Kontrola zgodności betonu z kryteriami podanymi w normie jest w zasadzie obowiązkowa. Inne kontrole betonu wynikają np. z zapisów specyfikacji projektowej. Dośćczęsto pojawia się konieczność oceny betonu w konstrukcji w niedługim czasie po jego wbudowaniu.
Kiedy beton towarowy podlega kontroli?
Beton towarowy, jak każdy wyrób budowlany, podlega procedurom potwierdzania zgodności uzyskanych przez niego parametrów technicznych w odniesieniu do wymogów określonych w specyfikacji. Kontrola betonu ma na celu odpowiedzieć, czy spełnia on wymagania sformułowane przez projektanta konstrukcji (specyfikującego) oparte na założeniach zawartych w normach do projektowania PN-EN 1992 (Eurokod 2) [1] i PN-EN 1994 (Eurokod 4) [2]. Ze względu na to, że kształtowanie się właściwości betonu trwa długo (od momentu zmieszania cementu z wodą), a przy tym wpływa na to wiele czynników (produkcyjne, transportowe, wykonawcze), kontrola uzyskanych przez beton parametrów może się odbywać w różnych punktach czasowych (np. w trakcie produkcji, w trakcie dostawy, po wbudowaniu) i może być wykonywana przez różne strony (producenta betonu, wykonawcę robót, nadzór, inwestora).
W zasadzie jako obowiązkową należy uznać kontrolę zgodności betonu, którą wykonuje producent, a ma ona na celu dokonanie oceny zgodności z kryteriami sformułowanymi w PN-EN 206 [3]. Z prawnego punktu widzenia można poprzestać na zaufaniu do producenta, że deklarując zgodność swojego wyrobu, wyraża jednocześnie prawdę o jego parametrach. Inne kontrole betonu mają już charakter dobrowolny. Wynikają właśnie z braku zaufania do producenta betonu lub mogą być wymuszone np. zapisami specyfikacji projektowej, lub mogą być sprowokowane wątpliwościami co do jakości dostarczonego betonu. Stosuje się wtedy badanie identyczności, czyli sprawdzenie, czy określona objętość kontrolowanego betonu należy do tej samej populacji – czy jest identyczna z tą, która w ramach oceny zgodności (wykonanej przez producenta) została zweryfikowana jako zgodna. Badanie identyczności leży po stronie odbiorcy betonu, wykonawcy robót lub nadzoru budowy. Ocena identyczności kieruje się odrębnymi kryteriami niż te, które stosuje producent do oceny zgodności, ale opisanymi również w normie PN-EN 206 [3].
W przypadku gdy są niespełnione warunki zgodności wytrzymałości betonu na ściskanie (o czym powinien powiadomić producent betonu odbiorcę) lub gdy stwierdzono błędy wykonawcze we wznoszonych konstrukcjach betonowych, pojawia się konieczność oceny betonu wbudowanego. Następuje wówczas sprawdzanie parametrów betonu, w które zwykle zaangażowane są wszystkie strony procesu inwestycyjnego (projektant – specyfikujący, wykonawca robót, producent betonu, inspektor nadzoru). Ocenę tę przeprowadza się według zasad ujętych w normie PN-EN 13791 [4].
Kontrola zgodności w ramach kontroli produkcji
Kontrola betonu na etapie produkcji odbywa się poprzez wprowadzony przez producenta system zakładowej kontroli produkcji (ZKP). Bardzo istotnym zapisem normy PN-EN 206 są słowa, że każdy beton powinien podlegać kontroli produkcji, za którą odpowiedzialny jest producent. Dlatego gdy dokument dostawy zawiera klauzulę o zgodności dostarczanego betonu z normą PN-EN 206, to jednocześnie z pełną odpowiedzialnością producent poświadcza, że wdrożył szczegółowo opisane w normie procedury kontroli produkcji.
Podkreślić w tym miejscu trzeba, że same badania betonu nie są wystarczającym działaniem związanym z kontrolą betonu, choć wielu producentów betonu do tego się ogranicza. Podstawą do orzeczenia o zgodności lub niezgodności jest bowiem ocena odniesiona do kryteriów zgodności, które są wyróżnikiem zasad oceny betonu, będących zasadniczym elementem kontroli zgodności z wymaganiami (kryteriami) określonymi w normie PN-EN 206. Ale z kolei kontrola zgodności stanowi integralną część (jedną z wielu) kontroli produkcji. Zgodnie z definicją przedstawioną w normie kontrola produkcji obejmuje ogół działań i decyzji podejmowanych według zasad zgodności, w których skład wchodzą wszystkie pomiary konieczne do zachowania właściwości betonu zgodnie z wyspecyfikowanymi wymaganiami. Należą do nich m.in. projektowanie betonu, produkcja betonu, kontrole i badania, wzorcowanie sprzętu i w końcu kontrola zgodności. W kontroli zgodności wyróżnia się:
– kontrolę zgodności wytrzymałości betonu na ściskanie,
– kontrolę zgodności wytrzymałości betonu na rozciąganie przy rozłupywaniu,
– kontrolę zgodności właściwości innych niż wytrzymałość.
