Pukotine u betonu nisu poželjne. Njihovo nastajanje pobuđuje pomisao da je rad izvršen nekvalitetno te da su tijekom izgradnje bile učinjene pogreške, tako da se javlja i pitanje sigurnosti čitave konstrukcije. I unatoč tome su pukotine u betonu posve normalna pojava, i uvijek se nalaze na betonskim konstrukcijama.
Pukotine mogu biti posve bezopasne, recimo – kada cjelokupno oštećenje predstavlja samo područje raspukline; no, one mogu biti i posljedica veće pogreške te upozoravaju da nešto nije u redu sa samom konstrukcijom. U svakom slučaju, pukotinu treba pregledati te utvrditi razlog njezina nastajanja, kao i njezin značaj za sigurnost i trajnost konstrukcije.
Kako se kod dimenzioniranja odnosno dokazivanja sigurnosti betonskih konstrukcija računski izračunava i tvrdoća betona na tlak, dok se ona na vlak zanemaruje, pukotine u betonskim konstrukcijama neposredno ne ugrožavaju stabilnost konstrukcije. Međutim, posredno bi pukotine u betonu mogle ugroziti i samu stabilnost konstrukcije radi opasnosti od korozije armature i drugih korozivnih procesa.
Nastajanje korozije armature i drugih korozivnih procesa u betonu je ovisno o stupnju agresivnosti okoline u kojoj se konstrukcija nalazi te mogućnosti pristupa vlage i plinova do armature, što omogućavaju upravo pukotine. Pritom važi pravilo da je postojanost betona usko povezana sa njegovom propusnošću. Istraživanja su pokazala da se propusnost betona povećava približno srazmjerno trećoj potenciji širine pukotine. Zato su betonske konstrukcije postojane i unatoč raspuklinama, ukoliko su ove dovoljno tanke. To je ujedno i cilj projektiranja konstrukcije, koja mora osigurati da će radne pukotine u tim konstrukcijama biti tanje od najširih dopuštenih, kakve su propisane u neposrednoj ovisnosti o agresivnosti okoline te o prirodi i funkciji konstrukcije.
Ako pukotina predstavlja moguću opasnost za nosivost ili trajnost betonske konstrukcije, trebat će je dugotrajno sanirati. I to je moguće samo ako se poznaju uzroci njezinog nastajanja.
Razlozi za nastajanje pukotine su različiti. Raspukline možemo općenito podijeliti na one koje nastaju u još svježem betonu, te na one koje se stvaraju u već stvrdnutom betonu. Različite vrste pukotina u betonu prikazane su na slici 1.
PUKOTINE U SVJEŽEM BETONU
Pukotine u svježem betonu nastaju radi:
- plastičnog stezanja, i
- plastičnog slijeganja.
Pukotine u svježem betonu nastale zbog plastičnog stezanja
Pukotine u betonu nastaju radi plastičnog stezanja ako svježe zabetonirana betonska površina tijekom vezanja uslijed ishlapljivanja izgubi previše vlage. Ishlapljivanje ovisi o temperaturi zraka i betona, o relativnoj vlažnosti zraka i postojanju mogućeg vjetra. Kod odgovarajuće kombinacije svih ovih čimbenika ishlapljivanje vlage iz svježeg betona veliko je u toplim, a i u hladnim vremenskim prilikama.
Ako je hlapljenje vode sa površine svježega betona brže negoli se može nadomjestiti vodom radi vlaženja iz nižih slojeva, površina se steže. Ipak, stezanju obično smetaju niži slojevi betona, gdje je ishlapljivanje manje ili ga uopće niti nema. U još nevezanim ili slabo vezanim slojevima betona na vrhu, gdje nema niti male tvrdoće na vlak ili sa vrlo malom tvrdoćom na vlak, nastaju radi toga dostatne napetosti na vlak, tako da izazivaju stvaranje slučajno orijentiranih raspuklina, koje onda sastavljaju poligonalnu mrežu ili leže usporedno (pukotine D, E i F na slici 1). One nastaju na betonu već nakon pola sata do 6 sati nakon izvedbe, i to na više mjesta. Ako nastaju radi plastičnog stezanja – neće biti duboke, mada kasnije mogu postati i vrlo duboke. Nastajanje tih pukotina može se ograničiti ili spriječiti onemogućavanjem ishlapljivanja vode sa betonske površine radi toploga vremena i vjetra. Mjere koje se obično poduzimaju u okviru njege odmah nakon ugradnje svježega betona su – vlaženje betonske površine prskanjem vodom, pokrivanje betona plastičnim folijama ili mokrom jutom te prebrizgavanje betona kontrasolom.
