Elementy żelbetowe w budynkach rolniczych. Przyczyny uszkodzeń i metody naprawy
Elementy żelbetowe stosowane w budownictwie rolniczym trzeba właściwie zabezpieczyć przed działaniem niepożądanych czynników środowiskowych. Jakie mogą być przyczyny uszkodzeń betonu i zbrojenia podczas eksploatacji budynku rolniczego? Czy istnieją skuteczne metody naprawy uszkodzonego żelbetu?
Spis treści
- Zastosowanie i wymagania eksploatacyjne
- Przyczyny uszkodzenia betonu
- Metody ochrony konstrukcji żelbetowych
- Skutki nieprawidłowego wykonania konstrukcji
Dzięki połączeniu betonu o wysokiej wytrzymałości na ściskanie ze stalowym zbrojeniem o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie konstrukcje żelbetowe są bardzo trwałe i wytrzymałe. Ich eksploatacja w agresywnym środowisku panującym w budynkach inwentarskich i magazynowych może się jednak przyczynić do ich korodowania i uszkodzeń. Dotyczy to głównie powierzchni elementów żelbetowych, a nierzadko – w przypadku znacznej korozji betonu – także elementów zbrojenia.
Zastosowanie i wymagania eksploatacyjne
Jako monolityczne najczęściej wykonywane są fundamenty obiektu, stropy, płyty, ściany oporowe, schody oraz wiele innych elementów budynku, których kształt oraz lokalizacja umożliwiają zbudowanie konstrukcji szalunku (drewnianego, stalowego lub z tworzywa sztucznego) i umieszczenie w nim zbrojenia.
Druga opcja to wytwarzanie w zakładzie produkcyjnym gotowych elementów - prefabrykatów betonowych, m.in. ściennych, stropowych oraz stóp i ław fundamentowych. Dostarczane są one na plac budowy i tam montowane.
Żelbet jest wykorzystywany przy wznoszeniu różnego typu konstrukcji budynków rolniczych, wśród których można wymienić obory, chlewnie, kurniki bądź magazyny. Oprócz tego znajduje on także zastosowanie w tzw. konstrukcjach pomocniczych w gospodarstwie, takich jak m.in. płyty obornikowe, silosy i zbiorniki magazynujące występujące w gospodarstwach rolnych.
We wszystkich wymienionych obiektach budowlanych w czasie ich eksploatacji przechowuje się różne substancje, które mogą stwarzać realne zagrożenie dla żelbetowej konstrukcji. Są to m.in. nawozy naturalne pochodzenia zwierzęcego, takie jak obornik, woda gnojowa i gnojowica oraz mniej lub bardziej sfermentowane pasze objętościowe, tzw. kiszonki z trawy, kukurydzy lub innych roślin liściastych.
W ostatnich latach branża rolnicza na świecie poszerzyła sektor wytwarzania żywności o produkcję biogazu. Wśród obiektów służących do jego wytwarzania są takie, które wznosi się z elementów żelbetowych, np. komory fermentacyjne lub zbiorniki magazynujące biogaz. W tego typu budynkach występuje także ryzyko degradacji struktury żelbetonowej w wyniku styczności z agresywnymi substancjami powstającymi przy produkcji biogazu.
Zastosowanie żelbetu w danym obiekcie budowlanym jest podyktowane jego ogólnym przeznaczeniem podczas użytkowania, istotne są także warunki środowiskowe, w jakich obiekt będzie pracował. Warto pamiętać, że konstrukcje żelbetowe można zaprojektować tak, żeby wykazywały dużą odporność na potencjalne zagrożenie pożarem.
Zalety użytkowe żelbetu zastosowanego w budownictwie to również kwestie związane z tłumieniem potencjalnych drgań budynku. Obiekty wykonywane z wykorzystaniem tej technologii są masywne, a tym samym mało podatne na oddziaływania dynamiczne. Dzięki takim właściwościom budynki żelbetowe dobrze sprawdzają się w tzw. obiektach kubaturowych. Do tych ostatnich możemy zaliczyć np. warsztaty czy hale produkcyjne i magazynowe, w których ważne jest zapewnienie jak największej przestrzeni.
Przeczytaj również:
- Silosy i zbiorniki magazynujące. Jak wykorzystać prefabrykaty betonowe?
- Mycie hal przemysłowych – rodzaje zabrudzeń, metody ich czyszczenia
Przyczyny uszkodzenia betonu
Konstrukcje żelbetowe w budynkach rolniczych niezależnie od sposobu ich wznoszenia narażone są na trudne warunki eksploatacyjne. Chodzi tu przede wszystkim o bezpośrednią styczność z wodą oraz zanieczyszczeniami, takimi jak chociażby odchody naturalne zwierząt hodowlanych czy też składowane pasze.
