Ocena jakości betonu architektonicznego w konstrukcji

Beton architektoniczny (nazywany też licowym, fasadowym, elewacyjnym czy strukturalnym) to widoczna powierzchnia betonowa, która nie podlega wykończeniu powłokami kryjącymi. Jednak nie wszystkie odkryte powierzchnie betonu powinny spełniać takie same wymagania jakościowe, dlatego też tylko taka odkryta powierzchnia jest betonem architektonicznym, dla której zdefiniowane są szczególne wymagania odnośnie do wyglądu, pozwalające uzyskać zamierzony efekt architektoniczno-plastyczny – kształt, fakturę, teksturę, kolor itp.

Wybór poszycia deskowania, projekt mieszanki betonowej, sposób układania i zagęszczania czy też rodzaj pielęgnacji i obróbki dają możliwość dowolnego kształtowania powierzchni i faktury betonu [10–12]. W ostatnim czasie powstało wiele rozwiązań technologicznych w zakresie poprawy jakości powierzchni betonu architektonicznego. W zależności od koncepcji możemy uzyskać idealnie gładkie powierzchnie lub odwzorowanie dowolnej faktury, a nawet dowolnego zdjęcia (fot. 1 [12]). Dekoracyjne konstrukcje betonowe często stanowią jeden z najbardziej eksponowanych elementów zarówno w przestrzeni publicznej, jak i domowej (fot. 2).

Fot. 1 Panorama Warszawy z wizerunkiem warszawskiej Syrenki i mostu Świętokrzyskiego na powierzchni betonu – fotobeton

Uwarunkowania formalnoprawne dotyczące betonu architektonicznego

Zauważalny jest brak polskiego dokumentu odniesienia w zakresie wykonywania betonu architektonicznego (norma PN-EN 206-1 [13] nie zawiera szczegółowych odniesień, podobnie norma wykonawcza PN-EN 13670-1 [14], Instrukcja ITB 431/2008 z cyklu WTWiORB nie uwzględnia problemu wykonywania tego betonu). Konsekwencją braku dokumentów normowych jest brak jednoznacznej definicji technicznej bądź prawnej betonu architektonicznego. W przypadku realizacji z betonu architektonicznego wykorzystywane są inne dostępne źródła wiedzy [1–7], ułatwiające sprecyzowanie ogólnych wymagań, wykonanie, ocenę i odbiór konstrukcji i elementów z betonu architektonicznego. Ze względu na brak krajowych przepisów i norm dotyczących betonu architektonicznego w specyfikacjach uwzględnia się najczęściej ustalenia i wymagania dotyczące jakości powierzchni betonu zawarte w niemieckich wytycznych, które dzielą  betony licowe na cztery klasy pod względem jakości wykonywanej powierzchni [6]. Pomocne mogą być również, stworzone przez jednego z autorów tego artykułu, wytyczne wydane przez Stowarzyszenie Producentów Cementu w Polsce [1].

Właściwości wytrzymałościowe, nieograniczone możliwości kształtowania formy i faktury uczyniły beton jednym z najbardziej powszechnych materiałów budowlanych we współczesnym budownictwie. Już Rzymianie wykorzystywali beton do budowy mostów, akweduktów, przekryć dużych rozpiętości z kopułą Panteonu, wyłaniającą się jako niezwykłe osiągnięcie inżynierii tamtych czasów, robiące ogromne wrażenie do dzisiaj [12]. W pierwszych latach stosowania betonu nie zwracano większej uwagi na jego estetykę. Dopiero w XX w. architekci zaczęli zauważać fakturę betonu jako atrakcyjne narzędzie wyrazu; tak powstały dzieła Auguste Perreta, Franka Lloyda Wrighta, Le Corbusiera, Kenzo Tange.

Fot. 2 Beton architektoniczny w nowoczesnym wnętrzu,  www.warszawa.olx.pl

Specyfikacja betonu architektonicznego

Pierwszym krokiem w kierunku uzyskania pożądanej, projektowanej jakości betonu jest właściwa specyfikacja wymaganych cech betonu [9] i szczególnie dotyczy to betonu architektonicznego. Coraz częściej dokument ten zawiera informacje ściśle związane z tą specjalną technologią betonu, a  nie – jak to miało miejsce do niedawna – powielone wymagania dotyczące betonu zwykłego pod hasłem beton architektoniczny. Jakościowo-ilościowy sposób opisu wymaganej jakości powierzchni z betonu architektonicznego może być stworzony, opierając się na przywołanych wcześniej wytycznych.

