swiat 09 - Świat Architektury

W klasycznych konstrukcjach żelbetowych łączy się beton,materiał o dobrej wytrzymałości na ściskanie, z prętami stalowymi,wyróżniającymi się dużą odpornością na naprężeniarozciągające. Odmianą tego typu konstrukcji są siatkobetony,zbrojone siatką o kwadratowych oczkach, których boki wynoszą6–12 mm. W efekcie uzyskuje się materiał o dużej wytrzymałościna rozciąganie i obciążenia dynamiczne. Siatka chroni przedpowstawaniem rys (równomierny rozkład obciążeń) i zapewniamateriałowi szczelność. Przełomem – w przypadku konstrukcjio dużych rozmiarach – okazał się beton sprężony, który powstajeprzez wprowadzenie w płaszczyznę elementu wstępnych naprężeńściskających. W tym celu najpierw rozciąga się staloweelementy zbrojenia o wysokiej wytrzymałości. Uzyskane naprężeniasą odwrotne do tych, które występują podczas użytkowaniakonstrukcji, dzięki czemu (w wyniku pracy całego układu)następuje zrównoważenie uwzględniające normowy zapas bezpieczeństwa.W ten sposób wykonuje się elementy struno-,kablo- i drutobetonowe.Dobór technologiiDzięki modyfikatorom dodawanym do cementu uzyskiwanesą betony o wyższej jakości, zarówno pod względem wytrzymałości,jak i możliwości precyzyjnej obróbki powierzchni i nadawaniaim odmiennych faktur. W zależności od celu, jaki ma zostaćosiągnięty, stosuje się różne typy domieszek i dodatków. Pierwszeto m.in. preparaty uplastyczniające i upłynniające (plastyfikatoryi superplastyfikatory), opóźniające i przyspieszające wiązanie,napowietrzające oraz uszczelniające. Drugie stanowią m.in. pyłykrzemionkowe i zbrojenie rozproszone, np. włókna stalowe,z tworzyw sztucznych, węglowe oraz pochodzenia organicznego.Stosując specjalne środki, można budować w warunkach zimowych.Na rynku pojawiły się także betony wysokowartościowe:o wysokiej wytrzymałości BWW (B60 – B120, których wytrzymałośćna ściskanie wynosi 60–120 MPa), bardzo wysokiej wytrzymałościBBWW (B120 – B180, odpowiednio 120–160 MPa)i ultrawysokiej wytrzymałości BUWW (ponad 180 MPa). Betonyz dodatkiem mikrozbrojenia oraz poddane specjalnej obróbcecieplno-wilgotnościowej osiągają nawet 800 MPa i więcej. Ich stosowaniejest już standardem, np. w budownictwie mostowym,drogowym, tuneli i wysokich budynków szkieletowych o oszczędnychprzekrojach. Ponadto, coraz większą wagę przywiązuje siędo odporności betonów na oddziaływanie środowiska zewnętrznego,do ich urabialności, szczelności i trwałości. W krajach zaawansowanychtechnologicznie wysiłki inżynierów zmierzają dousprawnienia metod modyfikacji betonów poprzez stosowaniesubstancji chemicznych, zwiększających ich szczelność, odpornośćna ekstremalne temperatury i agresję chemiczną.Wspominając o najnowszych osiągnięciach inżynierii materiałowej,warto podać przykłady lekkich betonów wysokowartościowychLBWW, w przypadku których – dzięki użyciusztucznych kruszyw o gęstości do 2000 kg/m 3 – uzyskiwana jestwytrzymałość na ściskanie 50–90 MPa, a także włóknobetonówwysokowartościowych (beton ze zbrojeniem rozproszonymw postaci włókien) i betonów samozgęszczających (o ciekłej konsystencji).LBWW stosuje się głównie w elementach konstrukcjiplatform wydobywczych i innych obiektów wykonywanychw suchych dokach, przęsłach mostów i przekryciach o dużej rozpiętości.Betony kompozytowe uzyskuje się poprzez wykorzystaniewłókna rozproszonego. Jest to dobry sposób na uniknięcierys i pęknięć skurczowych oraz poprawę właściwości mechanicznych.Znajdują zastosowanie w budownictwie