Badanie odporności na ścieranie metodą BCA

Fot. SpaceX-Imagery – pixabay.com

Odporność na ścieranie jest jedną z głównych cech powiązanych z trwałością posadzek przemysłowych. Beton bez jakiejkolwiek powłoki utwardzającej czy zabezpieczającej jest bezpośrednio narażony na wpływ czynników atmosferycznych i eksploatacyjnych. Posadzka przemysłowa wykonana z betonu bez warstwy zabezpieczającej ulega szybszemu wytarciu, pyli, wykrusza się i często powstają na niej nierówności.

W aspekcie wymagań zawartych w Polskich Normach odnośnie do oddziaływań środowiskowych na konstrukcje betonowe projektanci opierają się obecnie na normie PN-EN 206+A1:2016-12 [1]. Wcześniej opierano się na normie PN-B 06265 [2], której status, ze względu na nowe wydanie normy PN-EN 206, obecnie jest niejasny i nie zdefiniowano, czy uzupełnienie [2] jest wycofane. Uzupełnienie definiuje klasy środowiskowe XM, wskazując rodzaje obciążeń mechanicznych związanych z agresją wywołaną ścieraniem, a następnie wskazuje w zależności od klasy zalecane wartości graniczne dla składu (minimalna zawartość cementu i maksymalna wartość wskaźnika w/c) i właściwości betonu (minimalna klasa wytrzymałości). W polskim uzupełnieniu normy brak jest omówienia klas odporności na ścieranie i wskazania, według jakich norm wspomniana cecha powinna zostać oceniona.

Fot. 1.Tarcza Boehmego (materiały firmy Tesmak)

Opis metod badawczych

Wybór tylko jednej metody badania ścieralności do wszystkich rodzajów wykończenia posadzek przemysłowych jest trudny ze względu na złożoność mechanizmu procesu korozyjnego, jakim jest ścieranie. Z powodu oddziaływania środowiska na konstrukcje możemy wyróżnić zużycie materiału czy powłoki elementów związane z wodą – omywanie i uderzanie, oraz związane z działaniami ciał stałych – przesuwanie, uderzanie i toczenie. Wobec wspomnianych mechanizmów ścierania w poszczególnych krajach dobrano odpowiednio metody badawcze oraz kryteria oceny dla posadzek. Karty charakterystyki produktów stosowanych na warstwy wierzchnie posadzek zgodnie z polską nomenklaturą zawierają klasyfikację odporności na ścieranie wg wytycznych normy PN-EN 13813 [3]. W normie tej zdefiniowano trzy kategorie stosownie do badań opisanych w normach grupy PN-EN 13892 [4, 5, 6], czyli odporność na ścieranie wg metody Boehmego (klasy A – Abrasion), pod naciskiem toczącego się koła (klasy RWA – Rolling Wheel Abrasion) oraz wg BCA (AR – Abrasion Resistance).

W Polsce do oceny odporności na ścieranie najczęściej się stosuje badanie na tzw. tarczy Boehmego. Badanie to polega na pomiarze zmiany wysokości i masy próbki sześciennej o boku 71 mm. Próbkę umieszcza się na tarczy posypanej proszkiem ściernym, a następnie dociska i wprowadza w ruch obrotowy za pomocą maszyny ścierającej.

W ostatnich latach dzięki działaniom brytyjskich organizacji branży budowlanej coraz powszechniejsze staje się badanie ścieralności metodą BCA (British Cement Association). W metodzie tej wykorzystuje się trzy koła jezdne o określonym kształcie, które pod naciskiem 65 kg wirują po okręgu z prędkością 180 obrotów na minutę. Podczas badania mierzona jest głębokość śladu powstałego na skutek wytarcia po wykonaniu 2850 obrotów przez wirujące koła.

Tab. 1. Zestawienie klas ścieralności przedstawionych w [3]

Najrzadziej stosowaną metodą do oceny ścieralności posadzek przemysłowych jest metoda badawcza pod naciskiem toczącego się koła. Klasyfikację ścieralności wg tej metody również bardzo rzadko się spotyka w kartach charakterystyki materiałów wykorzystywanych jako warstwa wykończeniowa. W metodzie tej określa się objętość startego materiału po pomiarze średniej głębokości wytarcia toczącego się koła pod określonym naciskiem.

W przypadku norm amerykańskich opracowano odmienny mechanizm badania ścieralności. Metodyka badań jest bardziej inwazyjna. W normie ASTM C418 [7] opisano odporność na ścieranie przez piaskowanie. Sposób ścierania w pewien sposób symuluje ruch pojazdów na zabrudzonej piaskiem posadzce lub czyszczenie zabrudzonej posadzki.

W procedurach badawczych normy ASTM C779 [8] wprowadzono badania ścierania opierające się na mechanizmach wykorzystujących tarcie poślizgowe, wysokie ciśnienie, udar lub skrawanie za pomocą kół skrawających, tarcz ściernych czy łożysk kulkowych.

