Sprawozdanie ze Szkolenia Związku Mostowców Rzeczypospolitej Polskiej

Janek Wędzicha już od długiego czasu wykonuje świetną robotę na rzecz naszego Koła Naukowego. Również tym razem spisał się w przenośni i dosłownie! Jeżeli jesteście ciekawi co łączy morderstwo i diagnostykę konstrukcji betonowych, zapraszamy Was do lektury! Tekst jest tak świetny, że nawet jeżeli nie byliście na szkoleniu, to po jego przeczytaniu poczujecie się jakbyście brali w nim udział.

Dawid Kisała

Pod koniec października 2012 roku odbyło się kolejne szkolenie małopolskiego oddziału Związku Mostowców Rzeczypospolitej Polskiej, którego tematem wiodącym były „Współczesne metody diagnostyki betonowych konstrukcji mostowych”. Program szkolenia został rozłożony na dwa dni, podczas których uczestnicy mieli okazje poznać teorię badań diagnostycznych oraz zobaczyć jak wyglądają one w praktyce na istniejącym obiekcie mostowym.

Dzień I

24 października punktualnie o godzinie 10:00 wszyscy członkowie ZMRP zasileni gronem studentów z Koła Naukowego Konstrukcji Mostowych Politechniki Krakowskiej, zebrali się w Sali konferencyjnej Stałej Wystawy Budownictwa „Chemobudowa” w Krakowie. Wykład dotyczący teoretycznej części szkolenia, wygłosił dr inż. Andrzej Moczko, będący pracownikiem Instytutu Budownictwa na Politechnice Wrocławskiej. Mimo tego, że jego specjalnością nie są mosty, a konstrukcje budowlane, to sam przyznał, że obiekty mostowe są najciekawszymi konstrukcjami betonowymi i są jego głównym przedmiotem zainteresowań.

W części wprowadzającej doktor przedstawił wybrane egzemplifikacje konstrukcji betonowych, w których zastosowano zaawansowane rozwiązania technologiczne. Między innymi posłużył się przykładem duńskiego mostu Storebælt, gdzie inżynierowie borykali się z problemem skurczu w masywnych blokach kotwiących liny nośne. Aby zmniejszyć odkształcenia skurczowe, zastosowali system rur, którymi po zabetonowaniu tłoczona była zimna woda, zmniejszająca gradient temperatury betonu podczas dojrzewania. Rozwiązanie to sprawdziło by się doskonale, gdyby nie jeden mały szczegół. Zapomniano wypompować wodę na okres zimowy. Efektem tego było powstanie pęknięć, co prawda nie spowodowanych skurczem, a rozszerzalnością wody pod wpływem ujemnych temperatur. Aby ratować konstrukcję trzeba było przeprowadzić serie badań, w których osobiście uczestniczył przemawiający dr inż. Andrzej Moczko. Przykład ten ukazuje jak ważną rolę w procesie budowlanym stanowią metody diagnostyczne, którymi posługuje się nie tylko na potrzeby ekspertyz obiektów istniejących, ale też w celach kontroli jakości nowo powstających konstrukcji. Metody te sprawdzają się również w innych, nieco bardziej ekstremalnych przypadkach, czego doświadczył prowadzący szkolenie doktor. Pewnego dnia został on poproszony przez policję, o współpracę przy sprawie dotyczącej domniemanego zabetonowania zwłok kobiety, zamordowanej przez swojego męża. Również tutaj badania diagnostyczne nie zawiodły - ciało denatki odnaleziono.

