Posadzki przemysłowe. Problemy eksploatacyjne warstwy wykończeniowej utwardzanej powierzchniowo

Podział posadzek

Definicję posadzki określa norma PN-EN 13318 [1], która wprowadza definicje dla podkładów podłogowych. Według normy posadzką nazywamy wierzchnią, użytkową warstwę podłogi. Należy przez to rozumieć powierzchnię układu konstrukcji, na której się odbywa ruch pieszy, ruch pojazdów, na której stoją urządzenia i składowane są materiały. Warstwa konstrukcyjna posadzki i układ podbudowy odpowiadają za możliwość przeniesienia obciążeń użytkowych oraz zapewnienie odpowiedniej izolacji termicznej, akustycznej lub przeciwwodnej. Natomiast zadaniem wierzchniej warstwy całego układu konstrukcyjnego jest zapewnienie odpowiednich parametrów użytkowych oraz trwałościowych. Na etapie projektowania należy pamiętać, że to przede wszystkim posadzka zapewnia trwałość całego układu, zabezpiecza niższe warstwy układu przed agresywnymi czynnikami środowiska i zapewnia bezpieczeństwo użytkowania. Podstawowego podziału posadzek przemysłowych można dokonać ze względu na występujące obciążenia. Według klasyfikacji przyjętej przez Komitet ACI [2] ustalono cztery klasy obciążeń od lekkich (dla obciążeń koła do 10 kN) do bardzo ciężkich (dla obciążeń koła powyżej 80 kN).

Fot. 1 Nierównomiernie rozprowadzona warstwa utwardzająca

W zakresie warstwy wykończeniowej posadzki należy jednak przyjąć inne kryteria podziału aniżeli wymagania nośności samej konstrukcji. Przy projektowaniu powinno się uwzględnić również takie parametry, jak: warunki użytkowe środowiska (wilgotność pomieszczenia, temperaturę, amplitudę temperatur, czynniki mrozowe), odporność na ścieranie (częstość przejazdów, rodzaj pojazdów jeżdżących, częstość mycia, rodzaj maszyn myjących czy środków myjących), odporność na agresję chemiczną (rodzaj środków myjących, rodzaj środków wykorzystywanych na posadzce lub na niej składowanych). Jest to duża grupa parametrów, które przyszły użytkownik posadzki powinien określić jako wytyczne do projektowania.

Uwzględniając wymienione czynniki, projektant dobiera technologię wykonania posadzki. Ze względu na technologię oraz rodzaj materiału można dokonać podziału posadzek przemysłowych na: utwardzane powierzchniowo; z warstwami żywicznymi: polipropylenowymi, poliuretanowymi; z cienkowarstwowymi posadzkami samorozlewnymi typu PCC; wykończone okładziną ceramiczną czy zacierane na ostro.

Fot. 2 Zarysowanie i pęknięcia posadzki

Podstawowe wymagania

Ze względów ekonomicznych (teoretycznie najmniejsze wymagania wykonawcze) najczęściej wykonywanymi w obiektach przemysłowych i usługowych w Polsce są posadzki utwardzane powierzchniowo tzw. metodą suchej posypki. Jest to technologia pozwalająca przy prawidłowym wykonaniu uzyskać wysoką odporność na ścieranie, pylenie i zwiększoną twardość. Jednakże przy niezachowaniu odpowiedniego reżimu technologicznego wykonania oraz przy wykonaniu posadzki w niekorzystnych warunkach atmosferycznych powstają liczne uszkodzenia nawet w pierwszym roku użytkowania posadzki.

Ogólnie przyjmowane zasady projektowania mieszanek betonowych na posadzki nakazują, aby masa cementu nie przekraczała 350 kg/m³, a wskaźnik w/c nie przekraczał 0,5. Szczególnie ważna jest dostateczna zawartość frakcji kruszywa poniżej 0,2 mm. Zawartość tej frakcji nie powinna być mniejsza niż 4%. Równocześnie zawartość pyłów (cement + kruszywo poniżej 0,125 mm) powinna być ograniczona do 400 kg/m³, a zawartość cement + kruszywo frakcji mniejszej niż 0,25 mm powinna być ograniczona do 500 kg/m³. W przypadku posypek utwardzających producenci bardzo często stosują dodatkowe kryteria wobec mieszanek betonowych. Podstawowe z nich to wymaganie, aby mieszanki betonowe nie zawierały w swym składzie popiołów lotnych, gdyż mają one tendencję do zbierania się w górnej warstwie płyty, co może prowadzić do podwyższenia pylenia posadzki i powstawania odspojeń. Istotnym kryterium jest również zastosowanie odpowiedniego cementu – przede wszystkim niskoalkalicznego (NA). Najczęściej zalecane cementy do betonów posadzkowych z warstwą utwardzającą to: CEM I, CEM II/A-S, CEM II/B-S, CEM III/A.