Bardzo ważne jest ustalenie wymagań odnośnie do wyglądu powierzchni betonu architektonicznego. W zależności od kraju lub używanych wytycznych czy instrukcji  definiuje się od 3 do 6 kategorii jakości wykonania powierzchni. Kategorie jakości – klasy betonu architektonicznego – związane są z wymaganiami odnoś-nie do cech wpływających na ogólny odbiór wykonanej konstrukcji z betonu. Według [1] beton architektoniczny można sklasyfikować ze względu na wymagane cechy powierzchni do trzech klas BA1, BA2, BA3 (tab. 1). Każda z klas niesie ze sobą wiele wymogów dotyczących między innymi: tekstury (tab. 2), porowatości (tab. 3), jednorodności koloru (tab. 4) oraz wymogów związanych ze stosowaniem odpowiedniego deskowania.

Niestety nadal w praktyce wykonywanie betonu architektonicznego wiąże się z wieloma problemami i sytuacjami spornymi, których niejednokrotnie można byłoby uniknąć przez odpowiednie przygotowanie inwestycji. Szczególnie przy dużych realizacjach konieczne jest tworzenie „zespołu realizacji betonu architektonicznego” (najlepiej jeszcze w fazie przedprzetargowej inwestycji) składającego się z przedstawicieli inwestora, architekta i projektanta konstrukcji, projektanta i dostawcy deskowań, wykonawcy robót budowlanych, przedstawiciela dostawcy mieszanki betonowej (ewentualnie również środków antyadhezyjnych). Zadaniem takiego zespołu jest opracowanie pełnej specyfikacji wykonawczej betonu architektonicznego, która będzie efektem prac laboratoryjnych i polowych oraz wynikających z nich wszelkich ustaleń.

Tab. 1 Podział betonów architektonicznych na klasy według [1]

Tab. 2 Klasy tekstury według [1]

Przedmiotem szczegółowej specyfikacji technicznej powinny być dokładnie sprecyzowane wymagania dotyczące właściwego wykonania betonu architektonicznego obejmujące:

– wygląd powierzchni betonu;

– wymiary, geometrię elementów z betonu architektonicznego oraz układ zbrojenia, otuliny;

– dobór systemu deskowań, poszycia płyt oraz środków antyadhezyjnych;

– właściwości mieszanki betonowej i stwardniałego betonu;

– warunki transportu mieszanki betonowej;

– warunki – technologia betonowania, w tym pielęgnacja i zabezpieczenie powierzchni;

– dobór jakościowy (składniki) i ilościowy (skład) mieszanki betonowej;

– próby w skali technicznej mające na celu sprawdzenie właściwości mieszanki betonowej w warunkach betonowania, wybranego deskowania i środków antyadhezyjnych.

Tab. 3 Klasy porowatości według [1]

Element próbny na budowie

Niezbędnym elementem realizacji konstrukcji z betonu architektonicznego jest przygotowanie wzorcowych elementów próbnych. Służy to zarówno poznaniu zdolności realizacyjnych i możliwości uzyskania specyfikowanych cech betonu architektonicznego w elementach, jak również jest mierzalnym narzędziem na etapie odbioru konstrukcji z betonu architektonicznego.

Najczęściej na etapie przygotowania inwestycji wykonawca robót zostaje zobowiązany (odpowiednimi zapisami w specyfikacji) do wykonania powierzchni wzorcowych zgodnych ze specyfikacją betonu architektonicznego w celu akceptacji jakości wykonanego betonu. Powierzchnie wzorcowe powinny mieć minimalne rozmiary projektowanego elementu budowli (fragmenty konstrukcji w skali 1:1) i być wykonywane w warunkach zbliżonych do warunków panujących na placu budowy. Często elementy próbne (mock up) są wykonywane kilkakrotnie aż do uzyskania pożądanych, akceptowalnych jakości powierzchni betonu.
Proces przygotowania elementów w skali technicznej i uzyskanie zamierzonego efektu, często metodami prób i błędów, jest bardzo pracochłonny i czasochłonny (projekt mieszanki betonowej, wybór deskowania, środka antyadhezyjnego, pielęgnacji, czas rozdeskowania itp.), trwający często nawet kilka miesięcy, także wszystkie próby powinny być rozpoczęte w odpowiednim momencie inwestycji. Dopiero po ostatecznej akceptacji wszystkich zainteresowanych (zamawiający, architekt, projektant) wymaganych cech powierzchni betonu architektonicznego (zgodnych ze specyfikacją dotyczących np. koloru, gładkości powierzchni, połysku, jakości połączeń, otworów po ściągach itp.), udokumentowanych w odpowiednich protokołach, można przystąpić do realizacji konstrukcji z „architektury”.