Po dość treściwym i pełnym dygresji wstępie, doktor przeszedł do analizy aktualnego stanu prawnego oceny parametrów mechanicznych betonu w konstrukcjach mostowych, czyli krótko mówiąc do obowiązujących norm. Według niego, budownictwo betonowe w Polsce podzielić można na „budownictwo betonowe” i „mosty betonowe”. Jest to ewenement w skali światowej. W większości krajów mosty betonowe znajdują się w zakresie kompetencji „żelbetowca”, mosty stalowe analogicznie w zakresie „stalowca” itd. W Polsce posiadamy odrębną specjalność mostową, która obejmuje wszystkie rodzaje konstrukcji obiektów mostowych, a nawet budowli podziemnych. Polscy mostowcy nie praktykują również projektowania według Eurocodów. Co więcej norma mostowa PN-91/S-10042 zawiera odmienny od innych podział na klasy betonu. Mamy tu do czynienia z klasami B35 oraz B40, które mijają się z tymi zawartymi w normie betonowej PN-B-03264, gdzie w ich miejsce występuje podział na B37 i B45. Nowa Europejska norma betonowa PN-EN 206-1 podaje z kolei wymagania dotyczące badań betonu, ale nie precyzuje już w jaki sposób interpretować ich wyniki. Norma ta odsyła wielokrotnie do zaleceń projektanta, którego opinia staje się tym samym najważniejsza w porównaniu do innych uczestników procesu budowlanego. Niektóre zalecenia omawianej normy nie są też adekwatne do rzeczywistości. Przykładowo podane są w niej wymagania, dotyczące stopnia napowietrzenia betonu, po spełnieniu których mrozoodporność betonu uważana jest za wystarczającą. Pominięto jednak fakt, że na mrozoodporność oprócz stopnia napowietrzenia, mają wpływ takie czynniki jak rozmieszczenie oraz struktura pęcherzyków powietrznych. W efekcie dwie próbki o tym samym stopniu napowietrzenia mogą odznaczać się różnymi wytrzymałościami na działanie zmiennych temperatur.

Kolejnym punktem spotkania było omówienie konkretnych badań diagnostycznych, zaczynając od lokalizacji i identyfikacji zbrojenia. Przedstawione zostały tutaj takie metody jak: cover-master, profometer, radar, radiografia (promienie γ) oraz promienie rentgenowskie. O ile pierwsze dwie metody są w Polsce dość powszechnie stosowane, o tyle z kolejnymi spotkać się jest już bardzo trudno. Jeśli chodzi o radar, to ciężko jest znaleźć specjalistów potrafiących wykonać i zinterpretować wyniki badań przy jego użyciu. Z kolei wykorzystanie radiografii i promieni rentgenowskich jest znacznie ograniczone przez ostre ograniczenia wynikające z przepisów.

Następnym bardzo ważnym, o ile nie najważniejszym z przedstawionych zagadnień są metody kontroli wytrzymałości betonu na ściskanie. Parametr ten, na istniejącym obiekcie, możemy poznać z największą dokładnością, wykonując odwierty rdzeniowe i ściskając je w prasie hydraulicznej. Metoda ta niesie ze sobą szereg korzyści. Odwiercone próbki można zinwentaryzować gołym okiem, określając wizualny stan struktury betonu oraz zastosowane kruszywo. Bardzo ważną kwestią jest odpowiednie przygotowanie odwiertów przed ściskaniem. Wykonuje się to poprzez równoległe szlifowanie ściskanych powierzchni lub przez kapslowanie, czyli wykonanie specjalnych nakładek wypełnionych medium (np. piaskiem), które umożliwi osiowe przyłożenie siły, pochodzącej od prasy hydraulicznej. Dr inż. Andrzej Moczko podkreślił, że inżynier będący stroną w sporze, którego rozstrzygnięcie ma dać badanie wytrzymałości betonu na ściskanie, ma prawo w nim osobiście uczestniczyć i dopilnować aby właściwie przygotowano próbki.

Inną metodą pomiaru wytrzymałości betonu na ściskanie jest Pull-Out. W badaniu tym mierzymy siłę wyrywającą, przekazywaną na beton poprzez umieszczoną w nim kotwę. Siła ta bezpośrednio przelicza się na wytrzymałość na ściskanie. W zależności od sposobu zamocowania wspomnianej kotwy w betonie, rozróżnia się dwie odmiany badania: LOK-Test; gdzie kotwa jest bezpośrednio zabetonowana podczas realizacji obiektu, oraz CAPO-Test - kotwa jest umieszczona w specjalnie frezowanym otworze.