drogowym,mostowym, nadbrzeży portowych i zbiorników, nawierzchni halprzemysłowych, posadzek o podwyższonej odporności, budowliwodnych narażonych na obciążenia dynamiczne. Mikrowłóknastosuje się też jako dodatek podczas produkcji prefabrykatówwielkogabarytowych i cienkościennych. Wśród betonów specjalnychnależy wyróżnić wodoszczelne (również drogie betony wysokowartościowe),odporne na ścieranie, hydrotechniczne (łącząw sobie cechy dwóch poprzednich – cechuje je wodoszczelność,mrozoodporność, odporność na ścieranie, niskie ciepło hydratacjioraz minimalny skurcz), osłonowe (osłony radiologiczneprzed promieniowaniem rtg, gamma lub neutronowym) orazognioodporne. Ciekawym przedsięwzięciem było wypełnienie,z użyciem betonów odpornych na ścieranie, dna rzeki Los Angeles,zniszczonego przez erozyjne tarcie. Natomiast już w latachtrzydziestych ubiegłego wieku – do wzniesienia zapory Hooverana rzece Kolorado w USA – użyto betonów hydrotechnicznych,indywidualnie opracowanych dla tego projektu.Odporność betonu na krótkotrwałe działanie temperaturyjest niska i kształtuje się w granicach 200–3000°C. Po przekroczeniutej wartości następuje spadek wytrzymałości oraz sprężystości,a elementy ulegają znacznym i trwałym odkształceniom.Dlatego mieszanki ognioodporne stosuje się do budowy kominowychprzewodów dymowych, kotłów centralnego ogrzewaniai konstrukcji, gdzie temperatura dochodzi do 7000°C. Niestety,w takich warunkach tracą nawet do 65% wytrzymałości na rozciąganie,co uznaje się za dopuszczalne.Żelbet jest materiałem umożliwiającym prefabrykację elementówkonstrukcyjnych, stosowanych z powodzeniem nawetw przypadku mostów – np. Spencer Dock Bridge w Dublinie,obiekt nagrodzony The Best Structural Design Award w 2009 r.przez LEAF Awards (Leading European Architects Forum).Irlandzki most projektu Amanda Levete Architects, stworzonywe współpracy z konstruktorem Laing'em O’Rourke'm, zbudowanoz elementów żelbetowych wykonanych in situ i prefabrykowanych,łączonych innowacyjną metodą. Formy, w którychbyły wylewane, zrobiono z ekspandowanego polistyrenu o dużejgęstości, dodatkowo pokrytego żywicą w celu uzyskania gładkiejpowierzchni. Modele parametryczne 3D, na podstawie którychpowstały szalunki, umożliwiły dokładną kontrolę ich geometrii.Mimo to, znaczną część konstrukcji z betonu ciągle wykonuje sięjako wylewane na placu budowy. Największą wadą tej metody sąszalunki. Wprawdzie od dawna stosuje się szalunki tracone, któreprzyspieszają pracę, ale są kosztowne. Inna, zyskująca popularnośćtechnika polega na nasuwaniu konstrukcji, dzięki czemuwyraźnie zmniejszył się plac budowy.Stal w rozwiązaniach żelbetowychPoczątkowo w konstrukcjach stosowano żeliwo, które byłomateriałem pękającym, zawodnym. Następnie zaczęto wykorzystywaćstal zgrzewną, a po niej zlewną. Dzięki nowym technologiomwytwarzania i obróbki (np. termomechanicznej), a także poprawieskładu chemicznego i mikrostruktury krystalicznej jest to stal o corazlepszych właściwościach – większej wytrzymałości i odpornościna korozję. Zniknął również problem spawalności. Stosuje się staltrudnordzewiejącą (np. część pylonu mostu w Hongkongu).Wykorzystując elementy żelbetowe, należy również pamiętaćo recyclingu, koniecznym po zakończeniu eksploatacji obiektużelbetowego. Gruz betonowy może być z powodzeniem użytkowanyw drogownictwie. Miejmy nadzieję, że jego zastosowaniedo podbudowy dróg stanie się popularne również w Polsce.Ewa Gwóźdź90 świat architektury świat architektury 91