Beton przejmuje coraz więcej funkcji architektonicznych, a na końcowy sukces betonu składa się wiele czynników zarówno w trakcie przygotowania i produkcji betonu, jak i jego wbudowania.
W 1980 r. światowe zużycie betonu w budownictwie wynosiło ok. 2,7 mld m3, natomiast w 2010 r. zużycie wzrosło do ok. 10 mld m3. Poza znacznym zwiększeniem ilości stosowanego betonu należy także odnotować inną zmianę – znaczącą poprawę jakości stosowanego betonu. Jeszcze w latach 60., stosownie do normy, były trzy klasy betonu, tzw. Rw: 140, 170 i 210. Najwyższa klasa stosowana była do konstrukcji sprężonych. Była to średnia wytrzymałość w kg/cm2. Stosowany wtedy do konstrukcji inżynierskich beton o klasie 170 miałby małe szanse na spełnienie wymagań dla obecnej klasy C12/15. Na tym przykładzie widać, jak zmieniła się technologia betonu i możliwości jego stosowania.
Fot. 1 Przykłady próbek betonu elewacyjnego dla okładzin obiektów inżynierskich, np. przyczółków mostowych
Obecnie stosowane betony to z reguły materiały budowlane o wysokim stopniu zaawansowania technicznego i technologicznego – materiały z grupy high-tech. Stosowanie specjalnych receptur, zawierających m.in. domieszki poprawiające właściwości betonu, umożliwia obecnie uzyskiwanie betonów o wysokich właściwościach wytrzymałościowych, a także określonych parametrach wizualnych i estetycznych (kolor, faktura, kształt itp.). Coraz częściej konstrukcje betonowe są poligonem, gdzie stosowane są najnowsze rozwiązania, takie jak betony wysokowartościowe (High Performance Concrete), betony wysokiej wytrzymałości (High Strength Concrete), betony samozagęszczalne (Self Compacted Concrete), fibrobetony (Fibre Reinforced Concrete), betony ultrawysokowartościowe (Ultra High Performance Concrete) itp.
Na polskim rynku beton zajmuje szczególne miejsce w budownictwie inżynieryjnym – blisko 90% nowo wznoszonych obiektów mostowych wykonanych jest z zastosowaniem betonu. Intensywne inwestowanie w mosty, wiadukty, drogi, lotniska, dworce kolejowe, budowa coraz bardziej niebanalnych budynków biurowych i mieszkalnych wymagają stosowania nowoczesnego, modyfikowanego betonu wysokiej jakości. Cały czas jednak jest on produkowany i transportowany jak beton towarowy. Ten trudny technologicznie problem udało się rozwiązać przez stosowanie nowych rodzajów domieszek do betonu oraz materiałów pomocniczych, wcześniej w Polsce niestosowanych.
Jednak beton oprócz oczywistej funkcji konstrukcyjnej coraz częściej odgrywa ważną rolę w kształtowaniu walorów architektonicznych wznoszonych obiektów. Świadomość możliwości prawie dowolnego kształtowania elementów i ustrojów budowlanych, opierając się na plastycznych właściwościach mieszanki betonowej, owocuje powstawaniem coraz śmielszych realizacji z wykorzystaniem betonu, który przejmuje coraz więcej funkcji architektonicznych. Rozwój chemii budowlanej w tym zakresie umożliwił, poza stosowaniem domieszek poprawiających właściwości mieszanki betonowej, uzyskanie dodatkowej wartości podnoszącej walory estetyczne i architektoniczne betonu.
Fot. 2 Kolorowy beton – świeża mieszanka betonowa
Szczególnymi bodźcami rozwoju technologii modyfikacji betonu były duże inwestycje, dla których opracowano nowe produkowane w Polsce domieszki. Produkcja betonu specjalnego (głównie jest to beton mostowy i drogowy) w Polsce systematycznie wzrasta, co jest związane ze znacznymi inwestycjami w tym segmencie rynku. Jest to proces, który stanowi odrabianie zaległości dotyczących rozwoju i modernizacji infrastruktury mostowo-drogowej w naszym kraju. Potwierdzeniem tej sytuacji jest fakt, iż każdego roku budowanych jest średnio około pół tysiąca nowych mostów, a więc co trzeci most drogowy został zbudowany już po 1989 r.
Od początku lat 90. XX w. obserwowany jest stały rozwój domieszek opartych na polimerowych związkach polikarboksylatowych i polioksyetylenowych (PCP) oraz związkach Amono Phosphonate Polyoxytylene (APP). Początkowo proces ten dotyczył szczególnie betonów o dużej ilości cementu i niskich wskaźnikach wodno-cementowych. W efekcie domieszki tego typu były pierwotnie stosowane głównie do modyfikacji betonów specjalnych, tj. do betonów samozagęszczalnych, betonów stosowanych w prefabrykacji, betonów mostowych i architektonicznych.