Płyty gnojowe, inaczej obornikowe, to jedne z najpopularniejszych obiektów pomocniczych w rolnictwie, które w całości wykonywane są z żelbetu. Służą one do przechowywania obornika w czasie, gdy nie wykorzystuje się go na użytkach rolnych, czyli (w naszym kraju) w okresie jesienno-zimowym – od listopada do końca kwietnia.
Obornik (najczęściej w formie słomiastej) magazynowany jest bezpośrednio na powierzchni płyty gnojowej, natomiast pod nią lub w jej bliskim sąsiedztwie znajduje się zbiornik na frakcję płynną odciekającą z obornika, określaną mianem wody gnojowej (gnojówki). Wymiary oraz pojemność płyty gnojowej w danym gospodarstwie zależą głównie od systemu utrzymania zwierząt, a także rodzaju oraz ilości produkowanego przez nich obornika. Jeżeli jest on składowany na żelbetowej płycie gnojowej przez okres kilku miesięcy, to powstające przy jego fermentacji agresywne związki chemiczne będą niekorzystnie oddziaływały na beton, przyczyniając się do jego powolnej degradacji.
Jedną z najbardziej szkodliwych substancji występujących w oborniku jest amoniak. W związku z tym użytkownicy płyt obornikowych powinni liczyć się z tzw. korozją amonową oraz okresową korozją kwasową betonu. Korodować mogą także elementy stalowe użyte do zbrojenia.
Ponieważ płyty obornikowe są zlokalizowane bezpośrednio przy gruncie, ich żelbetowa konstrukcja jest także narażona na wpływ warunków atmosferycznych. Oddziaływanie mrozu, czyli częste zamarzanie i rozmrażanie wszelkich substancji ciekłych, jak wody opadowe lub gnojowe, to bardzo częsta przyczyna degradacji betonu wykorzystanego do budowy płyty gnojowej. Oprócz tego na beton mogą niekorzystnie oddziaływać związki chemiczne zawarte w wodach gruntowych.
Opisane powyżej procesy zachodzą także w zbiornikach na płynne odchody naturalne zwierząt, występujące przy tzw. bezściółkowym systemie utrzymania, określane jako gnojowica. To mieszanina kału, moczu, ewentualnie resztek paszy oraz wód technologicznych z budynków inwentarskich, łącznie z przeciekami z instalacji wodociągowych. Ona również stanowi realne zagrożenie dla elementów żelbetowych użytych w konstrukcji zbiornika przeznaczonego do jej magazynowania.
Często zbiorniki te wykonywane są jako podziemne, częściowo zagłębione lub całkowicie naziemne. Mogą stać niezależnie, w pewnej odległości od obiektu inwentarskiego, lub być z nim bezpośrednio połączone. Praktyczną i popularną alternatywą dla oddzielnego zbiornika magazynującego jest przechowywanie gnojowicy w kanałach umieszczonych bezpośrednio pod budynkiem hodowlanym, które wchodzą w skład fundamentów obiektu. Kanały te przykryte są ażurową podłogą z prefabrykowanych elementów żelbetowych.
Kolejna grupa obiektów rolniczych, których konstrukcje żelbetowe są narażone na korozję, to silosy i zbiorniki do magazynowania powstających w wyniku bieżącej działalności produkcyjnej różnego rodzaju pasz, np. kiszonek, ziaren zbóż i innych pasz lub dodatków żywieniowych. Takie obiekty mają zazwyczaj konstrukcję typu wieżowego, a ich średnice zewnętrzne mogą zawierać się w szerokim zakresie – od 2,3 m do nawet 20,25 m (w przypadku silosów na dużych farmach).
Silosy przeznaczone na kiszonki są natomiast wykonywane najczęściej w formie przejazdowej o szerokości od 2 do 5 m. Przechowywanie paszy dla zwierząt w postaci kiszonki jest dobrym rozwiązaniem, powszechnie stosowanym przez rolników w mniejszych bądź większych gospodarstwach z produkcją roślinną oraz hodowlaną. Niestety podczas magazynowania kiszonki w silosach dochodzi do procesu zakiszania, w którym powstają związki mogące powodować korozję żelbetowej konstrukcji obiektu.
