201410_PSpaw.pdf 51Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 stosowanie metod nieniszczących   do oceny stanu technicznego   budynków wielkopłytowych Aplication od non-destructive testing methods for the assessment of the technical conditions of the buildings made of big-size precast slabs Leonard Runkiewicz Prof. dr hab. inż. Leonard Runkiewicz – Instytut Techniki Budowlanej, Politechnika warszawska. Autor korespondencyjny/Corresponding author: l.runkiewicz@itb.pl Streszczenie w referacie przedstawiono: – wpływ jakości i trwałości materiałów na awarie i ka- tastrofy budowlane, – charakterystykę budownictwa wielkopłytowego, – wady występujące w budownictwie wielkopłytowym, – stosowane dotychczas metody nieniszczące do oceny stanu technicznego budynków wielkopłytowych, – tendencje rozwoju metod nieniszczących. Słowa kluczowe: badania nieniszczące, stan budynków wielkopłytowych abstract This paper presents: – influence of the quality and durability of the ma- terials to the construction damages and catastrophes, – facts regarding the construction using big-size precast slabs, – damages occurring in buildings made of big-size precast slabs, – actual non-destructive testing methods applied for the assessment of the technical conditions of the buil- dings made of big-size precast slabs, – prospects regarding development of the non-de- structive testing methods. Keywords: nDT, big-size precast slabs building Wstęp Problem bezpieczeństwa użytkowania budowli wznoszonych w technologii prefabrykowanej z żelbeto- wych elementów wielkowymiarowych stanowi w chwili obecnej temat dyskusji wielu środowisk [1÷8]. Zainteresowanie problematyką „wielkiej płyty” jest uzasadnione z uwagi na znaczny, ok. 30% udział tego typu budownictwa w zasobach mieszkaniowych Polski (rys. 1) oraz aktualne wymagania normowe, według których wszystkie budynki mieszkalne powinny speł- niać kryterium projektowego okresu użytkowania 50 lat. wieloletnie obserwacje i działania diagnostyczne prowadzone przez środowiska inżynierskie pozwoli- ły na dostrzeżenie szeregu nieprawidłowości [8] po- wstałych w różnych fazach procesów inwestycyjnych związanych z tym budownictwem wielkowymiarowym, obniżających poziom bezpieczeństwa tych budynków. 52 Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 Wpływ jakości i trwałości materiałów na awarie i katastrofy budowlane Zmiany jakości i trwałości materiałów oraz nieza- wodności konstrukcji budowlanych w tym wielkopłyto- wych w decydujący sposób wpływają na powstawanie zagrożeń, awarii i katastrof. Rys. 1. Udział budynków wielkopłytowych [mln mieszkań] w Polsce w roku 2011 [8] Fig. 1. Amount of the buildings made of big PC elements in Poland in 2011 [8] [millions] Jak wykazały wieloletnie analizy zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych w Polsce, materiały budow- lane stanowiły bardzo ważny czynnik w powstawaniu zagrożeń, awarii i katastrof. Zła jakość materiałów była przyczyną zagrożeń, awarii i katastrof w różnych ty- pach konstrukcji budowlanych oraz różnych obiektach lub budowlach inżynierskich. Rodzaje konstrukcji budowlanych w jakich wystąpiły zagrożenia, awarie i katastrofy w ostatnich 50 latach w Polsce podano na rysunku 2. Suma procentów w po- szczególnych kolumnach może być mniejsza ze wzglę- du na nie ujęcie wszystkich rodzajów przypadków, lub może być większa od 100 ze względu na rozległy charakter awarii lub katastrof obejmujący kilka typów technologii lub elementów. Typy konstrukcji budowla- nych w jakich wystąpiły zagrożenia, awarie i katastrofy w ostatnich 50 latach w Polsce podano na rysunku 3. Rodzaje materiałów konstrukcyjnych, z powodu któ- rych wystąpiły zagrożenia, awarie i katastrofy podano na rysunku 4. Rodzaje elementów, z powodu których wystąpiły zagrożenia, awarie i katastrofy konstrukcji budowlanych podano na rysunku 5. Znaczący udział w pokazanych na rysunkach 2÷5 zagrożeniach, awariach i katastrofach miały obiekty bu- dowlane wielkopłytowe. Rys. 2. Udział procentowy awarii i katastrof w latach 1962-2012 we- dług podziału na rodzaje budownictwa Fig. 2. Damages and catastrophes in years 1962-2012 according to building types Rys. 3. Udział procentowy awarii i katastrof w latach 1962-2012 we- dług podziału na typy konstrukcji budowlanych Fig. 3. Damages and catastrophes in years 1962-2012 according to structure types Rys. 4. Udział procentowy awarii i katastrof w latach 