Najważniejsza, bo dotycząca każdego betonu stwardniałego, a jednocześnie najtrudniejsza do prowadzenia, jest kontrola zgodności wytrzymałości betonu na ściskanie, poświadczająca klasę betonu. Opiera się ona na kryteriach zgodności, których istotą jest wartość wytrzymałości charakterystycznej fck, poniżej której może się znaleźć 5% populacji wszystkich możliwych oznaczeń wytrzymałości dla danej objętości betonu. Wprowadzono przy tym dolne ograniczenie dla próbek wadliwych, równe fck – 4. Dla takiego założenia opracowane są wszystkie zasady oraz współczynniki przy kontroli zgodności betonu w zakresie wytrzymałości według PN-EN 206 [3], a te z kolei skorelowane są z częściowymi współczynnikami γc stosowanymi w projektowaniu według Eurokodu 2, czyli PN-EN 1992 [1].
Kontrola zgodności wytrzymałości betonu na ściskanie (i rozciąganie przy rozłupywaniu)
Ocena przeprowadzana jest dla poszczególnych składów betonów (poszczególnych receptur) lub dla rodzin betonów o ustalonej odpowiedniości wykazanej przez producenta, rozróżniając przy tym produkcję początkową oraz produkcję ciągłą. Intuicyjnie można przyjąć, że kontrola dla produkcji początkowej jest intensywniejsza i z większym zapasem wytrzymałości, a zatem droższa. Dlatego istotne jest, jak produkcja jest zakwalifikowana.
Produkcja początkowa obejmuje produkcję do momentu otrzymania co najmniej 35 wyników badań, a po jej uzyskaniu osiąga się możliwość przekwalifikowania na produkcję ciągłą. Próbki mieszanki betonowej wybierane są losowo i pobierane zgodnie z PN-EN 12350-1 [5]. Minimalna częstotliwość pobierania i badania próbek betonu uzależniona jest od statusu produkcji: początkowa/ciągła oraz tego czy beton jest z certyfikatem kontroli produkcji czy też bez niego.
Miejscem pobierania próbek do badań zgodności powinno być miejsce przekazania przez producenta dostarczonego wyrobu do odbiorcy. Przeważnie jest to miejsce dostawy, gdyż do tego momentu to producent odpowiada za właściwości swojego wyrobu.
Zgodność wytrzymałości betonu na ściskanie oceniana jest na próbkach dojrzewających 28 dni w warunkach laboratoryjnych. Jeśli wytrzymałość została wyspecyfikowana dla innego wieku (np. 56 lub 90 dni), zgodność ocenia się na próbkach badanych w wieku określonym w specyfikacji. Przy ocenie zgodności stosowane są dwa kryteria zgodności i zgodność jest potwierdzona, jeśli oba kryteria są spełnione.
– Kryterium pierwsze to kryterium dotyczące pojedynczych wyników badania fci ≥ (fck – 4) N/mm2, stosowane bez względu na status produkcji (początkowa czy ciągła).
– Kryterium drugie dotyczy wyników średnich fcmi ujęte jest w trzy metody A, B, C w zależności od statusu produkcji – początkowa (metoda A) albo ciągła (metoda B lub wykorzystująca karty kontrolne metoda C).
– W metodzie A, dotyczącej produkcji początkowej, ocenie podlega średnia wytrzymałość wyliczona ze zbioru trzech kolejnych wyników fcm ≥ (fck+ 4) N/mm2.
– W metodzie B, dotyczącej produkcji ciągłej, ocenie podlega średnia wytrzymałość wyliczona ze zbioru co najmniej 15 kolejnych wyników fcm ≥ (fck+ 1,48 σ) N/mm2.
– W metodzie C, dotyczącej produkcji ciągłej, objętej certyfikacją strony trzeciej stosowane mogą być uzgodnione karty kontrolne, które pozwalają na wcześniejsze wykrycie odchyleń od wartości założonych oraz nadmiernej zmienności parametrów mierzonych, jeszcze przed wystąpieniem potencjalnej niezgodności.
