Zpět

Zkroucení betonových desek – příčiny a protiopatření

Příspěvek se věnuje jednomu z typů závad betonových podlah, případně vrstev podlahových konstrukcí na bázi cementu, a to zkroucení desek. Popisuje jeho příčiny, následky a uvádí možná opatření pro jeho omezení a způsob opravy.

Publikováno: 29.07.2007
Rubrika:
Autor: (red)

V průběhu zrání cementových materiálů dochází k výrazným objemovým změnám, které závisejí na celé řadě materiálových a technologických vlivů. Jejich příčinou může být mnoho faktorů, podle kterých se pak dělí na jednotlivé typy. Nejvýznamnějšími jsou objemové změny způsobené ztrátou vlhkosti zrající směsi a objemové změny tzv. autogenní, tj. změny, které nastávají i přesto, že nedochází k odvádění, nebo naopak dotaci, vlhkosti. Příčinou těchto změn je vlastní hydratační reakce, jejíž produkty mají menší objem než výchozí složky, případně tzv. vnitřní vysychání způsobené spotřebováváním záměsové vody na hydrataci cementu.
O velikosti objemových změn rozhoduje jak charakter použitého pojiva a přísad, tak i jejich dávka, dávka záměsové vody, složení plniva (kameniva), ale i způsob a délka ošetřování často v praxi ovlivněná pouze velmi proměnlivými vlastnostmi prostředí, kde se beton vyskytuje.
Na podlahové konstrukce mají objemové změny významně negativní vliv a způsobují poškození, která mohou zkracovat jejich trvanlivost, mohou být nepřijatelná z hlediska budoucího provozu na podlaze, v lepším případě pak představují „pouze“ estetické závady. Obvykle vyžadují vynaložení dalšího úsilí a finančních prostředků na své opravy. Těmito poškozeními jsou nejčastějšími smršťovací trhliny a zkroucení betonových desek, které je tématem následujícího textu.

Zkroucení betonových desek
Zkroucením desek je míněna změna tvaru desky, její zakřivení, při kterém dojde k nadzdvižení hran desky, nebo naopak jejich zanoření do podkladu. Příčinou jevu jsou rozdílné objemové změny na horním a na dolním povrchu desky. Pokud se více smrští horní povrch dojde k nadzdvižení hran, pokud spodní povrch dojde k zanoření hran, případně k nadzdvižení středu desky. Nejvýrazněji se tento efekt projevuje v rozích desek, kde se sčítá deformace obou hran. Rozdíl objemových změn je nejčastěji způsoben rozdílnou vlhkostí betonu (rozdílnými podmínkami pro jeho vysychání), případně rozdílnou teplotou betonu. Ve většině případů nastávají nepříznivé projevy zkroucení relativně brzy po uložení betonu, nicméně mohou nastat i případy, kdy k nadměrnému zkroucení dojde až v pozdější době.
Popisovaný jev je pro mnoho lidí neznámou skutečností, případně se domnívají, že nastává pouze někdy, za nepříznivých okolností. Skutečností však je, ke zkroucení dochází u všech betonových desek. Otázkou pouze zůstává, zda je natolik výrazné, aby vedlo ke vzniku významných poruch.
Nejčastěji ke zkroucení dochází, když horní povrch desky vysychá rychleji, a tudíž se smrští více, než její spodní povrch. K tomu dochází obvykle relativně brzy po uložení betonu, v případech kdy jsou smršťovací spáry provedeny v příliš velké vzdálenosti, případně sám beton je náchylný k velkému smršťování (například velký obsah vody nebo cementu) a současně beton nebyl dostatečně intenzivně, nebo dostatečně dlouho ošetřován. Ke zvětšení rozdílu ve velikosti smrštění přispívá i uložení betonu přímo na vodotěsný podklad, například polyetylenovou fólii. Obrácené zkroucení, kdy hrany a rohy desek se zanořují do podkladu a dochází k nadzdvihnutí středů desek, může nastat například při správném ošetřování desky, která však byla uložena na velmi savý podklad. To nastává zejména při špatné předúpravě již vyzrálého betonového podkladu před nanášením nových, obvykle tenkých, vrstev.