Fot. 3 Siatka mikrorys powierzchniowych na posadzce

W zakresie wykonania warstwy utwardzającej zaleca się [3], aby powierzchnia betonu była wilgotna, ewentualny nadmiar wody powinien być usunięty. Powierzchnię należy odświeżyć dyskiem zacieraczki, a następnie rozłożyć około połowy przewidzianej ilości materiału posypki (2-2,5 kg/m²) i zatrzeć wstępnie dyskiem. Dopiero później rozsypać drugą partię materiału (2-2,5 kg/m²) i ponownie zatrzeć dyskiem. Na etapie rozkładania należy kontrolować zużycie materiału, aby równomiernie i w odpowiedniej ilości (najczęściej 4-5 kg/m²) rozłożyć go na powierzchni.

Deklarowane właściwości użytkowe posadzek utwardzających są stosunkowo stałe. Przykładowe właściwości dotyczą:

– odporności na ścieranie – klasy zbliżone do A3 – 2,70 cm³/50 cm² ,

– grubości warstwy posypki utwardzającej ok. 2-3 mm,

– wytrzymałości na ściskanie ok. 80 N/mm²,

– klasy ekspozycji XM 3.

Stosownie do normy PN-EN 206 [4] mieszanki betonowe powinno się projektować z uwzględnieniem oddziaływania środowiska. W tym celu zdefiniowano klasy ekspozycji podające opis środowisk agresywnych wobec konstrukcji betonowych i żelbetowych. Podziału dokonano ze względu na czynniki korozyjne, jakimi są: karbonatyzacja, korozja chlorkowa niepochodząca z wody morskiej i pochodząca z wody morskiej, agresywne oddziaływanie zamrażania i rozmrażania bez środków odladzających lub ze środkami odladzającymi oraz agresja chemiczna. Najnowsze wydanie normy PN-EN 206 [4] z 2014 r. nie definiuje klas ekspozycji dla agresji wywołanej ścieraniem.

W projektach budowlanych bardzo rzadko się zdarza, aby projektanci wyspecyfikowali beton z podaniem odpowiednich do warunków środowiskowych klas ekspozycji. W domyśle zatem, jeśli nie ma podanej klasy, wykonawca przyjmuje klasę opisaną jako X0, co odpowiada braku zagrożenia agresji środowiska lub zagrożenia korozją.

Fot. 4 Odpryski posadzki spowodowane korozją mrozową kruszywa

Najczęstsze uszkodzenia

Warto poznać, jakie błędy wykonawcze w zakresie posadzek przemysłowych utwardzanych powierzchniowo występują najczęściej.

Pylenie, nadmierne ścieranie (fot. 1) Czynnikami wpływającymi na nadmierne pylenie i ścieranie są: nierównomierne rozprowadzenie warstwy utwardzającej lub zbyt mała ilość dozowanego materiału posypki. Powodem problemów może być również utrudniony proces wnikania posypki w strukturę betonu będący skutkiem zbyt późnego jej zacierania oraz niewłaściwy lub całkowicie pominięty proces pielęgnacji wykonanej posadzki.

Zarysowania i pęknięcia (fot. 2) Przyczyn występowania zarysowań i pęknięć posadzki jest bardzo wiele. Defekty tego typu psują jej estetykę i związane są bezpośrednio z funkcjonalnością i trwałością. Rysy najczęściej występują ze względu na naprężenia skurczowe betonu we wczesnej fazie układania posadzki. Jest to związane często z nieodpowiednią jej pielęgnacją, wykonaniem zbyt płytkich lub w nieodpowiednim terminie nacięć dylatacyjnych lub całkowitego ich braku. Dodatkowo dochodzą zjawiska związane z osiadaniem podłoża pod wykonaną posadzką lub nadmiernym obciążeniem konstrukcji nośnej posadzki.