Kontrolę zgodności wytrzymałości betonu na rozciąganie przy rozłupywaniu przeprowadza się w przypadku jej wyspecyfikowania, przy podobnych założeniach jak dla wytrzymałości na ściskanie, ale stosując inne (także dwa) kryteria zgodności.
Kontrola zgodności właściwości betonu innych niż wytrzymałość
Kontrola zgodności właściwości betonu innych niż wytrzymałość rozróżnia dwa przypadki (dwie grupy właściwości):
GRUPA 1: kontrola zgodności właściwości dotyczących mieszanki betonowej:
– konsystencja,
– lepkość,
– przepływalność,
– odporność na segregację,
– zawartość powietrza,
– jednorodność rozproszenia włókien w mieszance betonowej, jeśli są dodawane do betoniarki samochodowej.
GRUPA 2: kontrola zgodności właściwości pozostałych:
– zawartość włókien stalowych w mieszance betonowej,
– zawartość włókien polimerowych w mieszance betonowej,
– gęstość betonu ciężkiego,
– gęstość betonu lekkiego,
– maksymalny współczynnik woda/ cement lub maksymalny współczynnik woda/(cement + dodatek), lub maksymalny współczynnik woda/(cement + k x dodatek),
– minimalna zawartość cementu lub minimalna zawartość (cement + dodatek), lub minimalna zawartość (cement + k x dodatek).
Ocenę zgodności właściwości betonu innych niż wytrzymałość przeprowadza się wtedy, gdy są one wyspecyfikowane, czyli określone przez projektanta konstrukcji.
Zgodność z wymaganą właściwością jest potwierdzona, gdy:
– wszystkie pojedyncze wyniki badania zawierają się w granicach maksymalnych dopuszczalnych odchyłek podanych w tablicach normowych, czyli dla właściwości objętych zarówno grupą 1, jak i grupą 2, oraz
– dodatkowo w przypadku właściwości objętych grupą 2 liczba wyników badań spoza określonych wartości granicznych lub granic klas, lub tolerancji dla założonej wartości, podanych w tablicy normowej, nie jest większa niż liczba kwalifikująca ustalona dla akceptowalnego poziomu jakości AQL = 4%. Przy czym należy pamiętać, że zgodność betonu w zakresie tych właściwości (grupa 2) określa się przez zliczenie liczby wyników, które leżą poza określonymi wartościami granicznymi lub granicami klas, lub tolerancjami dla założonej wartości, uzyskanych w okresie oceny.
Szczególnej uwagi wymagają zasady oceny zgodności dotyczące właściwości mieszanki betonowej w zakresie konsystencji oraz zawartości powietrza w mieszance betonowej, ponieważ czas do ewentualnej korekty tych właściwości jest bardzo krótki, trwający z reguły nie dłużej niż kilkadziesiąt minut.
Działania podejmowane w przypadku niezgodności wyrobu
W przypadku gdy podczas kontroli zgodności stwierdzona zostanie przez producenta niezgodność, norma nakazuje mu podjąć czynności systemowe związane z wyeliminowaniem błędów i działaniami korygującymi procedury produkcji. Przede wszystkim jednak producent ma obowiązek powiadomić o tym specyfikującego oraz wykonawcę, aby uniknąć negatywnych skutków niezgodności.
Badania i ocena identyczności – JEDYNE narzędzie kontroli dla odbiorcy betonu
Aktualna wersja normy PN-EN 206 z 2014 r. przewiduje badanie identyczności dla:
– wytrzymałości betonu na ściskanie,
– konsystencji mieszanki betonowej,
– zawartości powietrza w mieszance betonowej,
– zawartości włókien i jednorodności mieszanki betonowej.
Ocena identyczności w zakresie wytrzymałości betonu na ściskanie różni ją od oceny zgodności przede wszystkim liczbą wyników w analizowanych zbiorach wyników. W ocenie zgodności zbiory mogą być dość obszerne – analizowane dane to systematycznie dopisywane do zbioru wyniki, a liczbę ich ograniczają ustalane okresy oceny. Ocena identyczności natomiast ogranicza się do pewnych określonych, stosunkowo niedużych, objętości betonu. W ustaleniu planu pobierania próbek mieszanki betonowej pomocne są zapisy normy nakazujące określenie wyodrębnionej objętości betonu, która poddana będzie badaniu identyczności. Może to być na przykład:
– pojedynczy zarób lub ładunek (w przypadku wątpliwości związanych z jakością);
– beton dostarczony na każdą kondygnację budynku lub na grupę belek/płyt lub słupów/ścian kondygnacji budynku, lub porównywalnych elementów innych konstrukcji;
– beton dostarczony na miejsce w ciągu jednego tygodnia, ale nie więcej niż 400 m3.