Ostatnim z przedstawionych i chyba najbardziej kontrowersyjnym badaniem określającym wytrzymałość na ściskanie jest badanie sklerometryczne z użyciem młotka Schmidta. Metoda ta polega na pomiarze twardości powierzchniowej betonu, którą za pomocą krzywych regresji można odnieść do wytrzymałości na ściskanie. Problemem jest, że nie istnieje żadna globalna krzywa odnosząca się ogólnie do wszystkich betonów. Efektem tego jest konieczność wyprowadzania indywidualnych wzorów krzywych dla każdego badanego obiektu z osobna. Aby to zrobić konieczne jest wykonanie odwiertów, które zostaną zbadane najpierw młotkiem Schmidta a później ściśnięte w prasie hydraulicznej. Dysponując takimi wynikami badań, za pomocą określonej procedury można wyznaczyć krzywą przedstawiającą zależność między twardością powierzchniową a wytrzymałością na ściskanie na konkretnym obiekcie. Już w tym momencie należy zadać sobie pytanie czy jest sens stosowania tej metody skoro i tak zakłada ona wykonanie odwiertów rdzeniowych. Należy również pamiętać, że sprawność działania młotka Schmidta musi być sprawdzona na specjalnym kowadle kontrolnym przed i po przeprowadzonych badaniach. Badania można wykonywać jedynie w określonym przedziale temperatur wynoszącym 10 - 35^oC. Wpływ na odczyt pomiaru w badaniu tym mają też takie czynniki jak: pozycja młotka, wpływ wieku betonu, rodzaj deskowania jakie było użyte przy betonowaniu oraz pokrycie powierzchni betonu farbami. Można też ogólnie stwierdzić, że używając tej metody badamy tylko wytrzymałość powierzchni elementu betonowego, nie wiemy co dzieje się głębiej. Biorąc pod uwagę wszystkie zmienne wpływające na wyniki metody sklerometrycznej, należy stwierdzić, że daleko jej do doskonałości. Nie oznacza to oczywiście, że nie ma dla niej miejsca w budownictwie. Badania młotkiem Schmidta doskonale nadają się do kontroli jednorodności betonu. Stosować można je również w zakładach prefabrykacji, gdzie wykonuje się całe serie elementów z takiego samego betonu.
Innymi badaniami diagnostycznymi, które zostały krótko omówione na koniec szkolenia były Pull-Off, Aquamerck Test, Rapid Chloride Test, Rainbow Test oraz Test Fenoloftaleinowy. W badaniu Pull-Off, należy przykleić specjalnym klejem metalowy krążek do powierzchni betonu, następnie nawiercić kilkucentymetrowy rowek na około wspomnianego krążka. Ostatnim krokiem jest oderwanie betonu przy pomocy urządzenia które przekazuje siłę wyrywającą na krążek, a ten z kolei poprzez klej na beton. Wartością którą otrzymujemy dzięki badaniu jest wytrzymałość na odrywanie. Aquameck Test oraz Rapid Chloride test to metody umożliwiające ocenę stężenia siarczanów i chlorków w przekroju betonowym. Z kolei Rainbow Test oraz Test Fenoloftaleinowy pozwalają na określenie stopnia karbonatyzacji warstwy przypowierzchniowej betonu. Współczynniki użyte w obu testach naniesione na powierzchnię badanego elementu zmieniają swój kolor w zależności od odczynu PH. Im niższe PH tym odczyn jest bardziej kwasowy, tym gorzej dla stali zbrojeniowej, która w środowisku kwasowym ma doskonałe warunki do korozji.

Po takiej ilości przyswojonych informacji uczestnicy szkolenia udali się na obiad, podczas którego mieli czas na przedyskutowanie wszelkich niejasności, spostrzeżeń oraz uwag dotyczących wykładu. Już następnego dnia, będą oni mieli szansę na wykorzystanie nabytej wiedzy teoretycznej w praktyce, kiedy to odbędzie się druga część szkolenia, pokazująca jak „od kuchni” wyglądają badania diagnostyczne na istniejącym obiekcie mostowym.

CDN...

Jan Wędzicha - tekst

Dawid Kisała - zdjęcia

Posted in: Andrzej Moczko, cover-master, diagnostyka betonów, Grażyna Czopek, Jan Wędzicha, profometer, promienie rentgenowskie, radar, radiografia (promienie γ), zmrp, Związek Mostowców Rzeczypospolitej Polskiej