1962-2012 we- dług podziału ze względu na materiały. Fig. 4. Damages and catastrophes in years 1962-2012 according to applied materials Rys. 5. Udział procentowy awarii i katastrof w latach 1962-2012 we- dług podziału na rodzaje uszkodzonych elementów ze względu na ich funkcje w konstrukcji Fig. 5. Damages and catastrophes in years 1962-2012 according to type of damaged elements and their structural function 53Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 Specyfika budownictwa wielkopłytowego Charakterystyczną cechą konstrukcji budynków wielkopłytowych jest obecność w tarczach stropowych i ściennych złączy monolitycznych między prefabryko- wanymi elementami, wskazujących miejsca potencjal- nego zarysowania. wieńce i zbrojenie podporowe łączą prefabrykowa- ne płyty w tarcze stropowe i ścienne zapewniając tym samym spójność przestrzenną budynków. Elementy te spełniają również istotną rolę w powstawaniu wtórnego ustroju nośnego nad ewentualnie uszkodzoną częścią budynku oraz w wyrównywaniu odkształceń w styku ścian różnie obciążonych, a także w przejmowaniu sił rozciągających, wywołanych w ścianie przez nierówno- mierne osiadanie budynku. wiele problemów związanych z bezpieczeństwem użytkowania budynków wzniesionych w technologii wielkopłytowej związanych jest też z trójwarstwowymi prefabrykatami ścian zewnętrznych. Problemy te, czę- sto o charakterze losowym, wynikają zarówno z tech- nologii produkcji (jakości zastosowanych materiałów, niedotrzymywania reżimów produkcyjnych), transportu (uszkodzenia krawędzi, zarysowania, spękania war- stwy fakturowej), nieprawidłowego montażu (wychy- lenie i przemieszczenia prefabrykatów), czasem także niewłaściwej eksploatacji (brak konserwacji i naprawy uszkodzeń umożliwiających penetrację wilgoci, obniże- nie właściwości izolacyjnych wynikających z zawilgo- cenia, odspajanie się warstwy fakturowej). Uszkodze- nia płyt, szczególnie ich warstw fakturowych, powinny być inwentaryzowane i analizowane przy realizacji obowiązkowych przeglądów okresowych wymaganych przez ustawę Prawo budowlane i/lub przed podjęciem decyzji o dociepleniu budynku. współczesne wymagania w zakresie izolacyjności cieplnej budynków i ich przegród są znacznie ostrzej- sze niż w okresie wznoszenia budynków wielkopłyto- wych. Historię zmian dopuszczalnych wartości współ- czynników przenikania ciepła pokazano na rys. 6. wymagania obowiązujące od l stycznia 2014 r., a odno- szące się bezpośrednio do przebudowy (zmiany para- metrów użytkowych lub technicznych) przegród budyn- ków będą w 2017 i 2021 r. jeszcze bardziej zaostrzone. Docelowe dopuszczalne wartości współczynników (w 2021 r.) będą około sześciokrotnie niższe niż te, które obowiązywały w latach wznoszenia pierwszych budynków wielkopłytowych. Zapowiedź zwiększenia wymagań w tym zakresie spowodowała, że część zarządców i właścicieli nieruchomości przeprowadza obecnie ponowne (wielokrotne) docieplenia budynków już poddanych termomodernizacji szczególnie, gdy po- legała ona na zastosowaniu cienkich, kilkucentymetro- wych warstw izolacji cieplnej. Ochrona budynków wielkopłytowych (oraz innych) przed hałasem i drganiami polega na rozwiązaniach zabezpieczających przed: – przenikaniem do budynku hałasów zewnętrznych (np. komunikacyjnych), – występowaniem w budynku hałasów pochodzących od źródeł wewnętrznych stanowiących techniczne wyposażenie budynku, – rozprzestrzenianiem się w budynku hałasów byto- wych związanych z użytkowaniem budynku zgodnie z jego przeznaczeniem (dotyczy to wzajemnego od- izolowania pod względem akustycznym jednostek funkcjonalnych, jakimi w budynku mieszkalnym są poszczególne mieszkania oraz pomieszczenia ko- munikacji ogólnej np. klatki schodowe, korytarze ogólne, a także określone pomieszczenia w obrębie jednego mieszkania), – drganiami pochodzącymi od źródeł zewnętrznych (np. od tras komunikacyjnych), jak i wewnętrznych (np. od wyposażenia technicznego budynku), stwa- rzających dyskomfort dla użytkowników budynku. Powyższy zakres ochrony akustycznej uwzględ- niony jest w przepisach budowlanych przez określe- nie wymagań odnośnie parametrów akustycznych budynku. wymagania te są niezależne od konstrukcji budynku, wynikają bowiem z potrzeb użytkowników budynku. Stopień uzyskanej ochrony akustycznej zależy natomiast od układów funkcjonalnych budyn- ku, zastosowanych rozwiązań materiałowo-konstruk- cyjnych i instalacyjnych, od usytuowania