Pukotine u svježem betonu nastale radi plastičnog slijeganja
Premda je svježi beton ugrađen sa dostatnim vibriranjem, još je uvijek sklon daljnjem stvrdnjavanju. Njegovo dodatno slijeganje je spriječeno položenom armaturom ili stijenkama kalupa. U tom slučaju nastaju na mjestima ometanja, na primjer – kod armature ili ispod držača šupljine i nad njima – pukotine (pukotine A, B i C na slici 1), i to u vremenu od deset minuta do tri sata. Raspukline i šupljine su utoliko izraženije, što je beton lošije ugrađen te što je veća skučenost i deformabilnost uporabljenih dasaka. Mogućnost nastanka pukotina radi plastičnog slijeganja jako se smanjuje ili potpuno zaustavlja uporabom odgovarajućih dasaka, sa prikladnim ugrađivanjem sa vibriranjem i pravovremenim revibriranjem, sa uporabom svježeg betona uz najmanje moguće slijeganje i povećanje debljine pokrovnog armaturnog sloja.
PUKOTINE U STVRDNUTOM BETONU
Uzroci nastajanja pukotina u stvrdnutom betonu su:
- stezanje radi sušenja,
- temperaturne napetosti,
- kemijske reakcije,
- izloženost vremenu,
- korozija armature,
- slaba izvedba,
- preopterećenje tijekom gradnje,
- nedostaci projekta i izvedbe pojedinosti (detalja),
- vanjsko preopterećenje.
Slika 1: Različite vrste pukotina u betonu
Pukotine u stvrdnutom betonu nastale zbog stezanja posljedica su sušenja
Važno je za stvrdnuti beton reći, da će se pri sušenju stegnuti za oko 0,06 posto, dok će pri navlaživanju nabreknuti. Ako se ovo stezanje i nabreknutost spriječe, u betonu će se pojaviti napetosti na vlak i izazvati nastajanje pukotine (raspukline I na slici 1). Takve raspukline su na betonskim konstrukcijama vrlo uobičajene i nastaju nakon nekoliko tjedana, ili čak i mjeseci. U masivnim betonskim blokovima su se pojavile napetosti na vlak radi različitog stezanja betona na površini i u unutrašnjosti blokova. Stvaranje takvih raspuklina zaustavlja se povećanjem količine agregata i smanjenjem količine vode za pripremu svježe betonske mješavine, a i uporabom ekspanzivnog cementa, koji kompenzira stezanje.
Pukotine u stvrdnutom betonu nastale radi temperaturnih napetosti
Temperaturne razlike među različitim dijelovima betonske konstrukcije mogu biti posljedica razlika u oslobođenoj hidratacijskoj toplini u tim dijelovima konstrukcije ili zagrijavanja odnosno hlađenja dijelova konstrukcije radi vremenskih odnosa na različitim temperaturama. Temperaturne razlike izazivaju rastezanje ili stezanje betona, pri čemu se pojavljuju napetosti na vlak, koje opet izazivaju nastajanje pukotina (pukotine G i H na slici 1). Raspukline radi temperaturnih napetosti mogu se pojaviti bilo kada, čim se za njih ispune uvjeti.
U masivnim betonskim blokovima unutrašnjost bloka postiže tijekom stvrdnjavanja betona – radi oslobađanja hidratacijske topline – znatno višu temperaturu negoli površina bloka, koja ima znatno veće mogućnosti odašiljanja hidratacijske topline. Stupnjevanje temperature stvara se radi snažnijeg zagrijavanja unutrašnjosti bloka u usporedbi sa površinom i zato se pojavljuju napetosti na vlak, koje uzrokuju nastajanje pukotina. One će postati vidljive za nekoliko dana.