Elementy próbne po akceptacji, odpowiednio zabezpieczone przed zniszczeniem, powinny pozostać na placu budowy jako elementy porównawcze służące do oceny wykonanego betonu architektonicznego.

Tab. 4 Klasy równomierności odcienia i koloru według [1]

Przykłady wad powierzchni betonu licowego wraz z ich genezą

Beton jest materiałem naturalnie niejednorodnym, ponadto końcowy efekt widoczny na jego powierzchni jest rezultatem wielu zabiegów projektowo-technologicznych, a jego ocena jest często subiektywna. Dlatego tak ważne jest szczegółowe sprecyzowanie wymagań (najlepiej mierzalnych) w specyfikacji i ocena rzeczywistych możliwości na wykonanym elemencie próbnym na budowie, a  w konsekwencji ustalenie, co wadą jest, a co nie jest.

Czynników mających bezpośredni wpływ na wygląd powierzchni betonu licowego jest wiele i nie sposób je omówić w tym artykule.  Można je podzielić na 1) materiałowe, w tym: składniki betonu, skład ilościowy mieszanki betonowej, konsystencja mieszanki, cechy betonu; 2) projektowo-konstrukcyjne, w tym: wielkość i kształt elementów, rozmieszczenie i czystość zbrojenia, grubość otuliny zbrojenia oraz 3) czynniki technologiczne,  w tym: rodzaj i konstrukcja deskowania, przerwy optyczne na powierzchni – spoiny – układ, wymiary, środki antyadhezyjne, przebieg układania i zagęszczania mieszanki betonowej, pielęgnacja świeżego betonu po rozformowaniu. Tylko świadoma kontrola wszystkich działań i związanych z nimi czynników umożliwi spokojną realizację zgodną z projektem i uniknięcie najczęściej występujących wad powierzchni betonu architektonicznego (tab. 5).

Rezultaty błędów wykonawczych, jakie występują na powierzchni betonu architektonicznego, są podobne do spotykanych w betonach konstrukcyjnych. Ze względu na zagrożenie konstrukcji awarią budowlaną problemy związane z betonem architektonicznym można podzielić na konstrukcyjne i niekonstrukcyjne. Błędy konstrukcyjne to takie, które mogą wpływać na nośność konstrukcji. Błędy niekonstrukcyjne obejmują problemy z uzyskaniem odpowiedniej jakości powierzchni.

Tab. 5 Kategorie deskowania według [1]

Kryteria oceny betonu architektonicznego w konstrukcji

Do wstępnych ustaleń realizacyjnych betonu architektonicznego należy uzgodnienie warunków oceny jakości betonu w konstrukcji, czyli odległości obserwacyjnej i oświetlenia. Najlepiej jeśli przyjęta odległość obserwacyjna jest zbliżona do tej, z której najczęściej użytkownicy konstrukcji będą oglądali powierzchnie betonowe. Z tej odległości powinna być prowadzona wizualna ocena jakości wykonanej powierzchni z betonu architektonicznego (np. 20 m, 8 m, 1 m).

Podstawą ustalenia szczegółowych kryteriów zgodności do oceny betonu architektonicznego w konstrukcji powinien być zaakceptowany element wzorcowy, który będzie elementem porównawczym. Na jego podstawie (oraz specyfikacji) prowadzona jest ocena zgodności jakości wykonanych elementów z wymaganiami. Zakres elementów oceny zależy od postawionych w specyfikacji wymagań uszczegółowionych na zaakceptowanym elemencie próbnym. Końcowa ocena powinna kończyć się jednoznacznym stwierdzeniem, czy przedmiot oceny jest zgodny czy nie z zapisami specyfikacji i zatwierdzonym elementem próbnym. Jeśli istnieją jakieś odstępstwa, to należy określić ilościowo w jakim zakresie.