Fot. 3 Szerokie możliwości wykorzystania efektów barwnego betonu – dworzec kolejowy w Bernie, Szwajcaria
Trudno jest jednoznacznie zdefiniować, czym jest beton architektoniczny. Przez pojęcie betony architektoniczne (fasadowe, elewacyjne) rozumie się zazwyczaj powierzchnie betonowe o zdefiniowanych wymaganiach odnośnie do ich wyglądu. Beton architektoniczny charakteryzuje się przede wszystkim walorami estetycznymi. Jego trwałość i wytrzymałość umożliwiają pozostawienie go bez dodatkowych zabezpieczeń, takich jak pokrycie warstwą tynku lub inną powłoką, stosowaną zazwyczaj w konstrukcjach betonowych. W celu uzyskania takiego efektu konieczna jest szczególna dokładność i staranność w produkcji i przerobie betonu. W literaturze spotyka się wiele uwag dotyczących technologii wykonywania betonów architektonicznych.
Niestety, betony architektoniczne nie są opisane w sposób wiążący żadną ogólnie uznaną normą czy przepisem budowlanym. Jednym z powodów takiej sytuacji jest fakt, że na końcowy sukces betonu architektonicznego wpływ ma wiele czynników zarówno w trakcie przygotowania i produkcji betonu, jak i jego wbudowania. Czynniki te są trudne do przewidzenia i kontrolowania w trakcie realizacji obiektu. Obiektywna ocena wykonanego obiektu jest także trudna.
Fot. 4 Beton architektoniczny z fakturą płukaną
Od lat różne gremia wskazują, że istnieje pilna potrzeba zgłaszana zarówno ze strony inwestorów, jak i wykonawców, aby uzgodnić obustronnie akceptowane kryteria oceny betonów architektonicznych. O tym też traktują kolejne publikacje opisujące i próbujące kodyfikować ten problem.
W 1977 r. Niemieckie Stowarzyszenie Producentów Betonu i Federalne Stowarzyszenie Producentów Cementu wydały pierwsze wytyczne, w którym opisano dla betonów architektonicznych:
– podstawy projektowania,
– zasady zapisu warunków kontraktu,
– wytyczne wykonania,
– warunki odbioru.
Wydane kilkanaście lat temu niemieckie wytyczne pod pojęciem „beton architektoniczny” opisują powierzchnie betonowe o zdefiniowanym wyglądzie: „Powierzchnie betonowe oddające rysunek szalunku”. Powierzchnie betonowe mające spełnić określone wymagania techniczne według wymogów normy DIN 18 217.
Fot. 5 Beton elewacyjny wykonany na matrycy silikonowej – technologia SCC
Dla powierzchni betonu architektonicznego definiowane są wymagania co do jego wyglądu i oddziaływania architektonicznego zgodnie z indywidualnym smakiem estetycznym inwestora i projektanta. Dlatego też wymagania odnośnie do wyglądu powierzchni powinny być dokładnie opisane w warunkach kontraktu, tak aby umożliwić obiektywną późniejszą ocenę wyników pracy. Ze względu na różny skład betonu, oddziaływania deskowania i środka antyadhezyjnego oraz nieuniknionego wpływu warunków atmosferycznych należy każdy obiekt budowlany uznać za jednostkowy i unikatowy.
W 2011 r. Stowarzyszenie Producentów Cementu „Polski Cement” wydało opracowanie Krzysztofa Kuniczuka opisujące wytyczne techniczne dla betonu architektonicznego. Definicja betonu architektonicznego w tym opracowaniu jest znacznie bardziej przyjazna i opisuje go jako beton specjalnie projektowany na etapie tworzenia dokumentacji, w której określone są wymagania odnośnie do jego powierzchni, oraz w wyniku eksponowania jego wpływu na wizualny charakter obiektu. Jest to więc beton pozostający w swojej naturalnej formie po usunięciu deskowań. Betonem architektonicznym może być także beton, którego barwa została zmieniona,ale faktura została zachowana. To także beton poddany obróbce np. przez szlifowanie, polerowanie, groszkowanie, wymywanie. Możliwości uzyskania tzw. efektu betonu architektonicznego jest więc bardzo wiele.
Jednym z takich aspektów jest system barwienia betonu, umożliwiający równomierne, ekonomicznie uzasadnione i trwałe nadanie barwy elementom i konstrukcjom betonowym. Rozwiązanie takie daje możliwość zarówno architektom, jak i inwestorom uzyskania nowych środków wyrazu w tworzonym dziele architektury oraz zmienia sposób podejścia do projektowania przez możliwość wykorzystania barwy betonu bez nakładania powłok.