Pukotine u stvrdnutom betonu nastale zbog kemijskih reakcija
Tijekom eksploatacije u betonu se mogu odvijati različiti kemijski procesi radi kemijskih supstanci koje u sustav pora betona prodiru zajedno sa vodom (vodom za njegu betona, podzemnim vodama, morskom vodom, kišnicom …), sa zrakom (razni plinovi kao što su CO2, SO2, aerosoli i slično), ili se već nalaze u betonu zbog njegovih sastojaka kakvi su aktivna zemlja u agregatu, alkalije iz cementa i kloridi iz kemijskih dodataka ili agregata.
To su korozivni procesi u betonu tijekom kojih se odvijaju kemijske reakcije, a pritom obično nastaju hidratacijski proizvodi volumena većeg od ishodišnih materijala. Produkti hidratacije su izvori napetosti koje su dovoljno velike da izazivaju destrukciju i nastajanje raspuklina. Rascjepi nastali uslijed kemijskih reakcija pojavljuju se nakon godine dana, ili čak i nakon više godina. Njihovo nastajanje će se onemogućiti izradom dovoljno gustoga betona i izbjegavanjem uporabe ishodišnih materijala za beton, koji u sebi sadrže štetne tvari.
Pukotine u stvrdnutom betonu nastale radi izloženosti vremenskim uvjetima
Oštećenja u betonu mogu nastati i radi njegove izloženosti vremenskim nepogodama, i to uslijed fizikalnih procesa kakvi su smrzavanje i otapanje, vlaženje i sušenje te grijanje i hlađenje. Ova se oštećenja pojavljuju tek nakon dužega vremena.
Kod smrzavanja i otapanja smrzava se voda u porama betona, pri čemu led ima oko 10 posto veću zapremninu od početne zapremnine vode. To izaziva hidraulične pritiske koji djeluju na beton i utječu na nastajanje raspuklina. Otpornost na smrzavanje i otapanje postiže se zračenjem ili odgovarajućom gustoćom betona, kao i uporabom agregata otpornog na smrzavanje.
Vlaženje i sušenje te grijanje i hlađenje su procesi, koji kao posljedicu imaju promjene zapremnine u betonu, a one opet izazivaju napetosti na vlak; ove napetosti i uzrokuju nastajanje raspuklina, ukoliko su vlaženje i sušenje odnosno grijanje i hlađenje dovoljno intenzivni.
Pukotine u stvrdnutom betonu nastale radi korozije armature
Korozija armature je elektrokemijski proces koji se događa u oksidacijskom okruženju, ukoliko u betonu postoji dovoljna količina vlage te određena električna povezanost između anodnog i katodnog mjesta, koja se oblikuju na armaturi. Svojom alkalnošću beton osigurava armaturu od korozije, pri čemu govorimo o pasivizaciji armature. Ipak se alkalnost ponekad može i smanjiti radi karbonizacije betona, a posebno ako je debljina zaštitnog sloja armature tanka, ili ako se provodnost betona u zaštitnom sloju povećava radi prodora iona klorida, što se obično događa u morskom okružju ili kod posipanja cesta solju. I tada se ispunjavaju uvjeti za korodiranje armature.
Kod korozije željeza na mjestu anode nastaju produkti korozije. To su željezni oksidi i hidroksidi, koji imaju veću zapremninu prostora od početnog željeza. Ovi korozijski produkti koji tako nastaju stvaraju snažne napetosti, a one opet pukotine, i to usporedne sa položajem armature (pukotine L na slici 1). Kako je korozija još snažnija, vršni dijelovi zaštitnog betonskog sloja ljušte se i armatura ostaje ogoljena. Pukotine izazvane korozijom armature nastaju tijekom niza godina.
Korozija armature se može spriječiti dostatno izvedenom debljinom zaštitnog sloja te izvedbom gustoga betona ili katodne zaštite.
