A Födémbetonozás Műszaki Szempontjai és Története: A Monolit Vasbetonlemeztől a Modern Megoldásokig
A födémbetonozás, mint a betonozási műveletek egyik legkényesebb típusa, kiemelkedő figyelmet igényel a kivitelezés során. A precíz tervezés alapvető fontosságú, hiszen a kiviteli tervek szigorúan meghatározzák a geometriaméreteket, a szükséges vastagságot, a betonacélok megfelelő takarását, valamint a speciális csomópontok és csatlakozások kialakítását. A betonból készült építmények, épületszerkezeti egységek és részek akkor tekinthetők megfelelőnek, ha azok teherhordó képességgel rendelkeznek - azaz ellenállnak az erőhatásoknak és az alakváltozásoknak -, és tartósan alkalmasak a rendeltetésszerű használatra. Az épületek födémei, amennyiben helyszíni betonozással készülnek, monolit vasbetonlemezek formájában ölt testet.
A Betonszabványok Jelentősége és Fejlődése
A betonos szakmában elengedhetetlen ezen két szabvány ismerete: az MSZ EN 206:2014 (Beton. Műszaki feltételek, teljesítőképesség, készítés és megfelelőség), valamint az MSZ 4798:2016. Ez utóbbi szabvány a beton műszaki követelményeit, tulajdonságait, készítését és megfelelőségét tárgyalja, kiegészítve az EN 206 szabvány magyarországi alkalmazási feltételeivel. Az MSZ 4798:2016 tartalmazza az MSZ EN 206 szabvány szövegét a nemzeti kiegészítésekkel együtt. A Magyar Szabványügyi Testület (MSZT) bizottsági munka során időről időre aktualizálja ezt a magyar szabványt. Ennek megfelelően 2018. március 1-től lépett érvénybe a betonszabvány módosítása az MSZ 4798:2016:2M:2018 szám alatt, majd 2021. november 1-től az MSZ 4798:2016/3M:2021. Ez a legutóbbi módosításig a hatályos betonszabvány.
A beton minőségének alakulását ezen folyamatok mind befolyásolják. Ezek egyrészt az emberi munka ráhatási körébe tartoznak - azaz a munka minősége -, de a környezeti körülmények is nagymértékben befolyásolják a végtermék minőségét. Ezen hatások megfelelő figyelembevétele elengedhetetlen a minőségi beton előállításához.
Az Építmények Élettartama és Szerkezeti Osztályozása
Az építmények tervezett élettartamát az MSZ EN 1990:2011 szabvány írja elő. Nyilvánvaló, hogy a használati élettartam nem lehet kisebb, mint a tervezési élettartam. A betonszerkezet élettartama alapesetben 50 év. Ez időszakon belül a beton, vasbeton és feszített vasbeton szerkezet legfőbb tulajdonságainak meg kell felelniük a tervezési követelményeknek.
A kivitelezők ritkábban hallanak az építmények osztályba sorolásáról, mivel ez az információ nem szerepel magában a beton jelében. Pedig a betonszerkezeteknél ez is lényeges szempont. Az osztályba sorolás alapvetően az erőtani méretezés során kerül meghatározásra a statikus szakemberek munkája révén. Ez figyelembe veszi a tervezett nyomószilárdsági osztályt, az élettartamot, a környezeti hatásokat és a minőségellenőrzés szintjét. A szerkezeti osztályokat az MSZ EN 1992-1-1-2010 (Eurocode 2) tartalmazza, és az építményeket S1-S6 osztályok közé sorolja. A leggyakoribb osztályok az S3 és az S4. Ez azt jelenti a gyakorlatban, hogy az általában 50 év élettartamra tervezett építményeknél a betonszerkezetek elkészítése kiemelt szintű minőségellenőrzés mellett történik a betongyártás, betonacél-szerelés, betonbedolgozás, tömörítés és utókezelés során.