budynku w stosunku do źródeł hałasów zewnętrznych, a tak- że w znacznym stopniu, od jakości zastosowanych wyrobów budowlanych i instalacyjnych oraz jakości wykonawstwa całego obiektu. nie bez znaczenia jest także właściwa konserwacja obiektu w trakcie jego użytkowania. Istotnym problemem akustycznym w budynkach wielkopłytowych są piony instalacji występujące wewnątrz mieszkań. Dotyczy to zarówno pionów centralnego ogrzewania jak i kanałów do prowadze- nia pionów instalacji wodociągowej i kanalizacyjnej w obrębie kuchni i pomieszczeń sanitarnych jak i pionów instalacji elektrycznych prowadzonych w specjalnych elementach prefabrykowanych (blo- kach otworowych, korytkach) zlokalizowanych Rys. 6. wymagane i planowane wartości współczynnika przenikania ciepła ścian i dachów/stropodachów w kolejnych wydaniach norm i przepisów krajowych Fig. 6. Required and planned values of heat transfer coefficient for roofs and walls introduced in consecutive editions of norms and local regulations 54 Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 w przedpokoju. Rozwiązania te powodują znaczne obniżenie izolacyjności akustycznej między miesz- kaniami usytuowanymi w jednym pionie, nawet o ponad 10 dB. Całkowite usunięcie tego rodzaju man- kamentów budynków wielkopłytowych jest trudne, ale możliwe przez zastosowanie odpowiednich za- bezpieczeń akustycznych. Z uwagi na okres realizacji budynków wielkopły- towych i ówczesne możliwości rynku materiałów i wyrobów budowlanych istotnym elementem współ- czesnych działań diagnostycznych stały się również zagadnienia zdrowotno-higieniczne (w tym ochrona środowiska). Diagnostyka budownictwa wielkopłytowego Konieczność działań diagnostycznych budynków wielkopłytowych wynika z przepisów o utrzymaniu obiektów budowlanych i ich okresowych kontrolach za- wartych w [7], zmian wymagań normowych oraz poja- wiających się incydentalnie wątpliwości użytkowników budynków w zakresie stanu technicznego zamieszka- łych budynków. Elementy ustroju konstrukcyjnego Obecnie każdy budynek musi spełniać wymaganie podstawowe „bezpieczeństwo konstrukcji” uszczegó- łowione w rozporządzenia w sprawie warunków tech- nicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. według tego wymagania, w prawidłowo zaprojektowanym, wykonanym i użytkowanym budyn- ku, obciążenia na niego działające nie mogą doprowa- dzić do: – zniszczenia całości lub części budynku, – przemieszczeń i odkształceń o niedopuszczalnej wielkości, – uszkodzenia części budynku, połączeń lub zainsta- lowanego wyposażenia w wyniku znacznych prze- mieszczeń elementów konstrukcji, – zniszczenia na skutek wypadku w stopniu niepropor- cjonalnym do jego przyczyny. warunek bezpieczeństwa uznaje się za spełniony jeżeli ustrój nośny budynku spełnia wymagania norm polskich dotyczących projektowania i obliczania kon- strukcji. Kolejnym elementem oceny technicznej budynku jest stwierdzenie, że nie zostały przekroczone stany graniczne przydatności do użytkowania. Oznacza to, że w konstrukcji budynku nie występują: – lokalne uszkodzenia, w tym rysy, które mogą ujem- nie wpływać na przydatność użytkową, trwałość oraz wygląd konstrukcji i jej części, – odkształcenia i przemieszczenia ujemnie wpływają- ce na wygląd konstrukcji i jej przydatność użytkową. Dokonując oceny technicznej konstrukcji budynku wielkopłytowego z reguły spotyka się występujące w nim zarysowania o zróżnicowanym charakterze: – rysy powierzchniowe: w złączach między prefabry- katami ściennymi i/lub stropowymi, o szerokości rozwarcia poniżej 1,0 mm (ich obecność nie ma związku z bezpieczeństwem konstrukcji), – rysy lokalne: w złączach prefabrykatów ściennych, a także w samych prefabrykatach, przechodzące przez całą szerokość złącza, ale ograniczone zasię- giem do jednej kondygnacji, szerokość rozwarcia do 3,0 mm (ocena skutków zjawiska powinna być doko- nana przez rzeczoznawcę budowlanego), – rysy strukturalne: w złączach lub prefabrykatach ściennych, sięgające przez całą grubość ściany, przechodzące z kondygnacji na kondygnacje i łączą- ce się z rysami poziomymi w ścianie pod stropem o szerokości rozwarcia większej od 3,0 mm (wy- stępowanie takich rys w budynku wymaga podjęcia środków zaradczych zapewniających bezpieczeń- stwo konstrukcji). Przy ocenie diagnostycznej budynków wielkopły- towych lub ich przeglądach technicznych stosuje się, oprócz oceny wizualnej, wiele różnych metod ba- dawczych