Metoda opisana w normie ASTM C944 [9] jest podobna do opisanych procedur. W badaniu tym wykorzystuje się frez zamontowany na trzpieniu stalowym obracającym się po okręgu względem stałego punktu.

Każda z wymienionych metod badania ścieralności opartych na normach amerykańskich polega na pomiarze ubytku materiału wyrażonego w grubości lub objętości w stosunku do badanej powierzchni materiału.

Fot. 2. Aparat do badania ścieralności BCA (fot. archiwum KMD Diagnostyka Budowli)

Karty charakterystyki materiałów na posadzki dostępnych w Polsce

W przypadku obecnie wykonywanych posadzek przemysłowych najczęściej jako warstwę wykończeniową stosuje się zacierane warstwy utwardzające typu DST (Dry Shake Topping). Wykorzystuje się materiały mineralne oparte głównie na bazie kruszyw o frakcji do 2 mm wraz z wysokowytrzymałościowymi cementami i domieszkami. Materiały te są klasyfikowane wg norm na podkłady podłogowe (PN-EN 13813 [3]). W przypadku oceny ścieralności posypki utwardzającej klasyfikuje się ją jako gotowy wyrób. Odporność na ścieranie bada się zwykle w oparciu o badanie na tarczy Boehmego (A, fot. 1), ale coraz częściej producenci podają również klasyfikację zgodną z metodą BCA (AR, fot. 2).

W przypadku oceny ścieralności dla posadzek przemysłowych deklarowana klasa ścieralności posypki nie może być uznawana za klasę ścieralności posadzki jako produktu końcowego bez przeprowadzenia badań sprawdzających. Nie ma bezpośredniego przełożenia z klasyfikacji podanej na kartach charakterystyki produktu w stosunku do parametrów wykonanej posadzki przemysłowej. Wynika to z różnic w przygotowaniu, zagęszczeniu i sezonowaniu podkładu. Ocena klasy nie przewiduje wcierania posypki w inny materiał – mieszania jej z drobnym kruszywem pochodzącym z mieszanki betonowej i zaczynem cementowym. Fakt ten utrudnia właściwą ocenę ścieralności posadzki.

W przypadku posadzek żywicznych wykonanych na podłożu betonowym powłokę żywiczną stanowi system odpowiednio do siebie dobranych warstw. Warstwę odpowiedzialną za ścieralność stanowi warstwa wierzchnia, która łączy się z warstwą gruntującą stanowiącą mostek sczepno-wypełniający na podłożu betonowym. Dla posadzek żywicznych najczęściej odporność na ścieranie klasyfikuje się wg metody BCA. Niektórzy producenci podają również klasyfikację według testu Tabera opisanego w normie niemieckiej DIN 53109.

Fot. 3. Wytarty okrąg po przeprowadzeniu badania metodą BCA (fot. archiwum KMD Diagnostyka Budowli)

Różnice między metodami Boehmego i BCA

W przypadku najpopularniejszej metody badania ścieralności na tarczy Boehmego wymagane jest wycięcie minimum trzech rdzeni o średnicy ok. 120 mm z posadzki i przygotowanie z nich próbek sześciennych. Wyniki uzyskujemy po ok. 4-5 dniach prowadzenia badania. W zależności od klasy ścieralności wierzchnia warstwa posadzki ściera się na głębokość ok. 1 mm przy klasie A6 i ok. 2 mm przy klasie A9-A12 mm.

W przypadku posadzek utwardzanych powierzchniowo posypką wytarciu ulega blisko połowa, a niekiedy cała grubość warstwy utwardzającej.

Badania metodą BCA są prowadzone bezpośrednio na posadzce przemysłowej (in situ). W trakcie badania następuje wytarcie okręgu o średnicy 225 mm i boku 20 mm na głębokość do 0,8 mm. Zazwyczaj jednak jest to głębokość nieprzekraczająca 0,2 mm. Czas trwania pojedynczego badania wynosi ok. 20 minut, po czym od razu po przeliczeniu uzyskujemy wynik badania. Badanie jest dużo szybsze, nie wymaga wykonywania odwiertów w posadzce i w niewielkim stopniu powoduje uszkodzenie posadzki (fot. 2). W przypadku materiałów mineralnych wcieranych i żywic układanych na podłożu betonowym przy metodzie BCA wytarciu ulega niewielkiej grubości warstwa, przez co badanie wykonane w warunkach budowy jest bliższe badaniu na próbkach przygotowywanych w laboratorium.

Ze względu na odmienne mechanizmy badania ścieralności na tarczy Boehmego oraz metodą BCA nie można bezpośrednio korelować uzyskanych wyników między tymi badaniami. Na różnicę wyników ma znaczący wpływ różnorodność materiałów, sposób ich ułożenia i pielęgnacja wierzchniej warstwy.

