15-20 lat. Konstrukcyjne włókna polimerowe mają długość od 30 do 65 mm, najczęściej 50-55 mm. Wsypuje się je do mieszanki w ilości 1-5 kg/m³. W dokumentacji technicznej włókien określone jest dokładne dozowanie w zależności od obciążeń i oczekiwanych parametrów końcowych posadzki. Warto wiedzieć, że zbrojeniem polimerowym są również włókna polipropylenowe, ale działają one jedynie przeciwskurczowo.

Zalety: włókna polimerowe nie rdzewieją. Posadzki zbrojone polimerem są łatwiejsze wykonawczo i tańsze niż te z włóknami stalowymi (same włókna są droższe, ale wsypuje się ich do mieszanki znacznie mniej).

Wady użytkowe: włókna wystają z posadzki, a ponieważ są dość giętkie, to nie da się ich zeszlifować, tylko trzeba je wypalać, co jest czasochłonne i kosztowne, a przy tym naraża posadzkę na uszkodzenie.

• Zbrojenie bazaltowe

Jest stosunkowo świeżym produktem na rynku, ale wzbudza rosnące zainteresowanie wśród projektantów i wykonawców. Włókna bazaltowe, pomimo bardzo małej średnicy (15 µm, 4-krotnie cieńsze od włosa), pracują strukturalnie i wykazują korzystny wpływ na przyrost wytrzymałości betonu. W celach konstrukcyjnych stosuje się włókna o długości 24-50 mm. Dozowanie zależy od indywidualnego projektu, standardowy zakres to 1-5 kg/m³ mieszanki. Dostępne są też włókna krótsze (12 mm), ale służą one tylko jako zbrojenie przeciwskurczowe.

Zalety: włókna bazaltowe są ekologiczne, wykonane z naturalnego materiału, nie rdzewieją i dobrze znoszą nawet agresywne środowisko. Znacząco zwiększają wytrzymałość betonu na ścieranie (do 40%). Posadzki zbrojone bazaltem są łatwiejsze wykonawczo i tańsze niż te z włóknami stalowymi. Włókna bazaltowe są dość sztywne i łatwo je zeszlifować, poza tym nie widać ich na gotowej powierzchni, co korzystnie wpływa na estetykę wnętrza.

Wady: nie wolno wsypywać ich bezpośrednio do wody, bo się skleją i nie rozłożą równomiernie w betonie - trzeba przestrzegać właściwej kolejności dozowania materiału w procesie przygotowania mieszanki (najpierw kruszywo grube, potem włókna, a dopiero po wymieszaniu piasek, cement i woda). Warto zaznaczyć, że kluczowy jest tu czynnik ludzki, bo jeśli nie popełnimy takiego błędu, to nie ma mowy o wadzie materiału. Pewnym utrudnieniem jest też to, że ze względu na rozmiar oraz kolor włókna nie są widoczne gołym okiem i ewentualne próbki wymagają badania pod mikroskopem.

Właściwy przepis na beton

Na posadzki używa się mieszanek betonowych klasy C 20/25 lub C 25/30, ale o innej gęstości, niż na konstrukcje budowlane typu strop, słup czy belka i z innych cementów - wolnodojrzewających II, III, nawet IV klasy. Nie stosuje się tu cementu portlandzkiego klasy I, który szybko dojrzewa, a przez to rysuje się w pierwszych godzinach po wylaniu. Różne jest też zapotrzebowanie na włókna. Szanujące się betoniarnie mają gotowe projekty mieszanek, więc inwestor może zamówić po prostu beton posadzkowy. Z kolei duże firmy od posadzek mają przetestowane swoje mieszanki i bardzo często dają betoniarni własną recepturę. Górną powierzchnię posadzki jeszcze przed zacieraniem można posypać warstwą proszku zwiększającego odporność na ścieranie albo wykańczać później żywicą, która dodatkowo jest antypoślizgowa i antystatyczna.