Pukotine u stvrdnutom betonu koje nastaju zbog loše izvedbe
Različite pogreške učinjene prilikom izvedbe mogu izazvati nastajanje raspuklina. Nabrojiti ćemo neke od najčešćih:
- dodavanje vode za poboljšanje sposobnosti ugrađivanja svježega betona, koji – čim se započne vezivati – izaziva veće mogućnosti za slijeganje i stezanje radi ishlapljivanja svježeg betona pri istodobnom gubitku tvrdoće;
- loša njega ili čak i potpuno propuštanje bilo kakve njege dovodi do povećanja stezanja i dugoročnog smanjivanja tvrdoće betona uslijed nedostatne hidratacije;
- nestabilnost dasaka, njihovo prebrzo uklanjanje ili neodgovarajuće sabijanje temeljnih podova može izazvati daljnje slijeganje, a time i nastajanje pukotina, i to prije no što beton zadobije dostatnu tvrdoću;
- nepravilna lociranost i izvedba radnih dodira mogu izazvati otvaranje tih dodira radi prevelike napetosti na području dodira.
Pukotine u stvrdnutom betonu, nastale uslijed preopterećenja tijekom gradnje
Tijekom gradnje su dosta česta preopterećenja konstrukcijskih elemenata, a pukotine nastaju na onima u kojima ugrađeni beton još nije postigao dostatnu tvrdoću. Pukotine su trajne i mogu izazvati neiskoristivost ili smanjenu iskoristivost elementa. Kod gotovih izrađenih građevinskih proizvoda preopterećenja su učestala posebno tijekom prijevoza i pri montaži konstrukcijskih elemenata, na kraju prednaprezanja takvih elemenata ili kod vađenja dasaka između sparenih elemenata radi njihovog prebrzog hlađenja, kada se stvara snažno stupnjevanje temperature.
Pogreške radi preopterećenosti tijekom gradnje mogu se ukloniti samo uz pridržavanje uputstava za rad i odgovarajući nadzor prijevoza, potrebnih tvrdoća, brzine hlađenja i načina zagrijavanja. Takvih se uputstava radnici moraju dosljedno pridržavati.
Pukotine u stvrdnutom betonu nastale zbog nedostataka projekta i izvedbe pojedinosti (detalja)
Nedostaci u samom projektu dovode također do nastajanja pukotina, koje mogu biti nevažne, ali i bitne za projekt. Ti nedostaci su vrlo raznovrsni, ali nam svi govore samo jedno: da projektant nije poštovao određena pravila struke. Takvi nedostaci su: nepravilno projektiranje otvora za prozore i vrata, ili promjene u presjecima u elementima, ako se nisu poštovala pravila da su kutovi otvora ili promjene presjeka mjesta najvećih napetosti, dodirivanje zidova ili konstrukcijskih elemenata koji ne dopuštaju pomicanje elemenata radi rastezanja i stezanja uslijed temperature odnosno radi izmjene vlage s okolicom, uporaba armature s previše tankim promjerom, armiranje sa premalom količinom armature ili na pogrešnom mjestu, nepravilna izrada temelja… Sve to dovodi do diferencijalnih pomicanja u konstrukciji, koja uzrokuju napetosti, a beton ih ne uspijeva izdržati pa puca. Nastajanje pukotina ove vrste onemogućava se samo brižnim projektiranjem i nadzorom izvedbe naročito zahtjevnih pojedinosti (detalja).
Pukotine u stvrdnutom betonu nastale zbog vanjskog preopterećenja
Radi vanjske preopterećenosti pojavljuju se na betonskoj konstrukciji napetosti na vlak i uzrokuju nastajanje pukotina.
ZAKLJUČAK
Pukotina u betonskim konstrukcijama uvijek ima, no spriječiti njihovo nastajanje odnosno ograničiti njihovo širenje na dijelove još neproblematične za postojanost nekoga betonskog objekta treba započeti već prilikom projektiranja, koje u konstrukciji radije treba osigurati više uskih pukotina negoli jednu širu. Time se smanjuje propusnost betona. Jedna od pouzdanih mjera je i mikroarmiranje. Naravno da se onemogućavanje stvaranja pukotina nastavlja na svim stupnjevima radova na betoniranju, uključujući i pravilnu njegu, kao i rukovanje gotovim elementima konstrukcije ili betonskim proizvodima. To opet znači da ekipa koja obavlja radove na betoniranju mora imati dovoljno znanja i iskustva te radnih sposobnosti da bi pravilno i na vrijeme izvela sve izvedbene stupnjeve rada.
Andrej Zajc