Siatka mikrospękań i mikrozarysowań (fot. 3)

Najczęściej powstanie mikrorys powodowane jest przesuszeniem posadzki, zbyt dużą ilością posypki lub innymi czynnikami technologicznymi podczas zacierania i utwardzania posadzki.

Odpryski spowodowane korozją mrozową kruszywa (fot. 4).

Fot. 5 Odprysk posadzki spowodowany reakcją alkaliczną kruszywa betonu z cementem

Odpryski tego typu najczęściej wynikają z niewłaściwego doboru kruszywa w recepturze mieszanki betonowej lub niskiej jakości kruszywa posypki w odniesieniu do panujących warunków klimatycznych. Są to defekty ściśle związane z brakiem odporności ziaren kruszywa do przenoszenia zmian objętości wywołanych niestałymi warunkami fizycznymi, takimi jak zamrażanie-odmrażanie lub naprzemienne nawilżanie i suszenie. Uszkodzenia tego typu dość często są spotykane na parkingach garażów wielopoziomowych (np. w centrach handlowych), które mają zadaszenia, ale ze względu na jeżdżące samochody oraz mycie są stale zawilgacane.

Tab. Tabela 3 normy [10]

Odpryski spowodowane reakcją alkaliczną kruszywa betonu płyty posadzkowe z cementem (fot. 5) Uszkodzenia są wynikiem szkodliwych reakcji aktywnej krzemionki pochodzącej z kruszywa z alkaliami zawartymi w cemencie. Reaktywnymi alkalicznie kruszywami najczęściej są ziarna porowatych wapieni, gezy (zawierającej bezpostaciową krzemionkę), krzemienie, chalcedon, rogowce, trydymit, czerty oraz lidyty. Reakcje reaktywnej krzemionki z alkaliami cementu rozpoczynają się od agresji wodorotlenków pochodzących z alkaliów cementu na minerały krzemionkowe z kruszywa. Tworzy się wówczas żel alkaliczno-krzemionkowy, będący związkiem mogącym wchłaniać duże ilości wody, zwiększając tym samym swoją objętość. Powstały pęczniejący produkt powoduje wewnętrzne ciśnienie, w wyniku którego dochodzi do spękań, rozpadu i zniszczenia otaczającego uwodnionego zaczynu cementowego. Procesy te zachodzą tylko z udziałem wody. Minimalna wilgotność względna we wnętrzu betonu umożliwiająca zajście wymienionych reakcji wynosi ok. 85% przy temperaturze 20^oC. Badania wykazały, że reakcje alkalia – krzemionka najszybciej zachodzą w zakresie temperatur 10-36^oC. Intensywność tego typu reakcji w dużym stopniu zależy od wielkości ziaren oraz ich porowatości. Jeżeli źródłem alkaliów jest tylko cement, to ich koncentracja zależna będzie od wielkości reaktywnej powierzchni ziarna kruszywa. Destrukcja posadzki objawia się w postaci kraterów o głębokości nawet do 3 cm, w formie tzw. pop-outów. Występowanie kruszyw reaktywnych alkalicznych w betonie powoduje jednak duże uszkodzenia powierzchni i ma zdecydowanie większy wpływ na obniżenie trwałości powierzchni. Jedynym sposobem zatrzymania reakcji alkalia – krzemionka jest wysuszenie betonu oraz jego odcięcie przed dostępem wilgoci.

Fot. 6 Odpryski posadzki spowodowane reakcją alkaliczną kruszywa posypki z cementem

Odpryski spowodowane reakcją alkaliczną kruszywa posypki z cementem (fot. 6)

Podobnie jak ma to miejsce w przypadku reakcji alkalicznych kruszywa betonu płyty konstrukcyjnej z cementem, zastosowanie kruszywa reaktywnego alkalicznie (ziarna kruszywa AAR zarówno krzemionkowych ASR, jak i węglanowych ACR) w posypce również może powodować reakcje z alkaliami cementu. Osłabienia przyczepności ziaren kruszywa z uwodnionym zaczynem cementowym powoduje stopniowe wykruszanie się pojedynczych ziaren z powierzchni użytkowanej posadzki.