Fot. 6 Zastosowanie betonu kolorowego – budynek Holzheizzentrale Haldenweg w Menzingen
Współczesny rynek domaga się wykonywania wysokiej jakości elementów betonowych, spełniających bardzo wysokie wymagania techniczne i estetyczne stawiane zarówno przez inwestora, jak i projektanta. Dotyczą one przede wszystkim właściwości technicznych, trwałości oraz estetyki wykonania. Powstałe dzięki rozwojowi nowych polimerowych domieszek do betonu technologia betonów samozagęszczalnych (SCC) oraz jej siostrzana technologia betonów prawie samozagęszczalnych (ASCC) stały się perspektywicznym rozwiązaniem technologicznym dla wykonawców elementów betonowych wykonywanych na budowie, a także elementów prefabrykowanych produkowanych w specjalistycznych zakładach wytwórczych. Kolejne generacje nowo opracowanych domieszek umożliwiają konstruowanie mieszanek betonowych łatwiejszych w codziennej produkcji oraz mniej wrażliwych na jakiekolwiek zaburzenia w stosie okruchowym czy też zmiany współczynnika w/c. Zakłady prefabrykacji, producenci betonu towarowego i przede wszystkim wykonawcy obiektów opanowali produkcję, montaż elementów żelbetowych prefabrykowanych czy wylewanych o wysokich parametrach wytrzymałości, szczelności i zwiększonej trwałości, a także różnorodnego kształtowania faktury zewnętrznej betonu w rozumieniu betonu architektonicznego.
Technologie ASCC i SCC wniosły sporo zmian w sposobie wytwarzania prefabrykatów czy elementów wylewanych na mokro. Dzięki temu zdecydowanie podniosła się kultura produkcji mieszanki betonowej oraz jej dalszego przetwarzania. W tym samym czasie znacznie wzrosły także oczekiwania zamawiających co do uzyskiwania określonej faktury, stałej barwy, zachowania wymiarów elementów zgodnie z dokumentacją. Produkowane elementy można podzielić na te, w których najważniejszym zadaniem jest uzyskanie powierzchni elementu o dużej gładkości, dobrego odwzorowania matrycy, deskowania, prawidłowego ukazania ziarna kruszywa lub też uzyskanie określonej, a co najważniejsze jednolitej barwy elementu. Innym bardzo istotnym parametrem jest możliwość osiągnięcia bardzo wysokiej wytrzymałości wczesnej, powyżej 40 MPa, w czasie ok. 16 godzin (np. produkcja elementów strunobetonowych). Oczywiście producent prefabrykatów w każdym przypadku oczekuje takiej modyfikacji mieszanki betonowej, aby uzyskać w efekcie prefabrykat o jak najlepszych cechach technicznych i estetycznych. Jednak w większości przypadków zawsze mamy do czynienia z tzw. parametrem dominującym, któremu podporządkowujemy dalsze nasze działania.
Beton barwiony to znacznie więcej niż beton z dodatkiem porcji pigmentu. Podstawą konstrukcji takich betonów jest beton architektoniczny wraz z całą procedurą, zaczynając od projektowania, a kończąc na wykonaniu elementu betonowego i jego pielęgnacji. Na każdym etapie muszą być podejmowane zasadnicze decyzje dotyczące prawidłowego toku postępowania oraz koniecznej systemowej kontroli jakości całego procesu. Stosowane systemy barwionego betonu mogą zapewnić uzyskanie w betonie niezwykłej palety barw o wysokiej jakości i jednorodności. Spełniając tym samym oczekiwania zarówno inwestorów, jak i projektantów we wszystkich możliwych zastosowaniach, od betonu towarowego aż do indywidualnych projektów elewacji, aranżacji wnętrz czy elementów prefabrykowanych. Receptury betonu prawidłowo technicznie skonstruowane, a jednocześnie ekonomicznie efektywne są kluczem do zapewnienia sukcesu realizacji zadania. Wybór kilkunastu kolorów podstawowych daje możliwość ich mieszania w różnych proporcjach, pozwalając uzyskiwać barwny beton w prawie nieograniczonej gamie odcieni wielu barw. Zastosowanie systemu zapewnia łatwość uzyskiwania barwionego betonu oraz zapewnia ochronę środowiska przed pyłem przy wykonywaniu barwionych w masie betonów dzięki płynnej formie domieszki barwiącej.