Metody ochrony konstrukcji żelbetowych
Sposób zabezpieczenia wyrobów betonowych przed agresywnymi czynnikami zewnętrznymi, takimi jak chociażby substancje pochodzące z produkcji rolniczej, jest indywidualną sprawą danego producenta i rolnika, który je bezpośrednio eksploatuje. W przypadku prefabrykatów często zdarza się, że wytwórcy nie podają danych na temat potencjalnych zagrożeń i zabezpieczenia swoich produktów przez wykorzystanie środków ochronnych.
Według informacji uzyskanych od jednego z producentów prefabrykatów żelbetonowych rysuje się pewna tendencja w kwestii podejścia firm wytwórczych do dodatkowej ochrony produkowanych przez siebie wyrobów. Zasadniczo filozofia sprzedaży wyrobów żelbetowych wiąże się z tym, że ich parametry (odpowiednie właściwości betonu i rodzaj stali) są tak zaprojektowane, by gotowe elementy nie wymagały stosowania dodatkowych środków ochronnych. Produkcja ma na celu spełnić wymagania właściwej normy i głównie pod tym kątem (wypełnienia normy) wyroby betonowe są badane w przyzakładowych laboratoriach.
W karcie gwarancyjnej (określanej także jako rękojmia) jednego z producentów prefabrykowanych elementów żelbetonowych można wyczytać, że udziela on co prawda gwarancji na swoje wyroby przeznaczone do obiektów dla bydła, ale gwarancja ta nie chroni przed oddziaływaniem związków organicznych, nieorganicznych oraz innych substancji chemicznych w czasie eksploatacji.
W przypadku utrzymywania zwierząt w budynku hodowlanym, w którym występują elementy żelbetowe, nie jest możliwa ich całkowita izolacja od związków organicznych, takich jak odchody lub resztki fermentującej paszy, powstających cyklicznie w procesie produkcyjnym.
W związku z takim stanem rzeczy zazwyczaj potencjalny użytkownik produktu (rolnik) na własną rękę organizuje dodatkowe środki ochronne do zakupionego wyrobu betonowego.
Klasycznym przykładem takiego prewencyjnego działania jest stosowanie przez rolników folii ochronnej w silosach przejazdowych na kiszonkę. Przed zapełnieniem zbiornika całe jego wnętrze wykładane jest folią, tak aby odizolować płytę denną oraz boczne ściany oporowe od magazynowanej paszy.
Skutecznym zabezpieczeniem powierzchni żelbetowych (zarówno w przypadku konstrukcji monolitycznych, jak i prefabrykowanych), używanym także w budownictwie rolniczym, są różnego typu środki ochrony chemicznej, takie jak impregnaty, farby akrylowo-poliuretanowe czy epoksydowo-poliuretanowe.
W celu osiągnięcia zamierzonego efektu podczas ich stosowania należy ściśle przestrzegać zaleceń producenta w zakresie właściwego przygotowania podłoża betonowego oraz aplikacji preparatu na beton. Przed nałożeniem odpowiedniego impregnatu lub farby podłoże betonowe powinno być czyste i suche, bez tłustych plam lub innych substancji zmniejszających przyczepność powierzchni.
Skutecznym sposobem na oczyszczenie powierzchni może być np. piaskowanie. W czasie aplikacji środka na powierzchnię żelbetową temperatura otoczenia powinna mieścić się w zakresie od 10 do maks. 30°C i nie spadać poniżej punktu rosy (3°C).
Najbardziej skuteczne systemy ochrony (impregnacji) składają się zazwyczaj z dwóch preparatów. Pierwszy pełni rolę podkładu i jest nakładany bezpośrednio na powierzchnię betonową. Ta warstwa gruntująca poprawia przyczepność oraz zapobiega powstawaniu porów i pęcherzyków powietrza w utwardzonej powłoce ochronnej. Następną warstwę, tzw. powierzchniową, stanowi preparat właściwy, jakim może być farba na bazie ww. poliuretanu.
Najczęściej środki ochronne nanosi się przy użyciu pędzla (najlepiej z krótkim włosiem) bądź urządzenia do natrysku bezpośredniego. Jeżeli wybrany system składa się z więcej niż jednego środka, ważne jest zachowywanie właściwych przerw technologicznych pomiędzy nakładaniem kolejnych warstw. Producent zaleca zazwyczaj odstępy czasowe od 12 do nawet 72 godzin.
Dostępne na rynku preparaty ochronne do powierzchni betonowych mają kilka zasadniczych funkcji użytkowych. Przede wszystkim zastosowanie środka ochronnego minimalizuje niebezpieczeństwo degradacji żelbetu w wyniku działania wody, zwłaszcza w okresie występowania ujemnych temperatur. Zamarzająca i rozmrażająca się woda może być bowiem przyczyną powstawania pęknięć i rys na betonie.