z wykorzystaniem specjalistycznej apara- tury. Preferowane są, z uwagi na dokonywanie ocen w użytkowanych budynkach, metody nieniszczące (sklerometryczne, akustyczne, elektromagnetyczne, elektryczne i radiologiczne i in.), które zwykle dają je- dynie przybliżony, ale wystarczający obraz występują- cych uszkodzeń i destrukcji materiałowej. Stosowane są też nowe specjalne metody nieniszczące do oceny zbrojenia zarówno w elementach jak i węzłach (wień- cach) oraz zewnętrznych płytach warstwowych. Przy ocenie stanu technicznego konstrukcji bu- dynków jednym z elementów oceny jest sprawdzenie zabezpieczenia konstrukcji przed skutkami obciążeń wyjątkowych (np. uderzenia ciężkiego przedmiotu w budynek lub wybuch w jego pomieszczeniach). wią- że się to z tym, że konstrukcje wielkopłytowe z uwagi na ich mniejszy stopień zmonolityzowania, ograniczo- ną zdolność do redystrybucji sił wewnętrznych oraz występowanie elementów wolnopodpartych, mogą mieć większą podatność na katastrofę postępującą w wyniku wybuchu. Podobnie, w przypadku budynków zlokalizowanych na terenach szkód górniczych – obszary Górnośląskie- go Zagłębia węglowego (GZw) i Legnicko-Głogow- skiego Okręgu Miedziowego (LGOM), gdzie w ostat- nich latach dochodziło do występowania deformacji podłoża czy wstrząsów sejsmicznych o wartościach dalece przekraczających założenia projektowe budyn- ków wielkopłytowych, aspekt zwiększonych oddziały- wań powinien być uwzględniony w ocenach diagno- stycznych. Izolacyjność cieplna Z uwagi na sposób zapewnienia izolacyjności ciepl- nej, ściany zewnętrzne w budynkach wielkopłytowych 55Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 można podzielić na: • jednowarstwowe, wykonane np. z elementów ke- ramzytobetonowych (system szczeciński), • trójwarstwowe, z wewnętrzną warstwą izolacji ciepl- nej z wełny mineralnej lub styropianu (np. systemy w-70, wk-70, OwT-67, OwT-75). według założeń projektowych (funkcjonujących w okresie wznoszenia „wielkiej płyty”) ściany jedno- warstwowe miały charakteryzować się współczynni- kiem przenikania ciepła około 1,2, a trójwarstwowe około 0,7 w/(m2·K). Badania izolacyjności cieplnej ścian budynków wielkopłytowych wykazały, że rze- czywiste wartości są niższe od 0,3÷0,5 (w przegro- dach jednowarstwowych) do 0,2 w/(m2·K) (w prze- grodach trójwarstwowych). Głównymi przyczynami pogorszenia ich izolacyjności cieplnej było stoso- wanie betonów o zwiększonej gęstości oraz różne niedokładności wykonania lub uszkodzenia warstwy izolacji cieplnej. Podane wartości nie uwzględniają wpływu mostków cieplnych w połączeniach i węzłach konstrukcyjnych w obudowie. Miejscami o najniższej izolacyjności były połączenia ścian szczytowych i podłużnych ze stropem nad piwnicą, złącza pionowe ścian ze ścianami logii i płytami balkonowymi, złącza pionowe ścian szczyto- wych z podłużnymi, gdzie nie stosowano izolacji ciepl- nej lub montowano wkładki styropianowe o grubości zaledwie 2 cm. Dodatek do współczynnika przenikania ciepła ścian wynikający z uwzględnienia wpływu most- ków cieplnych w różnych systemach wielkopłytowych wynosi ok. 0,2÷0,3 w/(m2·K). Szczegółowe rozpoznanie właściwości cieplnych poszczególnych części obudowy przeprowadza się na podstawie wyników badań metodą termowizyjną, a ba- dania oporu cieplnego przegrody metodą wykorzystu- jącą mierniki gęstości strumienia ciepła. niska izolacyjność cieplna połączeń i węzłów kon- strukcyjnych powoduje nie tylko występowanie zwięk- szonych strat ciepła, ale również niskich wartości temperatury wewnętrznej powierzchni obudowy. Do- tychczasowe badania prowadzone w ITB wykazały, że w budynkach wielkopłytowych zjawisko to występu- je głównie w wyżej wymienionych połączeniach naroż- nych przegród oraz przy ramach okien i drzwi balko- nowych. Szczególne zagadnienia związane ze stosowaniem dociepleń dotyczą stanu wilgotnościowego przegród. Rozpoznanie stanu przegród w tym zakresie ma szcze- gólne znaczenie w przypadku warstwowych ścian bu- dynków wielkopłytowych, w których istotne jest okre- ślenie warunków cieplno-wilgotnościowych w jakich znajdują się między warstwowe łączniki metalowe. Do ścian jednorodnych stosowane są różnego ro- dzaju wilgotnościomierze lub badania laboratoryjne na odwiertach pobranych z elementów. Właściwości akustyczne Diagnostyka akustyczna budynku mieszkalnego polega na ocenie właściwości akustycznych budynku w odniesieniu do parametrów objętych