System może być wykorzystywany także do produkcji i wykonywania:
– kostki brukowej,
– betonowych elementów drobno-wymiarowych,
– posadzek betonowych,
– elementów prefabrykowanych wykonywanych w różnych technologiach (także SCC),
– konstrukcji wylewanych na mokro z betonu towarowego.
Dozowanie domieszek barwiących może być wykonywane przy wykorzystaniu dozatorów domieszek, dla różnych systemów mieszania w tym także w betonowozach. Przy możliwości korzystania z bardzo różnych systemów mieszania i dozowania uzyskanie właściwych kolorów jest zapewnione w bardzo różnych warunkach, niezależnie czy jest to codzienna produkcja dużych ilości betonu, czy też produkowane są małe ilości betonu do zastosowań specjalnych, np. fragmenty konstrukcji budynku czy posadzka.
Dodatkowymi możliwościami w uzyskiwaniu różnych efektów jest stosowanie powierzchniowych opóźniaczy wiązania cementu. Preparaty te umożliwiają uzyskiwanie określonej głębokości działania opóźniacza, a poprzez to rozmaite efekty strukturalne na powierzchni betonu.
Po opanowaniu produkcji w systemie ASCC można było przejść do technologii SCC, czyli betonu samozagęszczalnego. W rezultacie przy zachowaniu parametrów wytrzymałościowych betonu świeżego i stwardniałego, w tym najważniejszego parametru dla prefabrykacji, czyli wczesnej wytrzymałości, uruchomiona produkcja zlikwidowała konieczność zagęszczania przez wibrowanie (eliminacja hałasu) i uzyskanie bardzo wysokiej jakości zewnętrznych powierzchni betonu.
Innym ciekawym przykładem tworzenia betonu architektonicznego jest możliwość kształtowania jego faktury. Nietypowym przykładem imitacji starej konstrukcji lub kamienia naturalnego za pomocą odpowiednio przygotowanej mieszanki betonowej jest element prefabrykowany pokazany na fot. 5. W wyniku uzyskania dużej ciekłości oraz dobrych właściwości odpowietrzania mieszanki betonowej udało się w sposób bardzo dokładny odwzorować powierzchnię matrycy na elemencie żelbetowym imitującą powierzchnię starego, spękanego betonu. Dużą rolę odgrywa również dobranie właściwego środka antyadhezyjnego. To właśnie on m.in. ma ułatwić odprowadzenie powietrza z powierzchni elementu, tworząc gładką szczelną strukturę bez kawern.
Inną bardzo trudną realizacją była produkcja betonowych dwuwarstwowych paneli elewacyjnych w technologii SCC. Grubość paneli wynosiła 7–8 cm przy klasie betonu B45. Barwę elementu należało osiągnąć poprzez barwienie strukturalne, co było dodatkowym utrudnieniem.
Szeroko rozumiany beton architektoniczny od lat jest wykorzystywanym elementem podkreślenia formy i wykończenia estetycznego budynków mieszkalnych, biurowych oraz użyteczności publicznej. Ten sam aspekt jest też coraz częściej wykorzystywany w budownictwie inżynieryjnym. Dotychczasowe metody polegające głównie na nakładaniu barwnych powłok z wysokiej jakości farb, często na koniecznych szpachlach, nie są zadowalającym i wystarczającym rozwiązaniem. Problem właściwego kształtowania zewnętrznych powierzchni w betonowych prefabrykatach czy elementach konstrukcji inżynierskich wylewanych na placach budowy jest ważny dla wielu krajów, w tym także dla Polski. Inwestorzy i projektanci oczekują, oprócz trwałości i wysokich parametrów wytrzymałościowych betonu, także możliwości estetycznego i trwałego sposobu kształtowania odpowiednio zróżnicowanej, atrakcyjnej jego faktury i wyglądu zewnętrznego. Przedstawione rozwiązania wychodzą naprzeciw tym oczekiwaniom.
Tomasz Gutowski
Zdjęcia Sika Poland
W artykule wykorzystano:
1. Materiały firmy Sika Poland.
2. Wytyczne Federalnego Stowarzyszenia Producentów Cementu dotyczące przetargów, wykonania i odbioru betonów o zdefiniowanych wymaganiach optycznych, 1997.
3. W. Świerczyński, P. Grabarczyk, Kształtowanie zewnętrznej faktury betonowych prefabrykatów mostowych, Wrocław 2010.
4. T. Gutowski, P. Krupa, W. Świerczyński, Domieszki w budownictwie mostowym i komunikacyjnym w Polsce – doświadczenia i nowości, konferencja „Estetyka mostów”, Jachranka 2011.
5. K. Kuniczuk, Beton architektoniczny – wytyczne techniczne, Wyd. Polski Cement – SPC, Kraków 2011.