Környezeti Hatások és Betonozás
A környezeti hatásokra különösen tekintettel kell lenni. Hiába van statikailag jól megtervezve egy szerkezet, a használhatóságot és a tartósságot jelentősen ronthatják a környezeti hatások, amelyeket nem vagy nem megfelelően veszünk figyelembe. A környezeti hatásokkal tehát számol mind a betonszabvány, mind a szerkezettervezési szabvány. Ez elsősorban a beton összetételével kapcsolatos tulajdonságok követelményként való megfogalmazásával történik (pl. nyomószilárdsági osztály, cementtartalom, víz-cement tényező, testsűrűség), másodsorban pedig a vasbeton és feszített vasbetonszerkezetek esetében a betonfedéssel (betontakarás).
A födémek általában - legyen szó családi házakról vagy irodaházakról - nyitott térben készülnek. Ez azt jelenti, hogy a betonozás és a szilárdulás idején ki vannak téve a környezeti hatásoknak. Emiatt fokozottan figyelni kell az időjárási körülményekre és az utókezelésre. A vonatkozó MSZ 4798:2016 betonszabvány utal egy több mint negyedszázados műszaki előírásra, ami a beton készítésére vonatkozik.
A tartószerkezeti betonok nyomószilárdsági osztályai C20/25-nél kezdődnek, és általában ennél magasabb fokozatú osztályba tartoznak. Ennek nagy jelentősége van, mert sajnos gyakran előfordul, hogy nem megfelelő időjárási körülmények esetén a vasbeton födém nyomószilárdsága nem éri el sem a tervezett, sem a minimálisan elégséges nyomószilárdsági osztályt. Például, ha egy monolit vasbeton födém szerkezeti betonját C30/37-MSZ 4798:2016 nyomószilárdsági osztályúnak tervezték a statikai méretezés során, akkor esetleg még elfogadható lehet egy szilárdsági osztállyal kisebb, C25/30-MSZ 4798:2016 nyomószilárdságúra sikeredett beton.
Vannak sajnos olyan esetek, általában téli, hideg időben történő betonozáskor, amikor a betonüzem nem téliesített, a szállítási távolság nagy, a bedolgozás, tömörítés nem megfelelő, esetleg még többletvíz is kerül a frissbeton-keverékbe, és bizony az utókezelés is elmarad. Külön vigyázni kell arra, hogy fagyban ne betonozzunk, de már 5 °C alatti hőmérséklet esetén se. Fontos továbbá, hogy a beton se kötés közben, se a szilárdulási időszak első szakaszában, az első néhány napon ne fagyjon meg.
A téli födémbetonozások esetén még azzal is számolni kell, hogy a megkötött szerkezet, amit alulról zsaluzat tart, nincs hőszigetelve, tehát a fagyhatás alulról is érheti a friss vasbeton szerkezetet. Azt is figyelembe kell venni, hogy a beton a szabvány szerinti 28 napos tervezési szilárdságát hideg időben nem 28 nap alatt éri el, hanem tovább tart a szilárdulási folyamat. 10 °C alatt több mint kétszeresére nőhet a szilárdulási idő, tehát például egy január eleji, hideg időben betonozott födém betonjának a 28 napos szilárdsága csak március közepére, végére alakul ki (nyitott épület esetén).
Ugyanígy nagy nyári meleg esetén is keletkezhetnek durva hibák, ami miatt nem lesz elfogadható és sajnos javítható sem a szerkezet. A tapasztalat az, hogy az elfogadhatatlan, menthetetlen szerkezetek keletkezését nem csak egy hiba elkövetése okozza, hanem hibák egész sora.
A hibák elkerülése érdekében a betonszabványon és az abban hivatkozott műszaki előírásokon túl az MSZ EN 13670-1:2000 Betonszerkezetek kivitelezése szabvány is fontos iránymutatásokat ad.
