UVOD

Razpoke v betonu niso zaželene. Njihov nastanek zbudi misel, da je bilo delo opravljeno nekakovostno in so bile narejene napake pri gradnji, pa tudi vprašanje o varnosti konstrukcije. In vendar so razpoke v betonu normalen pojav in so vedno na betonskih konstrukcijah.

Razpoke so lahko povsem nenevarne, kadar denimo celotno poškodbo pomeni samo območje razpoke, lahko pa so posledica večje napake in opozarjajo, da je nekaj narobe s konstrukcijo. Vsekakor je treba razpoko pregledati ter ugotoviti vzrok njenega nastanka in njen pomen za varnost in obstojnost konstrukcije.

Ker se pri dimenzioniranju oziroma dokazovanju varnosti betonskih konstrukcij računsko upošteva le tlačna trdnost betona, natezna pa se zanemari, razpoke v betonskih konstrukcijah neposredno ne ogrožajo stabilnosti konstrukcije. Posredno pa razpoke v betonu zaradi nevarnosti korozije armature in drugih korozijskih procesov lahko ogrozijo tudi stabilnost konstrukcije.

Nastanek korozije armature in drugih korozijskih procesov v betonu je odvisen od stopnje agresivnosti okolja, v katerem je konstrukcija, ter možnosti dostopa vlage in plinov do armature, kar omogočajo razpoke. Velja pravilo, da je obstojnost betona tesno povezana z njegovo prepustnostjo. Raziskave so pokazale, da se prepustnost betona povečuje približno sorazmerno s tretjo potenco širine razpok. Zato so betonske konstrukcije obstojne kljub razpokam, če so slednje dovolj tanke. To je tudi cilj projektiranja konstrukcij, ki mora zagotoviti, da bodo dejanske razpoke v teh konstrukcijah tanjše od najširših dovoljenih, ki so predpisane v neposredni odvisnosti od agresivnosti okolja ter narave in funkcije konstrukcije.

Če pomeni razpoka možno nevarnost za nosilnost ali trajnost betonske konstrukcije, jo je treba dolgotrajno sanirati. In to je mogoče samo ob poznavanju vzroka za njen nastanek.

Razlogi za nastanek razpok so različni. Razpoke v splošnem delimo na tiste, ki nastanejo že v svežem betonu, in tiste, ki nastanejo v strjenem betonu. Različne vrste razpok v betonu so prikazane na sliki 1.

RAZPOKE V SVEŽEM BETONU

Razpoke v svežem betonu nastanejo zaradi:
1. plastičnega krčenja in
2. plastičnega posedanja.

Razpoke v svežem betonu zaradi plastičnega krčenja
V betonu nastanejo razpoke zaradi plastičnega krčenja, če sveže zabetonirana betonska površina med vezanjem zaradi izhlapevanja izgubi veliko vlage. Izhlapevanje je odvisno od temperature zraka in betona, relativne zračne vlage in morebitnega vetra. Pri ustrezni kombinaciji teh dejavnikov je lahko izhlapevanje vlage iz svežega betona veliko pri toplem, pa tudi hladnem vremenu.

Če je izhlapevanje vode s površine svežega betona hitrejše, kot se lahko nadomesti z vodo zaradi krvavenja iz nižjih plasti, se površina krči. Vendar pa je krčenje ovirano z nižje ležečimi plastmi betona, kjer je izhlapevanje manjše ali ga ni. V še nevezani ali slabo vezani vrhnji plasti betona brez majhne natezne trdnosti ali z zelo majhno natezno trdnostjo nastanejo zaradi tega zadostne natezne napetosti, da povzročijo slučajnostno orientirane razpoke, ki sestavljajo poligonalno mrežo ali ležijo vzporedno. Na betonu nastanejo od pol ure do 6 ur po vgraditvi, in to na več mestih. Ob nastanku zaradi plastičnega krčenja niso globoke, pozneje pa lahko postanejo tudi zelo globoke. Nastajanje teh razpok se lahko omeji ali prepreči z onemogočanjem izhlapevanja vode z betonske površine zaradi toplega vremena in vetra. Ukrepi, ki se navadno uporabijo v okviru nege takoj po vgraditvi svežega betona, so močenje betonske površine z vodnim pršcem, pokrivanje s plastičnimi folijami ali mokro jutovino in prebrizganje betona s kontrasolom.

Razpoke v svežem betonu zaradi plastičnega posedanja
Čeprav je sveži beton vgrajen z zadostnim vibriranjem, se še vedno nagiba k nadaljnjemu utrjevanju. Njegovo dodatno posedanje je ovirano s položeno armaturo ali stenami kalupov. V tem primeru nastanejo na mestih oviranja, na primer pri armaturi ali pod palicami votline in nad njimi razpoke, in sicer v času od deset minut do treh ur. Razpoke in votline so tem bolj izrazite, čim slabše je beton vgrajen ter čim večji sta netesnost in deformabilnost uporabljenih opažev. Možnost nastanka razpok zaradi plastičnega posedanja se zelo zmanjša ali celo prepreči z uporabo ustreznih opažev, s primernim vgrajevanjem z vibriranjem in pravočasnim revibriranjem, z uporabo svežega betona z najmanjšim možnim posedom in s povečanjem debeline prekrivnega sloja armature.