Průmyslová podlaha s nadzdviženými rohy desek

Druhou významnou příčinou zkroucení desek je teplotní dilatace při rozdílné teplotě obou povrchů. V případě intenzivního ohřátí horního povrchu například slunečním svitem dochází k nadzdvižení středů desek, naopak při prudkém ochlazení, například v noci, dochází k nadzdvižení hran a rohů.
Důležitými konstrukčními faktory ovlivňujícími velikost popisované závady jsou tloušťka betonové vrstvy a vzdálenost smršťovacích spár. Je potvrzenou skutečností, že čím je deska tenčí, tím větší má tendenci ke zkroucení, protože rozdíl v objemových změnách nastává na menší vzdálenosti povrchů. Současně platí, že u větších desek je jejich zkroucení výraznější, protože absolutní hodnota rozdílu objemových změn je větší (viz obr. 3).
Skutečnost, že s fenoménem zkroucení desek je třeba při přípravě provádění betonové podlahy počítat a že už relativně malý rozdíl ve smrštění horního a dolního povrchu desky vede k jejímu výraznému zdeformování demonstruje graf na obr. 3. Zobrazuje výsledky parametrické studie, kde byla zadána velikost rozdílu ve smrštění horního a dolního povrchu desky. Pro různé tloušťky desky a velikosti smršťovacího pole (čtvercového) byly pak pomocí geometrických závislostí vypočteny velikosti nadzdvižení rohu desky vůči středu desky, a to za zjednodušujícího předpokladu, že deska je se zdeformuje do tvaru části koule.
Následkem zkroucení desek je vznik nerovností na podlaze, které mohou překročit povolené limity, zejména u podlah s přísnými požadavky na rovinnost, jako jsou haly se systémy skladování ve vysokých regálech. V důsledku zkroucení může dojít také k nadzdvihnutí částí desky (buď středu, nebo rohů a hran) a oddělení od podkladu. V tom případě, při zatížení v nadzdvižené oblasti, jsou do desky vnášena další napětí od ohybu, na která deska obvykle nebyla naddimenzována. Následně pak dochází ke vzniku ohybových trhlin, nejčastěji k odlamování rohů či hran.

Protiopatření a oprava
Opatření, která jsou uvedena v následujícím seznamu a jejichž cílem je minimalizovat velikost zkroucení desek vychází ze skutečnosti, že jeho nejčastější příčinou je smršťování od vysychání a teplotní dilatace. Jednotlivá opatření jsou zaměřena buď na omezení těchto jevů u celé desky, nebo na omezení rozdílu jejich velikosti mezi horním a u dolním povrchem.