A Vasbeton Története: Az Ókortól a Modern Korig
Cikksorozatunkban folytatjuk annak az izgalmas építőanyagnak a történetét, amely mára a legfontosabb építőanyaggá, egyben a földön a víz után a legnagyobb mennyiségben használt anyaggá vált. A római kort követően áttekintettük a középkor történetét, eljutottunk a beton legújabb kori felfedezéséig, majd az előző részben visszatértünk a római kort megelőző időszakra, amelyben feltártuk a nabateusok tevékenységét is. Megismertük a Parker-féle római cementet, bepillantottunk a francia Joseph Monier tevékenységébe és a szintén francia Joseph Louis Lambot munkásságába, így a virágcserépen és a csónakon keresztül eljutottunk a vasbetonig. Láthattuk, hogy míg a cementek szülőhazája Anglia volt, addig a vasbeton bölcsője Franciaország lett.
Odáig már eljutottunk, hogy a kutatók keresték a megoldásokat, hogyan lehetne növelni a beton húzószilárdságát, hiszen a beton önmagában, mint mesterséges kő, csak nyomásra áll ellen, húzószilárdsága csekély. Monier mint kertész és Lambot mint földbirtokos letették az alapokat, de a mai értelemben vett vasbeton szerkezetekhez ennél többre volt szükség. Az igazi vasbetont első ízben a szintén francia Francois Coignet alkalmazta még 1855-ben két épületnél is. Az egyik egy vasúti őrház volt Sueres-ben, a másik pedig a saját háromszintes lakóháza. Coignet szintén szabadalmaztatta módszerét, miszerint a betont úgy kell vasalni, hogy monolitikus szerkezetet kapjunk. Azt is meghatározta, hogy a födémek vasbetétei egymást szimmetrikusan keresztezzék. Ezzel arra is rájött, hogy ez a módszer gátolja a födémek lehajlását. Még számos más részletet is végiggondolt és ismereteit egy 400 oldalas könyvben adta közre 1861-ben.
Időközben Anglia is kezdett magára találni, mert a cementgyáros William Boutland Wilkinson szintén a saját házát építette meg vasbetonból Swansonban. Az ő szabadalma födémépítésről szólt, amely a beton tűz elleni védelmét emelte ki. A vasbetétek elhelyezésénél már a húzott oldalra helyezte azokat, így ez már a mai statikus szemlélet előképének tekinthető. Ezt követően megsokasodtak a szabadalmak, amelyeket például olyan ma is jól ismert nevek fémjeleznek, mint a francia Francois Hennebique vagy a német Wilhelm Gustav Dyckerhoff.
Magyarországra a vasbeton Franciaországból érkezett német közvetítéssel. Németországban 1881-ben megvették Monier szabadalmát, és próbaterhelésekkel le is ellenőrizték annak működését. Ennek alapján fektették le a vasbeton első elméletét, miszerint az acélbetétek a húzást, a beton pedig a nyomást veszi fel. E tevékenység Mathias Koenen nevéhez fűződik, és e kísérleti és elméleti munka nyomán terjedt el a Monier-rendszer Ausztriában és Magyarországon is. A Monier-szerkezetek sík vagy görbe felületekkel határolt, mindkét oldalon cementbetonnal burkolt vasvázak. A beton keverési aránya többféle volt.
Meg kell még említenünk Wünsch Róbert magyar cementtechnikus és építési vállalkozó nevét, aki a Monier-rendszerrel egy időben szabadalmaztatta építési rendszerét. A Wünsch-rendszer előnyösebb a Monier-rendszernél. Wünsch egyrészt merev vasvázat alkalmazott, így a vasváz önmagában is teherhordó volt, másrészt olcsóbb volt az előállítása, mert azt keretszerkezetként alakította ki, így a támaszerők felvételére nem volt szükség erősebb falra vagy hídfőre. Wünsch Róbert neve összeforrott a Millenniumi Földalatti vasút építésével is, mert a föld-, illetve betonmunkát és -szerelést Wünsch Róbert budapesti vállalkozóra bízták. A födém elkészítésénél már Wünsch Róbert magyar vállalkozó találmányát alkalmazták. Az építkezés 1894 augusztusában kezdődött el és 1896-ban fejeződött be.