Fot. 7 Włókna stalowe na powierzchni posadzki

Wykruszanie się ziaren posypki

Schemat powstawania odprysków w posadzce jest związany z wystawaniem części ziarna ponad powierzchnię posadzki i jego obluzowywaniem się pod wpływem tarcia ruchu użytkowego (kołowy, pieszy). Ziarno, które jest cyklicznie poruszane, obluzowuje się i odpryskuje z posadzki. Mechanizm ten jest ściśle związany z brakiem odpowiedniego zamocowania ziaren przeważnie drobnego kruszywa.

Wystające włókna zbrojenia rozproszonego na powierzchni (fot. 7) Zwiększona ilość wydostających się włókien stalowych zbrojenia rozproszonego z płyty posadzkowej może mieć wiele przyczyn. Jednym z głównych powodów jest nadmierne zacieranie. Częstym powodem defektów jest również zjawisko tzw. bleedingu (wyrzucanie wody na powierzchnię betonu) podczas wykonywania płyty konstrukcyjnej, przez co formowanie i zacieranie posadzki jest utrudnione. Zwiększona ilość wody w warstwie przypowierzchniowej posadzki powoduje lokalne osłabienie struktury betonu, obniżając jej powierzchniową wytrzymałość oraz trwałość przez jej nadmierne wycieranie podczas eksploatacji.

Fot. 8 Powierzchniowa struktura betonu zdegradowana korozją mrozową

Zdegradowana powierzchnia betonu spowodowana korozją mrozową (fot. 8)

Silna korozja mrozowa lub korozja mrozowa wywołana obecnością soli odladzających na całej powierzchni posadzki występuje najczęściej w przypadku posadzek narażonych na bezpośrednie działanie czynników atmosferycznych, czyli zlokalizowanych na zewnątrz, na terenie nieosłoniętym. Jest to spowodowane zwykle niedostosowaniem parametrów betonu do panujących warunków środowiskowych i wykonanie płyty konstrukcyjnej z betonu nieodpornego na działanie mrozu w obecności soli odladzających.

Fot. 9 Powierzchniowa struktura betonu zdegradowana korozją kwasową

Uszkodzenia powierzchni na skutek korozji kwasowej (fot. 9)

W zakładach przemysłowych produkcji spożywczej można bardzo często zaobserwować zjawiska korozji kwasowej wynikające najczęściej z rozkładu węglanu wapnia przez kwasy i erozję ługującą wskutek oddziaływania urządzeń myjących. Powierzchnie mineralne w odróżnieniu od żywicznych są nasiąkliwe. Poddane działaniu środków chemicznych nie stanowią w pełni zabezpieczenia przed agresywnym środowiskiem chemicznym.

Fot. 10 Odparzenia posadzki spowodowane zbyt wczesnym zacieraniem posypki utwardzającej

Odparzenia wierzchniej warstwy posypki (delaminacje) (fot. 10) Wykonywanie posadzek przemysłowych w skrajnych warunkach pogodowych przysparza bardzo często wielu problemów z odparzaniem się warstwy wierzchniej. Mówimy wówczas o występowaniu delaminacji poziomych. Jest to związane najczęściej ze zbyt późnym lub zbyt wczesnym rozpoczęciem procesu zacierania. Dodatkowo na odparzenia może mieć wpływ zbyt szybka ucieczka wody spowodowana nadmierną temperaturą powietrza, zbyt intensywnym przepływem powietrza oraz niewystarczającą pielęgnacją. Odparzenia posadzki sięgają nawet 2 cm w głąb warstwy wierzchniej.

Fot. 11 Intensywnie wytarta nawierzchnia w zajezdni autobusowej

Nadmierna ścieralność (fot. 11)

W przypadku wielkopowierzchniowych magazynów logistyki, zakładów przemysłowych czy stacji kontroli pojazdów, ze względu na silną eksploatację lub duże obciążenie, często w miejscach przejazdów następuje nadmierne wycieranie się materiału utwardzającego. Uszkodzenia mogą występować z powodu doboru posypki utwardzającej o niewystarczających parametrach trwałościowych w stosunku do panujących warunków. Niejednokrotnie są efektem braku właściwej pielęgnacji lub zbyt małej ilości wtartej posypki.