W następnej kolejności konieczne jest ustalenie liczby próbek mieszanki betonowej pobieranych z wyodrębnionej objętości mieszanki betonowej. Minimalna ich liczba uzależniona jest od statusu produkcji – w przypadku certyfikowanej kontroli produkcji (prowadzonej przez producenta) możliwe jest pobranie tylko jednej próbki mieszanki betonowej. Natomiast w przypadku niecertyfikowanej kontroli produkcji potrzeba pobrać co najmniej trzy próbki mieszanki betonowej. Zasadniczą różnicą w prowadzeniu badania identyczności w odniesieniu do oceny zgodności jest zdefiniowanie wyniku stanowiącego podstawę oceny. Wynikiem badania fci w ocenie identyczności musi być średnia z wyników dwóch lub więcej próbek betonowych do badania wytrzymałości, wykonanych z jednej próbki mieszanki betonowej i badanych w tym samym wieku.
Ocena identyczności przebiega odmiennie w zależności od statusu kontroli produkcji – certyfikowanej lub niecertyfikowanej. Różna jest liczba wymaganych wyników, różne są też kryteria oceny.
Wymagane normą badanie identyczności wyraźnie wskazuje na konieczność pobrania co najmniej dwa razy większej liczby próbek betonowych do badania wytrzymałości niż potrzebna do oceny liczba wyników. Ważne jest zatem rozsądne zaprojektowanie planu badań, adekwatne do znaczenia konstrukcji oraz referencji i doświadczenia producenta betonu.
Badanie betonu (towarowego) wbudowanego w konstrukcję w przypadku wątpliwości co do jego jakości
Konieczność przeprowadzenia oceny betonu w konstrukcji w niedługim czasie po jego wbudowaniu jest zjawiskiem dość częstym. Daleko posunięta optymalizacja procesów produkcyjnych betonu ze względu na minimalizację kosztów produkcji i kosztów wykonawstwa sprawia, że wbudowany beton dość często wykazuje złą jakość i nie osiąga wymogów normowych. W efekcie uzyskuje się produkt (element, konstrukcję), wobec którego rodzą się wątpliwości co do zapewnienia parametrów narzuconych przez projektanta. Sytuacja taka zmierza do konieczności orzeczenia dotyczącego bezpieczeństwa czy walorów użytkowych konstrukcji. Zachodzi wtedy konieczność sprawdzenia rzeczywistych parametrów betonu w konstrukcji. Do prawidłowego przebiegu procesu badania, a później interpretacji uzyskanych wyników stosuje się zasady przedstawione w nomie PN-EN 13791 [4].
Jedną z możliwości wykorzystania normy [4] jest ocena jakości betonu „w przypadku niespełnienia warunków zgodności wytrzymałości na ściskanie, którą przeprowadzono z użyciem próbek normowych albo wtedy, gdy dopatrzono się w trakcie realizacji robót błędów wykonawczych” – błędów na przykład z powodu braku zabezpieczeń przy betonowaniu w warunkach obniżonych temperatur, nieprawidłowo prowadzonego procesu zagęszczania, braku prawidłowej pielęgnacji dojrzewającego betonu itp. Tak więc norma zajmuje się także betonem dopiero co wbudowanym w konstrukcję, wzbudzającym wątpliwości co do jakości. Wątpliwości mogą być adresowane w stronę producenta betonu – gdy sam zauważył niespełnienie kryteriów zgodności w ramach prowadzonej przez siebie zakładowej kontroli produkcji lub gdy zostało to wykryte w ramach badań identyczności prowadzonych przez odbiorcę betonu (wykonawcę, inspektora nadzoru). Wątpliwości mogą być również adresowane do wykonawcy robót – gdy stwierdzono nieprawidłowości związane z procesami wbudowywania i pielęgnacji wykonanej konstrukcji. Chodzi wtedy zasadniczo o odpowiedź na pytanie: czy wbudowany beton można ostatecznie zaakceptować jako zgodny z zamówieniem?, czyli zapewniający spełnienie wymagań bezpieczeństwa realizowanej konstrukcji, czy też nie. Akceptacja oznaczać będzie uspokojenie wzbudzonych wątpliwości, natomiast brak tej akceptacji uruchomi dalsze działania i analizy szacujące rzeczywiste zagrożenie bezpieczeństwa konstrukcji i ewentualną konieczność jej poprawienia (przez naprawę lub wzmocnienie).