A magyarországi cementgyártás - a lábatlani és a beocsini cementgyár 1869-es, a nyergesújfalui cementgyár 1870-es, míg az óbuda-újlaki cementgyár 1880-as megalapítását követően - nehezen talált magára. Már ezeknek a gyáraknak a létrejötte is fontos mérföldkő volt, mert ezt megelőzően még gyakorlatilag érvényben volt az a Mária Teréziától származó rendelet, amely tiltotta, hogy Magyarországon gyárat alapítsanak. Csak az 1867. évi Kiegyezés után változott meg bizonyos fokig a helyzet, és ez tette lehetővé az említett cementgyárak létrejöttét is. A kezdetben Parker-féle római cementet gyártó üzemek fokozatosan álltak át portlandcement gyártására.
Alapanyagok és Minőségellenőrzés a Vasbeton Gyártásban
Vasbeton szerkezeteink előállításához alapanyagként minden esetben használunk cementet, adalékanyagot, vizet, valamint (lágy vagy feszített) vasalást. Ahogy azt megszokhattuk, a beton alapanyagai szigorú kontroll alatt állnak: a cementeket és gyártóüzemeiket rendszeresen vizsgálják, auditálják és tanúsítják független tanúsító szervezetek. A keverővíz minőségét, a benne található oldott ionokat gyakorta vizsgálják, valamint az adalékanyag-bányákat szintén független felek auditálják és tanúsítják.
A vasalások esetében a helyzet annyiban más, hogy azokra nem adtak ki harmonizált európai szabványt - a többszöri (sikertelen) próbálkozások ellenére sem. Habár az Eurocode 2 (EN 1992) 1.1 részében meghatározták a vasalatok anyagaira vonatkozó minimális követelményeket, a forgalomba hozatalt minden tagállam saját nemzeti eljárásrend alapján, nemzeti szabványok vagy műszaki értékelések alapján követeli meg, országonként többé-kevésbé eltérő műszaki tartalommal és követelményekkel. Mindez annak dacára, hogy az Eurocode2-vel való összhang és az EN 10027 szabványban megadott acélminőség-jelölési követelmények miatt ezek a termékek azonos jelöléssel kerülnek forgalomba.
A Beton Tulajdonságai és a Vasbeton Létrejötte
A beton egy tömör, masszív, kemény, nagy teherbírású anyag. Egy C35/45-ös szilárdsági osztályú beton karakterisztikus nyomószilárdságának egy 150×150 mm-es betonkockán mérve legalább 45 N/mm² (MPa) értékűnek kell lennie. Egy ekkora, viszonylag kicsi kocka is hihetetlenül nagy, 1000 kN (100 t) nyomóirányú terhet elbír törés nélkül. Viszont amennyiben a betont nem nyomó, hanem húzó irányú igénybevételnek vetjük alá, sokkal gyengébb eredményeket kapunk: a beton húzószilárdsága (iparági ökölszabály szerint) kb. a tizede a nyomószilárdságának. Vagyis a fenti 45 N/mm²-es karakterisztikus nyomószilárdságú betonunk húzó irányban még 5 N/mm²-t sem fog elbírni.
Ez így önmagában még nem lenne probléma, hiszen nem szoktuk a betont kötél, húzott rúd, vonószerkezet stb. formában alkalmazni, viszont hajlított tartóként annál inkább! Ebben az esetben pedig a betongerendánk (lemezünk) a teljes keresztmetszete mentén függőleges irányban változó igénybevételnek van kitéve: a keresztmetszet felső felében (nyomott zóna) a beton számára kedvező nyomóirányú, az alsó felében (húzott zóna) viszont kedvezőtlen húzóirányú terhet kap. Erre a feladatra az acélt találták a legalkalmasabbnak. A 19. században a francia Monier megállapította, hogy beton virágtartóinak a peremébe beletett vasbetétek jelentősen megnövelték annak tartósságát; a beton szakma innen számítja a vasbeton mint építőanyag megszületését.