wymaganiami akustycznymi. Są nimi: – izolacyjność akustyczna ścian międzymieszkanio- wych i ścian działowych (szczególnie ścian między pokojami i pomieszczeniami sanitarnymi), ścian zewnętrznych (wraz z oknami), stropów oraz drzwi wejściowych do mieszkań, – poziomy hałasów w mieszkaniach pochodzących od wyposażenia technicznego budynków oraz przeni- kających z pomieszczeń usługowych, – izolacyjność akustyczna mieszkań w stosunku do pomieszczeń technicznych i usługowych zlokalizo- wanych w budynku (wymagania znacząco wyższe niż w przypadku przegród międzymieszkaniowych). Ustalenie, w ramach diagnostyki akustycznej bu- dynku, powodów ewentualnej niedostatecznej izola- cyjności akustycznej wymaga przeprowadzenia ana- lizy dokumentacji technicznej budynku pod kątem wystąpienia potencjalnych przyczyn niewłaściwej ochrony przeciwhałasowej mieszkań oraz wykona- nia odpowiednich pomiarów akustycznych w budyn- ku. Pomocne mogą być również informacje uzyskane od zarządcy, lub właściciela budynku na temat skarg na uciążliwe warunki akustyczne występujące w bu- dynku. Do grupy występujących w niektórych budynkach problemów akustycznych należy zaliczyć także brak właściwego odizolowania pod względem akustycznym pomieszczeń technicznych w stosunku do przyległych mieszkań (np. brak dylatacji między mieszkaniem a stacją transformatorową przeznaczoną dla transfor- matorów suchych). w ramach diagnostyki akustycznej budynków wiel- kopłytowych nie ma potrzeby pomiarowego określenia wszystkich parametrów akustycznych podlegających wymaganiom. w badaniach w danym budynku mogą być pominięte te parametry akustyczne, które w cało- ści lub częściowo zależą od elementów lub instalacji podlegających wymianie w ramach prac modernizacyj- nych niezależnie od względów akustycznych. nie ma potrzeby określania izolacyjności akustycznej ścian zewnętrznych w sytuacji, gdy wymianie podlegać będą okna. Analogicznie, ta sama zasada dotyczy pomiarów hałasów instalacyjnych przenikających do mieszkań w sytuacji, gdy modernizacji podlegać będą techniczne wyposażenia budynków. ważną częścią badań diagnostycznych jest na- tomiast określenie izolacyjności akustycznej ścian międzymieszkaniowych. Pomiary tłumienia dźwięków uderzeniowych przez stropy z pływającymi podłoga- mi, mają na celu sprawdzenie parametrów akustycz- nych wynikających zarówno z rodzaju i jakości za- stosowanej w podłodze warstwy izolacji akustycznej jak i jakości wykonawstwa (czy nie występują most- ki akustyczne, czy została zastosowana obwodowa izolacja przyścienna). Poza sprawdzeniem izolacji przyściennej inne mankamenty nie mogą być wykryte 56 Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 na podstawie oględzin, czy odkrywek. w przypadku, jeżeli na stropach wykonane były warstwy jastrychu cementowego i wykładziny podłogowe z warstwami izolacyjnymi (takie rozwiązania były dość powszech- nie stosowane) pomiary izolacyjności od dźwięków uderzeniowych należy przeprowadzić dla stropów bez uwzględnienia nawierzchni podłogowych. wyni- ki tych badań są niezbędne do prawidłowego doboru w danym przypadku rodzaju izolacyjnych konstrukcji podłogowych. Bardzo poważnym problemem w budynkach wiel- kopłytowych jest przenoszenie hałasu między miesz- kaniami przez piony instalacji wodociągowej i kanali- zacyjnej występujące w obrębie kuchni i pomieszczeń sanitarnych jak i przez piony instalacji elektrycznych prowadzone w specjalnych elementach prefabryko- wanych (blokach otworowych, korytkach) zlokalizowa- nych w przedpokojach. Przy diagnostyce akustycznej konkretnych budyn- ków mieszkalnych o konstrukcji wielkopłytowej należy poświęcić szczególną uwagę mieszkaniom, które przy- legają do źródeł hałasów instalacyjnych (np. szybów dźwigowych, stacji transformatorowych, pompowni, hydroforni). Zagadnienia higieniczno-zdrowotne Znaczny rozwój uprzemysłowionego budownic- twa mieszkaniowego, w tym z wielkiej płyty, w latach siedemdziesiątych spowodował, że w miejsce trady- cyjnych materiałów (drewno, ceramika) zaczęto po- wszechnie stosować różne nowe wyroby budowlane (np. tworzywa sztuczne, kleje, farby, wyroby azbe- stowe) o nieznanym wpływie na zdrowie człowieka. wprawdzie w okresie tym istniały wymagania normo- we o potrzebie badania zarówno nowych wyrobów, jak również „budynków przeznaczonych na pobyt ludzi lub zwierząt, jeśli materiał zawiera składniki, mogące budzić zastrzeżenia co do zdrowotności”, ale