RAZPOKE V STRJENEM BETONU

Vzroki za nastanek razpok v strjenem betonu so:
1. krčenje zaradi sušenja,
2. temperaturne napetosti,
3. kemijske reakcije,
4. izpostavljenost vremenu,
5. korozija armature,
6. slaba izvedba,
7. preobremenitve med gradnjo,
8. napake projekta in izvedbe detajlov,
9. zunanje preobremenitve.

Razpoke v strjenem betonu zaradi krčenja, ki je posledica sušenja
Značilno za strjeni beton je, da se pri sušenju skrči za okoli 0,06 odstotka in ob vlaženju nabreka. Če sta krčenje in nabrekanje ovirana, se pojavijo v betonu natezne napetosti in povzročijo nastanek razpok. Take so na betonskih konstrukcijah zelo običajne in nastanejo po nekaj tednih ali celo mesecih. V masivnih betonskih blokih se pojavijo natezne napetosti zaradi različnega krčenja betona na površini in v notranjosti blokov. Nastanek takih razpok se prepreči s povečanjem količine agregata in z zmanjšanjem količine vode za pripravo sveže betonske mešanice, pa tudi z uporabo ekspanzivnega cementa, ki kompenzira skrčke.

Razpoke v strjenem betonu zaradi temperaturnih napetosti
Temperaturne razlike med različnimi deli betonske konstrukcije so lahko posledica razlik v sproščeni hidratacijski toploti v teh delih konstrukcije ali pa segretja oziroma ohladitve delov konstrukcije zaradi vremenskih razmer na različne temperature. Temperaturne razlike povzročijo raztezanje ali krčenje betona, pri čemer se pojavijo natezne napetosti, ki povzročijo nastanek razpok. Razpoke zaradi temperaturnih napetosti se lahko pojavijo kadarkoli, ko so izpolnjeni pogoji.

V masivnih betonskih blokih doseže notranjost bloka med strjevanjem betona zaradi sproščanja hidratacijske toplote precej višjo temperaturo kot površina bloka, ki ima precej večje možnosti oddajanja hidratacijske toplote. Temperaturni gradient se ustvari zaradi močnejšega gretja notranjosti bloka v primerjavi s površino in zato se pojavijo natezne napetosti, ki povzročijo nastanek razpok. Te so vidne v nekaj dneh.

Razpoke v strjenem betonu zaradi kemijskih reakcij
Med eksploatacijo lahko v betonu potekajo različni kemijski procesi zaradi kemijskih substanc, ki vdrejo v porni sistem betona z vodo (vodo za nego betona, podtalnico, morsko vodo, deževnico ...), zrakom (razni plini, kot so CO2, SO2, aerosoli in podobno) ali pa so v betonu zaradi njegovih sestavin, kot so aktivna kremenica v agregatu, alkalije iz cementa in kloridi iz kemijskih dodatkov ali agregata.

To so korozijski procesi v betonu, med katerimi potekajo kemijske reakcije, pri teh pa navadno nastanejo hidratacijski produkti z večjo prostornino od izhodnih materialov. Hidratacijski produkti so izvori napetosti, ki so dovolj velike, da povzročajo destrukcijo in nastanek razpok. Razpoke zaradi kemijskih reakcij se pojavijo po enem ali celo več letih. Njihov nastanek se prepreči z dovolj gostim betonom in izogibanjem uporabi izhodnih materialov za beton, ki vsebujejo škodljive snovi.

Razpoke v strjenem betonu zaradi izpostavljenosti vremenu
V betonu nastanejo poškodbe tudi zaradi izpostavljenosti vremenu, in sicer s fizikalnimi procesi, kot so zmrzovanje in taljenje, vlaženje in sušenje ter ogrevanje in hlajenje. Te poškodbe se pojavijo po daljšem času.

Pri zmrzovanju in taljenju zmrzuje voda v porah betona, pri čemer ima led za okoli 10 odstotkov večjo prostornino kot izhodna voda. To povzroča hidravlične tlake, ki rušijo beton in vplivajo na nastanek razpok. Odpornost proti zmrzovanju in taljenju se doseže z aeriranjem ali ustrezno gostostjo betona in z uporabo zmrzlinsko odpornega agregata.

Vlaženje in sušenje ter ogrevanje in hlajenje sta procesa, katerih posledica so prostorninske spremembe v betonu, ki povzročijo natezne napetosti, te pa so vzrok za nastanek razpok, če sta vlaženje in sušenje oziroma ogrevanje in hlajenje dovolj intenzivna.

Razpoke v strjenem betonu zaradi korozije armature
Korozija armature je elektrokemijski proces, ki poteka v oksidacijskem okolju ob zadostni količini vlage v betonu ter v zagotovljeni električni povezavi med anodnim in katodnim mestom, ki se izoblikujeta na armaturi. Beton s svojo alkalnostjo varuje armaturo pred korozijo - govorimo o pasivizaciji armature. Vendar pa se alkalnost lahko počasi zniža zaradi karbonizacije betona, posebno če je debelina zaščitnega sloja armature tenka, ali pa se prevodnost betona v zaščitnem sloju poveča zaradi vdora kloridnih ionov, kar se navadno zgodi v morskem okolju ali zaradi soljenja cest. In takrat so pogoji za korozijo armature izpolnjeni.