Betonszerkezetek Tönkremenetele és Javítása
A modern kor épületszerkezeteinek egyik leggyakoribb anyaga a beton, illetve a vasbeton. A betont, mint építőanyagot az épület szinte bármelyik szerkezeti eleménél megtalálhatjuk, ennélfogva különféle hatásoknak és igénybevételeknek van kitéve. A betonszerkezetek tönkremenetelének számos oka lehet, de alapvetően két fő csoportba sorolhatjuk ezeket. Az egyik esetben a beton megy tönkre az őt érő mechanikai, kémiai és fizikai hatások következtében, míg a másik esetben az erősítő betét, a betonacél korróziója és az ezzel járó térfogatnövekedés okoz károsodást. Ugyanakkor a hibák nemcsak a használat során, az idő múlásával keletkezhetnek, hanem már a beton elkészítésekor. Tehát nemcsak a károsodás okai lehetnek sokfélék, de a mértéke is nagyon eltérő lehet, akár egy szerkezeti elemen belül is!
Általános probléma, hogy a betonszerkezetek javítására nem megfelelő anyagot alkalmaznak és nem is megfelelő módon. A széles termékválasztékból mindig a javításnak leginkább megfelelő terméket tudjuk kiválasztani, de fontos, hogy a javítás módját és technológiáját tartószerkezettel foglalkozó szakember (tervező vagy szakértő) előzetes vizsgálat alapján határozza meg. A Mapei munkatársai ebben a folyamatban is készséggel segítenek a mérnököknek, például helyszíni tapadó-húzó szilárdság méréssel. Sok esetben már a betonjavítás előtt sincs meg a szabvány szerint szükséges betontakarás, ennek ellenére a javítást úgy kell elvégezni, hogy a javítás után megfelelő legyen. Ezt csak geometriai növeléssel lehet megoldani teljes felületen! Kérdés, hogy erre van-e mód?
A betonjavítást általánosságban a következő sorrendben kell elvégezni:
- Felületelőkészítés: A laza, málló részeket el kell távolítani, a beton és acélbetétek felületét meg kell tisztítani, például homokszórással. A beton visszavésésének mélysége függ a karbonátosodás mértékétől. A betonjavításhoz a felületen 5 mm-es érdességet kell létrehozni.
- Korrózióvédelem: A kilátszódó betonacélokat MAPEFER 1K Zero korróziógátló habarccsal kell lekezelni, két rétegben, ecsettel kell felhordani, összesen kb. 2 mm vastagságban.
- Betonjavító habarcs felhordása: A betont vízzel kell telíteni, majd mattnedves fázisban kell felhordani a betonjavító habarcsot, például a Mapegrout termékcsalád valamelyik termékét. A kiválasztásban segítségünkre lehet a Mapei Útmutató javító- és simítóhabarcsok választásához című kiadványa. A betonjavító anyag felhordása történhet kézzel és nagyobb felület esetén géppel is, hiszen a MAPEGROUT termékcsalád szinte mindegyike gépi szórással is felhordható.
- Köpenyezés (szükség esetén): Ha a keresztmetszet-csökkenés nagyobb mértékű, vagy ha például egy pillér esetében a teljes betontakarást el kellett távolítanunk, a javítás köpenyezéssel is elvégezhető. A körbe zsaluzott pilléreket Planitop HPC kétkomponensű, zsugorodáskompenzált, acélszálakkal erősített R4 osztályú szerkezeti betonjavító habarccsal öntjük ki. Ez 40 mm vastagságig hálóerősítés nélkül alkalmazható. A végeredmény sima felületű, külön simítást nem igényel.
- Felületsimítás (szükség esetén): Amennyiben szükséges, a Planitop család simítóhabarcsaival a javított felületek az elvárásoknak megfelelően besimíthatók.
- Védelem: A javított szerkezet védelmére a környezeti hatásoknak és az igénybevételnek megfelelően különféle festékek és bevonatok alkalmazhatók.
A beton- és vasbetonszerkezetek javításához a szabvány megfelelő iránymutatást ad, és a piacon elérhetők azok a termékek, melyekkel ezt szakszerűen elvégezhetjük. A szerkezet felületére közvetlenül felragasztható, öntapadó cinklemez a vasalat korrózió elleni katódos védelmére is egy lehetséges megoldás.
tags: #vasbeton #folyasi #allapot