Większość preparatów chroni konstrukcje betonowe przed korozją, która może być wywołana m.in. przez wspomniane wcześniej odchody odzwierzęce czy sfermentowane kiszonki z paszy. Warto także zauważyć, że poprzez zastosowanie właściwego preparatu, szczególnie kilkuwarstwowego, zwiększa się odporność powierzchni betonowej na uszkodzenia mechaniczne – podczas jej użytkowania najpierw będzie ścierana warstwa ochronna.
Skutki nieprawidłowego wykonania konstrukcji
Żelbetowe konstrukcje, zarówno prefabrykowane, jak i monolityczne, są narażone na niekorzystne warunki eksploatacyjne panujące w budynkach rolniczych. Na ich wytrzymałość i trwałość wpływa jakość wykonania, którą zdecydowanie trudniej zapewnić w przypadku prowadzenia prac bezpośrednio na budowie.
Właściwe wykonanie monolitycznej konstrukcji żelbetowej nie zapewnia jej bezobsługowego użytkowania, szczególnie w trudnych warunkach środowiskowych, jakie panują w większości obiektów rolniczych. Zwłaszcza we wstępnej fazie po wylaniu betonu, kiedy dochodzi do jego wiązania i twardnienia, należy pamiętać o jego prawidłowej pielęgnacji. W przeciwnym razie istnieje ryzyko, że nie uzyska właściwości użytkowych na pożądanym poziomie, a trwałość konstrukcji może ulec znacznemu skróceniu.
Skutków braku lub niewłaściwie wykonanej pielęgnacji jest kilka. Pierwszy z nich to tzw. skurcz plastyczny, spowodowany odparowaniem wody z warstwy betonu przed wyschnięciem mieszanki. W wyniku tego procesu w strukturze betonu mogą powstawać nieregularne rysy o długości sięgającej 1 m i głębokości na poziomie 0,1–3 mm. Ten problem występuje najczęściej w ciągu 24 godzin od momentu wylania warstwy betonu w deskowanie wypełnione zbrojeniem.
Nie tylko zbyt szybkie odparowanie wody z mieszanki jest niebezpieczne dla betonu. Na skutek zróżnicowanego (nierównomiernego) osiadania mieszanki między elementami zbrojenia może także dochodzić do uszkodzenia struktury konstrukcji żelbetowej. „Osiadanie plastyczne”, bo tak określa się to zdarzenie, wywołane jest najczęściej nieostrożną i niedokładną pracą operatora aplikującego mieszankę betonową, a także poruszaniem strukturą zbrojenia podczas jej zalewania. W tym przypadku rysy powstają bezpośrednio w okolicach zbrojenia, wzdłuż stalowych prętów.
Wszelkiego typu niepożądane ruchy i drgania mechaniczne są niebezpieczne dla świeżego żelbetu. Jeśli struktura mieszanki betonowej jeszcze nie stwardniała, to każde, nawet niewielkie uderzenie, może spowodować rozluźnienie całości, co w efekcie prowadzi do powstawania rys i pęknięć.
Nie jest to regułą, ale w przypadku obiektów rolniczych obniżenie trwałości betonu w postaci mniejszych lub większych rys i pęknięć znacznie zwiększa możliwości dostawania się do struktury żelbetowej niebezpiecznych (agresywnych) mediów powstających w trakcie produkcji rolniczej.
W konsekwencji długotrwałego utrzymywania się niepożądanych związków chemicznych wewnątrz konstrukcji żelbet może stracić swoją trwałość nawet do takiego stopnia, że będzie to groziło katastrofą budowlaną. Tego typu substancje nie powinny mieć stałego kontaktu z betonem tak długo, jak to możliwe. Jeżeli jednak doszło już do naruszenia struktury konstrukcji, trzeba ją osuszyć, a następnie naprawić powierzchnię betonową. Przy braku możliwości naprawy należy rozważyć usunięcie uszkodzonej warstwy betonu i jej ponowne wykonanie.
Jeżeli z różnych przyczyn warstwa żelbetowa ma w swojej strukturze pęknięcia i rysy, równie poważne zagrożenie dla konstrukcji stanowić będzie woda. Może to być szczególnie niebezpieczne w sytuacji, gdy prace montażowe będą przebiegały w temperaturze dodatniej, a nocą spadnie ona poniżej 0°C.
Wnikająca w pęknięcia woda zamarznie, a zamieniając się w lód, zwiększy swoją objętość, w wyniku czego wewnątrz warstwy betonowej mogą powstać niszczące naprężenia, które stwarzają realne zagrożenie dla konstrukcji żelbetonowej.