Pri koroziji železa na anodnem mestu nastajajo korozijski produkti. To so železovi oksidi in hidroksidi, ki imajo večjo prostornino kot začetno železo. Ti nastajajoči korozijski produkti povzročajo močne napetosti, te pa razpoke, vzporedne z lego armature (razpoke L na sliki 1). Ko je korozija še močnejša, se vrhnji deli zaščitne betonske plasti odluščijo in armatura se razgali. Razpoke zaradi korozije armature nastanejo z leti.

Korozija armature se prepreči z zadostno debelino zaščitne plasti, gostim betonom ali s katodno zaščito.

Razpoke v strjenem betonu zaradi slabe izvedbe
Različne napake v izvedbi lahko povzročijo nastanek razpok. Naj naštejemo nekaj najpogostejših:
* dodajanje vode za izboljšanje vgradljivosti svežega betona, ki že začne vezati, povzroči večje možnosti za posedanje in krčenje zaradi izhlapevanja svežega betona ob hkratni izgubi trdnosti;
* slaba nega ali celo opustitev nege povzroči povečanje krčenja in dolgoročno zmanjševanje trdnosti betona zaradi nezadostne hidratacije;
* nestabilnost opažev, prehitro razopaženje ali neustrezna zbitost temeljnih tal lahko povzroči dodatno posedanje in s tem nastajanje razpok, preden pridobi beton zadostno trdnost;
* nepravilna lociranost in izvedba delovnih stikov lahko povzroči odpiranje stikov zaradi prevelikih napetosti na območju stikov.

Razpoke v strjenem betonu zaradi preobremenitev med gradnjo
Med gradnjo so dokaj pogoste preobremenitve konstrukcijskih elementov, razpoke pa nastanejo na tistih, v katerih vgrajeni beton še ni dosegel zadostne trdnosti. Razpoke so trajne in lahko povzročijo neuporabnost ali zmanjšano uporabnost elementa. V prefabrikacijah je preobremenitev pogosta pri transportu in montaži konstrukcijskih elementov, ob koncu prednapenjanja takih elementov ali pri razopaženju parjenih elementov zaradi prehitre ohladitve, ko se ustvari močen temperaturni gradient.

Napake zaradi preobremenitev med gradnjo se lahko odpravijo samo s pravimi delovnimi navodili in ustreznim nadzorom transporta, potrebnih trdnosti, hitrosti hlajenja in načina ogrevanja. Delavci morajo taka navodila dosledno izpolnjevati.

Razpoke v strjenem betonu zaradi napake projekta in izvedbe detajlov
Napake v projektu pripeljejo do nastanka razpok, ki so lahko nepomembne ali pa usodne. Napake so lahko zelo raznovrstne, vse pa kažejo, da projektant ni upošteval določenih pravil stroke. Take napake so: nepravilno projektiranje odprtin za okna in vrata ali sprememb v presekih v elementih, kjer ni upoštevano, da so koti odprtin ali spremembe presekov mesta največjih napetosti, stikovanje zidov ali konstrukcijskih elementov, ki ne dovoljujejo pomikov elementov zaradi temperaturnega raztezanja in krčenja oziroma zaradi izmenjave vlage z okolico, uporaba armature s pretenkim premerom, armiranje s premalo armature ali na napačnem mestu, nepravilno temeljenje ... Vse to privede do diferencialnih pomikov v konstrukciji, ki povzročajo napetosti, beton pa jih ne zdrži in poči. Nastanek tovrstnih razpok se prepreči samo s skrbnim projektiranjem in nadzorom izvedbe zlasti zahtevnih detajlov.

Razpoke v strjenem betonu zaradi zunanje preobremenitve
Zaradi zunanje preobremenitve na betonski konstrukciji se pojavijo natezne napetosti in povzročijo nastanek razpok.

SKLEP

Razpoke so vedno na betonskih konstrukcijah, preprečevanje njihovega nastanka oziroma omejevanje njihovih širin na še neproblematične za obstojnost betonskega objekta pa se začne že pri projektiranju, ki naj zagotovi v konstrukciji več ožjih razpok namesto ene širše. S tem se zmanjša prepustnost betona. Eden od zanesljivih ukrepov je tudi mikroarmiranje. Seveda pa se preprečevanje nastanka razpok nadaljuje na vseh stopnjah betonerskega dela do pravilne nege in ravnanja z gotovimi elementi konstrukcije ali betonskimi izdelki. To pa pomeni, da mora imeti ekipa, ki opravlja betonerska dela, dovolj znanja in izkušenj ter delovnih spodbud za pravilno in pravočasno izvajanje vseh stopenj.

Andrej Zajc
IRMA - Inštitut za raziskavo materialov in aplikacije, Ljubljana