przepisy te w praktyce nie były niestety przestrze- gane. wynikiem tego było znaczne zanieczyszcze- nie powietrza wewnątrz pomieszczeń, stwierdzane System Rodzaj wyrobu z azbestem Zastosowanie w -70 Płyta prasowana płaska okładzinowa Płyty elewacyjne typu Acekol i Kolorys Elementy loggii Elewacje przy ocieplaniu ścian wełną mineral ną lub styropianem wk-70 Płyta prasowana płaska okładzinowa Płyty elewacyjne typu Acekol i Kolorys Elementy loggii. Ściana osłonowa typu PREGOR-LSOD Elewacje przy ocieplaniu ścian wełną mineral ną lub styropianem OwT Płyta warstwowa Pw 3/A z okładziną z płyt a-c prasowanych płaskich okładzino wych Pilarki międzyokienne ścian pasmowych Szczecin Płyta prasowana płaska okładzinowa Elementy loggii wUF-T Rury azbestowo-cementowe Piony kanalizacyjne wwP Płyta prasowana płaska okładzinowa grubości 8 mm Ściana osłonowa podparapetowa tablica I. Przykłady występowania wyrobów zawierających azbest table I. The examples of the occurrence of asbestos-containing products w badaniach prowadzonych przez ITB, spowodowane wbudowaniem materiałów, głównie wykończeniowych, emitujących szkodliwe substancje chemiczne. należały do nich w szczególności: fenol i formaldehyd – przede wszystkim z płyt gipsowo-kartonowych, parkietów i wy- robów izolacyjnych, rozpuszczalniki organiczne – wę- glowodory i ich pochodne chlorowane, alkohole, etery obecne w farbach, lakierach, kitach, impregnatach, pastach, nieprzereagowane monomery zawarte w tworzywach sztucznych (chlorek winylu, styren, akry- lonitryl) i inne. w budownictwie wielkopłytowym stoso- wano także powszechnie „nowy, trwały, niepalny i tani materiał – azbest”. Przykłady zastosowania wyrobów zawierających azbest podano w tablicy l. wzmożone zainteresowanie problematyką zdrowia i higieny życia zaistniało w wyniku nowych przepisów zaostrzających wymagania zarówno w odniesieniu do budynków, jak i wyrobów budowlanych. wprowadze- nie, w 1998 r. z mocy Ustawy o zakazie stosowania azbestu, przepisów określających zasady bezpieczne- go użytkowania oraz warunki usuwania wyrobów za- wierających azbest ograniczyło także oddziaływanie kancerogennych pyłów azbestu na ludzi. Dokonując obecnie oceny właściwości higieniczno- zdrowotnych budynków wielkopłytowych należy zwró- cić uwagę na dwa podstawowe zagadnienia: jakość powietrza wewnętrznego oraz obecność w nich wyro- bów zawierających azbest. Oceny zanieczyszczenia chemicznego powietrza dokonuje się w oparciu o wyniki badań stężenia sub- stancji chemicznych w powietrzu pomieszczeń i od- niesienie ich do wartości dopuszczalnych określonych w przepisach. w przypadku stwierdzenia przekroczeń, ustala się źródło emisji. Dokonuje się tego w oparciu o znormalizowane badania emisji lotnych związków or- ganicznych z zastosowanych wyrobów wykończenio- wych. Dzisiaj, po wielu latach od wzniesienia budynków wielkopłytowych, kiedy większość niebezpiecznych lot- nych związków wyemitowała z pomieszczeń, problemy tego typu pojawiają się zazwyczaj w czasie przepro- wadzanych remontów, podczas których odsłaniane są zabudowane dotychczas wyroby budowlane (izolacje 57Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 smołowe, izolacje akustyczne nasączone Xylamitem) oraz w czasie wymiany przez lokatorów mieszkań – nowi są znacznie bardziej wyczuleni na chemiczne zapachy. Jakość powietrza wewnętrznego zależy również od obecności w nim zanieczyszczeń biologicznych. w przypadku budownictwa wielkopłytowego są to głównie grzyby pleśniowe, rozwijające się w wyniku zawilgocenia spowodowanego głównie niedostateczną izolacyjnością przegród. Obecność w budynkach wyrobów zawierających azbest oraz ich stan techniczny ustala się w oparciu o analizę dokumentacji budynków, inwentaryzację oraz przeprowadzaną zgodnie z przepisami kontrolę ich stanu. Ogólna charakterystyka metod badawczych Przy ocenie niezawodności żelbetowych konstrukcji wielkopłytowych w Polsce stosowane są m.in. metody nieniszczące służące do oceny cech materiałów oraz jakości konstrukcji. Badania diagnostyczne oraz mo- nitoringi konstrukcji budowlanych za pomocą metod nieniszczących na całym świecie są rozwijane, dosko- nalone oraz przystosowywane do odpowiednich wa- runków [1÷20]. Badania betonu w elementach i konstrukcjach Diagnostyczne badania „in situ” betonu w wyrobach, elementach i konstrukcjach mają najczęściej na celu ocenę: – wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie, – jednorodności, raków