W zależności od objętości betonu poddanego analizom oraz w zależności od ważności elementu konstrukcyjnego, a w końcu od świadomości poszczególnych uczestników procesu budowlanego (projektant/specyfikujący, kierownik budowy, inspektor nadzoru, rzeczoznawca zaangażowany do oceny) konieczny będzie dobór odpowiednich badań – zarówno co do metody, jak i zakresu. I tak można rozróżnić:
PRZYPADEK 1
Dotyczy sytuacji gdy w danym miejscu pomiarowym, obejmującym wiele wbudowanych w konstrukcję zarobów betonu, możemy dysponować 15 lub więcej wynikami badań odwiertów rdzeniowych. Wtedy ocena dotyczy sprawdzenia dwóch kryteriów dotyczących wytrzymałości średniej fm(n), is ≥ 0,85(fck + 1,48 s) i minimalnej fis, lowest ≥ 0,85(fck – 4), a przeprowadzana jest przy użyciu narzędzi statystycznych. Wartość fck w tych wzorach to oczekiwana wytrzymałość charakterystyczna określona w projekcie (lub dowodzie dostawy betonu).
PRZYPADEK 2
Stanowi alternatywę dla przypadku 1 polegającą na ocenie betonu na podstawie badania co najmniej dwóch odwiertów rdzeniowych oraz jednocześnie przy użyciu metody pośredniej (z reguły sklerometrycznej wg PN-EN 12504-2 [6], jako najłatwiejszej i najtańszej w stosowaniu), z której uzyskuje się co najmniej 15 wyników badania betonu.
Wymogiem normowym jest, by przypadek 2 – czyli pomieszanie metody bezpośredniej i pośredniej, stosować w sytuacji porozumienia między stronami. Wynika to z dokładnej interpretacji zapisów normowych, wskazujących, że metoda pośrednia, a w ślad za tym uzyskane wyniki badania nie muszą być uwiarygodnione „wzorcowaniem” metody. Te co najmniej 15 wyników badań uzyskanych z metody pośredniej służy do wskazania co najmniej dwóch słabszych miejsc, w których z kolei wykonane zostaną odwierty rdzeniowe – i w zasadzie tylko wyniki badań odwiertów podlegają ocenie, podczas której sprawdza się uzyskany wynik wytrzymałości minimalnej fis, lowest ≥ 0,85(fck – 4).
Uzyskanie co najmniej 15 wyników badań z metody pośredniej, nawet bez jej „wzorcowania”, stanowi bardzo dobre narzędzie do ustalenia jednorodności wbudowanego betonu.
PRZYPADEK 3
Ten przypadek odnosi się do sytuacji, gdy wątpliwości co do jakości betonu dotyczą niewielkiej jego ilości, obejmującej jeden lub kilka zarobów. Mamy do czynienia wtedy z miejscem pomiarowym o niewielkich rozmiarach. Norma dopuszcza, by osoba specyfikująca beton wybrała na podstawie doświadczenia dwa miejsca pobrania odwiertów rdzeniowych. Wyniki ich badania podlegają ocenie, która jest identyczna z używaną w przypadku 2, czyli dotyczy wyniku wytrzymałości minimalnej fis, lowest ≥ 0,85(fck – 4).
Wymogiem normowym jest, aby przypadek 3, czyli oparcie się na wynikach badań bezpośrednich zaledwie dwóch odwiertów rdzeniowych, stosować w sytuacji gdy „osoba specyfikująca beton wybiera na podstawie doświadczenia” te miejsca pobrania próbek. Mamy tutaj do czynienia, podobnie jak w przypadku 2, z koniecznością porozumienia między stronami.
dr inż. Grzegorz Bajorek
mgr inż. Marta Kiernia-Hnat
Centrum Technologiczne Budownictwa przy Politechnice Rzeszowskiej Politechnika Rzeszowska
dr inż. Zdzisław Kohutek
Stowarzyszenie Producentów Betonu Towarowego w Polsce
Zdjęcia G. Bajorek
Normy
1. PN-EN 1992 Eurokod 2. Projektowanie konstrukcji z betonu (wszystkie części).
2. PN-EN 1994 Eurokod 4. Projektowanie zespolonych konstrukcji stalowo-betonowych (wszystkie części).
3. PN-EN 206:2014-04 Beton. Wymagania właściwości, produkcja i zgodność.
4. PN-EN 13791:2008 Ocena wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcjach i prefabrykowanych wyrobach betonowych.
5. PN-EN 12350-1:2011 Badania mieszanki betonowej. Część 1: Pobieranie próbek.
6. PN-EN 12504-2:2002 Badania betonu w konstrukcjach. Część 2: Badania nieniszczące. Oznaczanie liczby odbicia.