  1. Betonová směs s co nejmenším vodním součinitelem.
  2. Betonová směs s co největším maximálním zrnem kameniva a s co největším obsahem hrubého kameniva.
  3. Betonová směs, u které nedochází k nadměrnému odlučování vody během hutnění. V suchých podmínkách je vhodné uložit betonovou směs na vlhký nasákavý podklad, aby nebyla veškerá odlučující se voda směřována k hornímu povrchu. Nasáknutí vody do podkladu desky však vede k delší době vysychání podlahové konstrukce a proto je třeba zvážit jeho vhodnost s ohledem na požadavek následně pokládaných podlahových vrstev na vlhkost podkladu.
  4. Není vhodné používat betonovou směs s příliš velkým obsahem cementu. Vhodnější je směsný cement, než čistý portlandský cement.
  5. Pečlivé ošetřování betonu, včetně spojů a hran.
  6. Co nejmenší vzdálenost smršťovacích spár. V případě, že zabránění nadměrnému zkroucení desek je jedním z rozhodujících faktorů použitelnosti podlahové konstrukce doporučuje se, aby vzdálenost spár nebyla větší než 25 ti násobek tloušťky desky.
  7. V případě tenkých vrstev je třeba provést pečlivou předúpravu podkladu, aby se zajistilo dokonalé zakotvení nové vrstvy k podkladu. V některých případech může být vhodné použít kotevních trnů a/nebo vyztužit vrstvu. Opatření je vhodné zejména v rozích smršťovacích polí a podél jejich hran.
  8. Provedení desky o větší tloušťce.
  9. Zkroucení desek lze omezit vhodně navrženou a správně umístěnou výztuží. Příznivě se projeví rovněž použití smykových trnů, či jiných prvků pro přenos smykových sil, ve spárách mezi deskami.
  10. Omezení odpařování vody vhodnou povrchovou úpravou, např. použití ošetřovacího nástřiku.
  11. Speciální opatření, jako použití betonu s kompenzovaným smršťováním, dodatečné předpětí betonových desek nebo vakuování desek.


Nadzdvižení hran vrstvy teraca

V případě opravy již zkroucené desky je třeba obnovit její kontakt s podkladem, aby se zamezilo vzniku ohybových trhlin, a obnovit rovinnost desky v případě, že došlo k překročení příslušného požadavku. Dutina pod betonovou deskou se obvykle vyplňuje zainjektováním nízkoviskózní epoxidovou pryskyřicí. Při navrhování injektáže je třeba si uvědomit, že se musí umožnit unikání vzduchu z dutiny během provádění injektáže. Proto je obvykle třeba desku podél nadzdvihlých hran provrtat, případně provést síť vrtů při nadzdvižení střední oblasti desky. Vyrovnání povrchu se obvykle provádí přebroušením nadzdvižených oblastí. Vhodným krokem v rámci opravy může být i proříznutí dodatečných smršťovacích spár tak, aby se umožnilo dosednutí nadzdvihlé oblasti na podklad.


Nadzdvižení rohu desky – geometrický výpočet dle zvolených parametrů

Závěrečné shrnutí
Zkroucení betonových desek je relativně častou příčinou poruch betonových vrstev podlah, která se vyskytuje jak u průmyslových podlah o relativně velké tloušťce, tak i u výrazně tenčích cementových potěrů, případně u ještě tenčích povrchových úprav provedených z materiálů rovněž na bázi cementu. Jeho příčinou je rozdílné smrštění horního a dolního povrchu vrstvy, které obvykle souvisí s rozdílnou vlhkostí nebo rozdílnou teplotou u horního a u dolního povrchu. Opatření, která mají za cíl omezit zkroucení se, proto zaměřují buď na omezení objemových změn materiálu v celé desce, nebo právě na omezení rozdílu mezi objemovými změnami u horního a u dolního povrchu. Při opravě poškozené konstrukce je třeba se zaměřit zejména na obnovení únosného kontaktu mezi nadzdvihlou částí desky a podkladem a v případě potřeby na zajištění požadované rovinnosti povrchu. Zejména v případě tenkých vrstev (např. silně poškozené potěry nebo teraco) však může být provádění opravy ve srovnání s novým položením vrstvy neefektivní, případně riziko opětného vzniku poruch v důsledku nedokonalého vyplnění dutin příliš velké.

Poděkování
V příspěvku byly využity poznatky získané při řešení projektu č. 103/05/2020 podpořeného grantovou agenturou České republiky.

Použitá literatura

  • CIP 19 Curling of Concrete Slabs, Technical information prepared by National Ready Mixed Concrete Association, www.nrmca.org 2004
  • HOLLAND J.A., WALKER W.W.: Tired of Cracks and Curl? Expand or Compress Your Concrete, In: Industrial Floors ’03, 5th International Colloquium, Esslingen 2003

Tento příspěvek byl prezentován na konferenci PODLAHY 2006.