i kawern w betonie, – połączeń betonu z betonem oraz stali w węzłach, – sztywności i grubości elementów. w większości do tych celów stosowane są metody nieniszczące, takie jak: – sklerometyczne bazujące na pomiarze twardości przypowierzchniowej warstwy materiału, – akustyczne, w których mierzy się między innymi prędkość oraz inne charakterystyki rozchodzenia się fal podłużnych lub poprzecznych w materiale, – radiologiczne wykorzystujące między innymi osła- bienie promieniowania (wiązki) X i gamma przecho- dzącego przez materiał, a także ich rozproszenie i tłumienie fal, – seminieniszczące materiałów w konstrukcji. Metody te są metodami pośrednimi, opartymi na zależnościach empirycznych pomiędzy mierzonymi wielkościami fizycznymi, a poszukiwanymi cechami materiałów. Metody te wymagają zatem wstępnego skalowania aparatury pomiarowej i urządzeń badaw- czych. Do normowej oceny wytrzymałości betonu w ele- mentach i konstrukcjach wielkopłytowych stosuje się najczęściej nieniszczące metody ultradźwiękowe i sklerometryczne. wytrzymałość i jednorodność betonu w konstruk- cjach wielkopłytowych określa się za pomocą metod nieniszczących i statystycznej analizy wyników pomia- rów, w oparciu o zależności empiryczne ważne dla da- nego rodzaju betonu w badanej konstrukcji. Ocenę wytrzymałości gwarantowanych betonu fcG (RbG) i klasy betonu przeprowadza się w zależności od liczby pomiarów (lub odwiertów). Przy statystycznej ocenie gwarantowane wytrzymałości określa się z za- leżności empirycznych ważnych dla określonych tech- nologii betonu. Dla zapewnienia oceny wytrzymałości betonu z wymaganą technicznie dokładnością (błąd oce- ny nie większy niż 20%) ścisłość związku empirycz- nego powinna wykazywać taką ścisłość, dla której współczynnik korelacji przy analizie korelacyjnej jest większy od 0,75 lub względne kwadratowe odchylenie przy doborze krzywej hipotetycznej jest mniejsze od 12% [12÷16]. w badaniach diagnostycznych w Polsce stosuje się często przybliżony sposób wyznaczania związków em- pirycznych. Powszechnie jest uznanym, że zależności empi- ryczne pomiędzy wytrzymałością betonu, a wielkościa- mi mierzonymi metodami nieniszczącymi są zależne od wielu czynników charakteryzujących badany beton w konstrukcji [1÷6]. Do oceny jakości betonu stosowane powinny być też różnorodne metody chemiczne, elektryczne oraz elek- tromagnetyczne. Ostatnio wprowadzone Pn-En [14, 17÷19] dotyczące oceny wytrzymałości betonu w konstrukcji wprowadzają pewne modyfikacje dotychczasowych polskich zasad. wobec bogatego wieloletniego pozytywnego doświad- czenia stosowania dotychczasowych polskich norm i instrukcji ITB [15, 16, 20÷22] są opracowywane spójne nowe zasady uwzględniające i honorowane dotychcza- sowe wymagania zgodne z Pn-En i Pn-B [1÷22]. Badania zbrojenia w konstrukcjach Do oceny zbrojenia w konstrukcjach żelbetowych wielkopłytowych stosowane są m.in. badania nienisz- czące i niszczące. Badania te polegają na określaniu jakości poszczególnych prętów stalowych w betonie, ich odległości od powierzchni elementu oraz średnicy i rozstępu między nimi. Do tych celów doskonalone są metody nieniszczące radiologiczne, elektryczne, prądów wirowych, chemicz- ne oraz magnetyczne, a także badania niszczące na wyciętych próbkach. Dotychczas wśród metod radio- logicznych największą przydatność wykazały metody radiograficzne [4]. Badania radiograficzne pozwalają na ocenę zbro- jenia w skomplikowanych układach konstrukcyjnych. wymagają one natomiast stosowania dość skom- plikowanej aparatury oraz specjalnego systemu 58 Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 zabezpieczeń przed promieniowaniem jonizującym. w prostych przypadkach elementów płytowych i ściennych możliwe jest stosowanie także metod elek- tromagnetycznych itp. Badania radiograficzne zbrojenia konstrukcyjnego w elementach żelbetowych można realizować stosu- jąc aparaturę ze źródłami promieniowania gamma lub X. Dotychczas najbardziej optymalnymi źródłami pro- mieniowania do radiografii żelbetu są izotopy Co-60 o dużej aktywności, aparaty rentgenowskie o napięciu powyżej 200 kV oraz betatrony i mikrotrony o energii promieniowania od 6 do 30 MeV[3]. Przy badaniu konstrukcji budowlanych powinny być stosowane źródła przenośne. Do takich należą defek- toskopy gammagraficzne, aparaty rentgenowskie oraz betatrony o energii 6 MeV itp. Przy interpretacji wyni- ków