Poza przepisem na papierze, ważne jest samo wykonawstwo. Przy niewielkiej skali inwestycji najbardziej ekonomiczna jest oczywiście tradycyjna metoda ręczna, czyli podawanie pompą do betonu, następnie zagęszczanie wibratorem i wyrównywanie łatą, przy czym kluczowa jest tu staranność i doświadczenie ekipy. Na prowadzonych regularnie dużych budowach, powyżej kilku tysięcy metrów kwadratowych, dużo lepiej sprawdzi się automatyzacja - maszyny z czytnikiem laserowo wyznaczonego poziomu, zasobnikiem i listwą wibracyjną. Nie są tanie, ale pozwalają z marszu wyeliminować wiele błędów i mogą się zwrócić już po kilku realizacjach.

Dylatacje

Posadzka jest elementem z betonu, więc żeby nie popękała w niekontrolowany sposób, musi mieć dylatacje. Ich układ powinien być określony w projekcie technicznym (co, jak już wspomniano, jest podstawowym wyróżnikiem dobrej firmy wykonawczej). Są dwa typy dylatacji. Pierwsze to dylatacje na pełną grubość, które niwelują efekt kurczenia się wysychającego betonu na długości (ok. 1-2 mm/m). Przygotowuje się je jeszcze przed betonowaniem, umieszczając na podłożu kątowniki. Zgodnie z normą do projektowania konstrukcji betonowych, odległość między nimi powinna wynosić ok. 30 m.
Oprócz nich potrzebne są dylatacje przeciwskurczowe, które wykonuje się przez nacinanie, już po zatarciu posadzki. Pole dylatacyjne to najczęściej prostokąty lub kwadraty, czasem trapezy - stosunek jednego boku do drugiego nie powinien przekraczać wartości 1,5 (im pole jest bardziej zbliżone do kwadratu, tym lepiej). Wymiar nie powinien być większy niż 30-40 grubości posadzki, czyli dla płyty 20 cm dopuszczalne odległości między dylatacjami to 6-8 m. Dobrze też zrobić je przy słupach albo studzienkach.

Bardzo ważne jest wyczucie czasu. Trzeba wejść na posadzkę na tyle wcześnie, żeby beton nie zdążył stwardnieć (bo przy nacinaniu będzie odstrzeliwał albo wręcz sam zacznie pękać), ale też uważać, żeby nie był zbyt miękki – inaczej będzie się podczas cięcia odrywał. Nie ma tu reguły, zależy to od klasy betonu, czasu dojrzewania mieszanki, warunków, temperatury, wilgotności. Szacuje się, że od wylania i zatarcia powinno minąć nie mniej niż 8 i nie więcej niż 24 godziny. Doświadczone ekipy wykonawcze mają swoje sposoby na wejście w odpowiednim momencie.

Cięcie dylatacji wykonuje się kilkukrotnie. Najpierw nacina się beton cienką tarczą 3 mm na grubość nie mniejszą niż ¼ grubości płyty (i nie mniejszą niż 30 mm), potem szczelinę poszerza się grubszą piłą tarczową, już nie na całą głębokość, tylko na 20-30 mm. Najlepiej, jeśli krawędź dylatacji jest nie w pionie, tylko z fazowaniem, dwukrotnie wzdłuż tej samej szczeliny (jej szerokość powinna być dopasowana do długości boku płyty dylatacyjnej). Następnie w głąb wkłada się sznur dylatacyjny, a z wierzchu uszczelnia się dylatację materiałem elastycznie odkształcalnym.

Test jakości

Z punktu widzenia użytkownika posadzki pierwszy krytyczny moment to ok. 24 godziny od zatarcia – czy pojawią się pajączki, czyli rysy skurczowe od wysychania betonu. Te do 0,5 mm naprawia się żywicą, głębsze mogą wymagać mostkowania. Drugi test ma miejsce podczas eksploatacji, po sezonie letnim - kiedy posadzka ulega kurczeniu - i jesienno-zimowym, gdy się rozszerza. Jeśli nic nie pęka, można uznać test za zaliczony, a z posadzką, o ile nie dojdzie do zmiany sposobu użytkowania obiektu, nie powinno już być żadnych problemów.