Kontroli bieżącej podlegają również zarówno właściwości wbudowywanej mieszanki betonowej (konsystencja mieszanki betonowej, zawartość powietrza), jak i stwardniałego betonu (wytrzymałość betonu na ściskanie, a także w warunkach oddziaływania mrozu i/lub środków odladzających (klasy ekspozycji XF): mrozoodporność (zwykła lub w obecności soli), nasiąkliwość i wodoszczelność betonu. Częstą praktyką jest zatrudnianie specjalisty technologa betonu na cały okres realizacji betonu architektonicznego, którego zadaniem jest prowadzenie ciągłego nadzoru technologicznego nad przygotowaniem do betonowania, wbudowaniem i pielęgnacją betonu, a następnie jego zabezpieczeniem. Kontrola bieżąca betonu powinna być znacznie szersza, niż to wynika z wymagań normowych stawianych podczas realizacji ze zwykłego betonu. Powinna obejmować badanie jakości i powtarzalności zarówno składników do produkcji mieszanki betonowej, jak i betonu na poszczególnych etapach jego powstawania, tj. na węźle betoniarskim, podczas transportu i na budowie tuż przed wbudowaniem, układanie i zagęszczanie, pielęgnacja, zabezpieczenie. Konsystencja mieszanki betonowej powinna być kontrolowana w miarę możliwości z każdej gruszki. Pozwoli to na uniknięcie wbudowania mieszanki o innych parametrach, czego konsekwencją mogłyby być niepożądane efekty na powierzchni betonu. Bardzo istotnym punktem kontroli powinna być również pielęgnacja wbudowanego betonu.

Tab. 6 Przykłady wad powierzchni betonu architektonicznego ze wskazaniem ich przyczyn

Podsumowanie

Realizacje z betonu architektonicznego nie są łatwe, często niosą ze sobą wiele wyzwań, szczególnie projektowych i wykonawczych. Końcowy efekt, jakim jest uzyskanie wysokiej, pożądanej jakości powierzchni betonu architektonicznego w konstrukcji, zależy w dużej mierze od woli współpracy i zaangażowania wszystkich uczestników procesu budowlanego: inwestora, projektanta, wykonawcy i nadzoru.

dr inż. Wioletta Jackiewicz-Rek

Politechnika Warszawska

mgr inż. Krzysztof Kuniczuk

Lafarge

Bibliografia

1. K. Kuniczuk, Beton architektoniczny. Wytyczne techniczne, Polski Cement, 2011.

2. G. Kijowski, O betonie architektonicznym słów kilka…, „Budownictwo Technologie Architektura”, październik – grudzień 2006.

3. ACI 303R-04 Guide to Cast in Place Architectural Concrete Practice.

4. ACI 303.1-97 Standard Specification for Cast-In-Place Architectural Concrete.

5. ACI 533.1R-02 Design Responsibility for Architectural Precast-Concrete Projects.

6. Merkblatt Sichtbeton. Planung, Ausschreibung, Vertragsgestaltung, Ausführung und Abnahme, BDZ/DBV 2004.

7. Fair-face concrete. Reference Booklet. PERI 2002.

8. K. Kuniczuk, Praktyka wykonywania betonu architektonicznego w warunkach budowy, konferencja Awarie Budowlane, 2007.

9. W. Jackiewicz-Rek,  M. Konopska, Rola specyfikacji betonu do obiektów mostowych,  „Budownictwo Technologie Architektura” nr 55/2011.

10. W. Jackiewicz-Rek, M. Smirnow, P. Woyciechowski, Nowe technologie w betonie architektonicznym, „Kalejdoskop Budowlany” nr 12/2005.

11. W. Jackiewicz-Rek, M. Smirnow, P. Woyciechowski, Fotobeton – technologiczna efemeryda czy atrakcyjna możliwość urozmaicenia formy architektonicznej elewacji z betonu, konferencja  Dni Betonu – Tradycja i Nowoczesność, 2002.

12. M. Mroczek, Opracowanie technologii wykonywania prefabrykowanych paneli osłonowych z zastosowaniem fotobetonu, praca magisterska, 2013.

13. PN-EN 206-1:2003 Beton. Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.

14. PN-EN 13670:2011 Wykonywanie konstrukcji z betonu.