Przy weryfikacji jakości ułożenia posadzek przemysłowych i jakości ich wykończenia, jeśli brak jednoznacznych wymagań projektowych, można porównywać uzyskane wyniki odporności na ścieranie do wytycznych wskazanych w kartach charakterystyki produktów. Należy przy tym pamiętać, że posypka utwardzająca ulega w pewnym stopniu wymieszaniu ze spoiwem podłoża betonowego, co może mieć wpływ na ostateczną odporność podłoża na ścieranie. W przypadku posadzek żywicznych przy badaniu metodą BCA uzyskane w badaniu wartości są bardzo zbliżone do wartości uzyskanych podczas badań laboratoryjnych. Przy projektowaniu odpowiedniej klasy ścieralności posadzki przemysłowej zaleca się zastosowanie wytycznych normy brytyjskiej BS 8204-2:2002. W normie tej poza sugerowanymi klasami i rodzajami cementów, doboru kruszyw specyfikuje się, jaka klasa odporności na ścieranie wg metody BCA powinna zostać dobrana w stosunku do planowanych warunków użytkowania (tab. 2).

Tab. 2. Rekomendowane klasy odporności na ścieranie (tab. 4 normy [10])

Podsumowanie

Doświadczenie przy wykonywaniu ekspertyz budowlanych i badań sprawdzających jakość wykonania posadzek przemysłowych wskazuje, że badanie ścieralności metodą BCA jest najszybszą i najmniej inwazyjną metodą badawczą przewidzianą w polskiej nomenklaturze normowej. Należy zwrócić uwagę, że metodyka badania BCA symuluje obciążenie pojazdami o małym obciążeniu, czyli najpopularniej wykorzystywanym wózkom transportowym. W przypadku większych obciążeń i ruchu pojazdów kołowych symulację ścierania posadzki najlepiej odwzorowują metody opisane w normach amerykańskich, które nie są stosowane w naszym kraju.

Badania kontrolne ścieralności metodą BCA oddawanych do użytku posadzek pozwalają zweryfikować jakość wykonania oraz pośrednio uzyskać ocenę trwałości względem realnych obciążeń eksploatacyjnych. Istotną kwestią jest również deklarowanie przez projektantów konkretnych parametrów odporności na ścieranie, co znacząco ułatwi etap odbioru robót lub przebieg ewentualnych reklamacji.

mgr inż. Damian Urbanowicz

mgr inż. Karol Sadłowski

mgr inż. Maciej Warzocha

KMD Diagnostyka Budowli

Bibliografia

1. PN-EN 206+A1:2016-12 Beton. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.
2. PN-B-06265:2004 Krajowe uzupełnienia PN-EN 206-1:2003 Beton – Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja zgodność.
3. PN-EN 13813:2003 Podkłady podłogowe oraz materiały do ich wykonania. Materiały. Właściwości i wymagania.
4. PN-EN 13892-3:2015-02 Metody badania materiałów na podkłady podłogowe – Część 3: Oznaczanie odporności na ścieranie według Boehmego.
5. PN-EN 13892-4:2004 Metody badania materiałów na podkłady podłogowe – Część 4: Oznaczanie odporności na ścieranie według BCA.
6. PN-EN 13892-5:2004 Metody badania materiałów na podkłady podłogowe – Część 5: Oznaczanie odporności na ścieranie materiałów podkładów podłogowych pod naciskiem toczącego się koła.
7. ASTM C418-98 Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete by Sandblasting, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, USA.
8. ASTM C779/C779M-00 Standard Test Method for Abrasion Resistance of Horizontal Concrete Surfaces, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, USA.
9. ASTM C944-99 Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by the Rotating-Cutter Method, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, USA.
10. BS 8204-2:2003. Screeds, bases and in situ floorings – Part 2: Conrete wearing surfaces – Code of practice.
11. E. Horszczaruk, Odporność betonu na ścieranie w aspekcie wymogów normy PN-EN 206-1, „Budownictwo, Technologie, Architektura” nr 1/2007.
12. S. Słonina, Ścieralność betonowych posadzek przemysłowych utwardzanych powierzchniowo, „Czasopismo inżynierii lądowej, środowiska i architektury”, 2017.
13. W. Ryżyński, Utwardzanie powierzchniowe posadzki betonowej, „Inżynier Budownictwa” nr 4/2015.
14. H. Rainer Sasse, Wymagania projektowe i użytkowe, Seminarium Naukowo-Techniczne „Podłogi przemysłowe”, 2007.
15. A. Ramezanianpour, A. Haghollahi, A.R. Pourkhorshidi, Modeling Abrasion Resistance of Concrete Floors; Quartarly Journal of Technology & Education; Vol.1, No. 1 2006.
16. Concrete Floors, Quartarly Journal of Technology & Education, Autumn 2006.
17. Materiały własne firmy KMD Diagnostyka Budowli Sp. z o.o.
18. M. Kurpińska, Właściwości betonu impregnowanego kompozycjami epoksydowymi, „Drogi i Mosty”, nr 1-2/2011.