Dodatkowe wymagania projektowe

Zgodnie z wytycznymi PN-EN 206 [4] każdy projekt posadzki powinien uwzględnić wyznaczenie stosownych klas ekspozycji. Istotną rolą projektanta jest rozpoznanie, a następnie określenie zagrożenia środowiskowego, przy uwzględnieniu, czy nawierzchnia posadzki będzie narażona na:

– czynniki agresji chemicznej, np. w przypadku zakładów spożywczych, chemicznych (klasy XA);

– korozję chlorkową, np. w przypadku nawierzchni parkingów podlegającej bezpośredniemu odśnieżaniu solą drogową czy narażonej na wwożenie chlorków na kołach pojazdów (klasy XD);

– zamrażanie i rozmrażanie, czyli tzw. mrozoodporność, dla nawierzchni w chłodniach oraz zlokalizowanych na zewnątrz, obiektów bez zadaszenia i z zadaszeniem (klasy XF);

– nadmierną karbonatyzację, dla obiektów o zwiększonym dostępie dwutlenku węgla, zakłady przemysłowe, garaże podziemne (klasy XC).

Najnowsze wydanie normy PN-EN 206 [4] nie obejmuje grupy klas ekspozycji agresji wywołanej ścieraniem. Ścieranie dotyczy przede wszystkim posadzek, na których się odbywa częsty ruch pojazdów o ogumieniu pneumatycznym, elastomerowym lub na rolkach stalowych. W tym przypadku projektanci powinni specyfikować konkretne klasy ścieralności dla posadzek, np. według badań na tarczy Bohmego (klasy B) albo tarczy ściernej metodą BCA (klasy BCA). Większość producentów posypek podaje parametry w zakresie samej posypki, pomijając określenie oczekiwanej właściwości całego układu konstrukcji posadzki betonowej z warstwą utwardzającą.

Z klasami ekspozycji związane są bezpośrednio wymagania wobec minimalnej klasy wytrzymałości betonu na ściskanie, minimalnej ilości cementu oraz maksymalnego stosunku wodno-cementowego. Jedynie wobec agresji mrozowej stosuje się dodatkowe kryteria minimalnego napowietrzenia mieszanki oraz odporności kruszywa na zamrażanie i rozmrażanie. Odnosząc się do najczęściej spotykanych problemów związanych z jakością posadzek, można stwierdzić, że jednym z podstawowych wyznaczników prawidłowo wykonanej posadzki jest dobór odpowiedniego kruszywa. Brak precyzyjnie określających dyrektyw normowych doboru kruszywa na posadzki oraz problematyczność w określeniu kategorii minimalnych parametrów kruszywa przez projektantów według normy PN-EN 12620+A1:2010 [11] jest przyczyną bardzo wielu reklamacji. Literaturą wspomagającą w wyspecyfikowaniu odpowiedniego kruszywa są wytyczne do projektowania nawierzchni drogowych [8, 9], w których podano, że kruszywa podatne na agresję alkaliczną to: łupki krzemianowe i ilaste, piaskowce z domieszką opalu, wapienie i dolomity. Słabiej agresywne to łupki i wapienie krzemowe. Do nieagresywnych możemy zaliczyć: granit, bazalt oraz skały metamorficzne typu gnejs. Właściwy dobór kruszywa polega w dużej mierze na poszukiwaniach kompromisu między technologią, względami ekonomicznymi, a przede wszystkim dostępnością kruszywa na rynku. Niemniej jednak wybór powinien być poparty weryfikacją podstawowych cech, takich jak ścieralność, nasiąkliwość czy mrozoodporność. Należy się wystrzegać stosowania kruszywa zawierającego ziarna słabe, których występowanie można określić na podstawie analizy petrograficznej. Parametrem związanym z warunkami eksploatacji jest równość powierzchni. W tym przypadku warto przytoczyć wymagania stawiane w normach niemieckich DIN 18202 [10]. Tabela 3 normy podaje wymagania dotyczące równości posadzki mierzone na jej szerokości w różnych miejscach i w zależności od podanego kryterium podaje dopuszczalne odchyłki. Najczęściej stawia się wymagania zgodne z wierszem 3 tabeli. W przypadku podwyższonych wymagań stosuje się kryteria wiersza 4.