wykorzystuje się zjawiska absorpcji (osłabienia) i rozproszenia promieniowania jonizującego przecho- dzącego przez badane elementy żelbetowe. na podstawie otrzymanych wyników badań stwier- dzono, że przy odpowiednim doborze parametrów ba- dań wykrywalność pustek i prętów stalowych w samym betonie jest dla celów konstrukcyjnych wystarczająca. w ten sposób określone parametry badania pozwa- lają na ocenę prętów zbrojenia konstrukcyjnego z do- kładnością od 2 do 5%. Metody elektromagnetyczne oparte są na wykorzysty- waniu zjawisk zachodzących w strumieniu magnetycz- nym wytworzonym w specjalnej sondzie pod wpływem zbliżenia jej do ferromagnetyku (np. pręta stalowego). Przyrządy pomiarowe służące do oceny położenia i wiel- kości zbrojenia produkowane są w wielu krajach. Do określenia średnic prętów i ich odległości od po- wierzchni elementu (wielkość otuliny) sporządza się specjalne nomogramy i specjalistyczne minikomputery. Stosowanie metod elektromagnetycznych ogra- niczone jest głównie z powodu gęstego rozstawienia prętów zbrojenia w elementach. Bowiem prawidłową kontrolę magnetyczną uniemożliwiają pręty sąsiednie. w tym zakresie powinny być rozwijane i doskonalone nowe metody i techniki badawcze z wykorzystaniem technik cyfrowych. Perspektywy stosowania metod nieniszczących nowe kierunki stosowania metod nieniszczących do badań materiałów i oceny ich trwałości w konstrukcjach żelbetowych wielkopłytowych powinny obejmować ba- dania laboratoryjne oraz badania „in situ” na obiektach eksploatowanych. Do najważniejszych problemów badawczych jako- ści i trwałości konstrukcji żelbetowych wielkopłytowych z wykorzystaniem metod nieniszczących należą oceny: – zmiany cech wytrzymałościowych i jednorodności materiałów w konstrukcjach, – zmiany grubości elementów konstrukcyjnych i wy- kończeniowych, – zmiany cech reologicznych materiałów w konstruk- cjach, – zmiany struktury, porowatości i nieciągłości materia- łów w konstrukcjach, – zmiany wilgotności i jej rozkładów w elementach, – korozji materiałów w elementach, – jakości materiałów i ich trwałości, – gęstości materiałów i ich zmian w czasie, – wtrąceń obcych, defektów i raków w materiałach i połączeniach, – jakości właściwości akustycznych przegród, węzłów i instalacji, – jakości substancji szkodliwych dla zdrowia i środowi- ska, – jakości i ilości materiałów izolacyjnych w ścianach i w złączach, – jakości i ilości zbrojenia w elementach płytowych i ściennych. Do badań i kontroli wymienionych cech konstrukcji budowlanych wpływających na jakość, niezawodność i trwałość konstrukcji, udoskonalane i rozwijane są na- stępujące specjalistyczne metody: – ułtrasonograficzne i sklerometryczne do ocen cech wytrzymałościowych i strukturalnych, – ultrasonograficzne i emisji akustycznej do ocen jed- norodności i struktury, – elektryczne i elektrochemiczne do ocen wilgotności i korozji, – interferometrii do ocen struktury betonu, stali, drew- na, ceramiki itp., – holograficzne i magnetyczne do ocen struktury i wtrąceń materiałów konstrukcyjnych, – radiologiczne do ocen wilgotności i ciężaru materia- łów w konstrukcjach, – radarowe i termograficzne do ocen struktury, – radiograficzne z wykorzystaniem betatronów i mikrotronów, tomografii komputerowej, radiome- tryczne (gamma), oporu elektromagnetycznego, elektroakustyczne, spektroskopii, przepuszczalno- ści gazu, transmisji ciepła, optyczne, prądów wiro- wych itp. do ocen innych wybranych ważnych cech materiałów i ich zmiany w czasie. przeglad Welding technology Re iew 59Przegląd sPawalnictwa Vol. 86  nr 10/2014 Literatura [1] L. Brunarski: Określanie klasy betonu na podstawie diagno- stycznych badań konstrukcji. Materiały XIII Ogólnopolskiej konferencja warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń 26-28 lutego 1998 r., tom l, s. 7-20. [2] L. Brunarski: Ocena wytrzymałości betonu w konstrukcji, Prace ITB-kwartalnik; 1998, nr 2-3, s. 27-45. [3] L. Runkiewicz: Diagnostyka i wzmacnianie konstrukcji żelbe- towych, wyd. Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 1999. [4] L. Runkiewicz.: wpływ statystycznej analizy wyników badań nieniszczących na ocenę betonu w konstrukcji. Prace 1TB, nr 1/81. [5] L. Runkiewicz.: Badania konstrukcji” in situ” w rzeczoznaw- stwie budowlanym. Materiały Konferencyjne „warsztat Pracy Rzeczoznawcy Budowlanego”. wyd. Politechnika Święto- krzyska, Kielce, 1996. [6] L. Runkiewicz.: wpływ wybranych czynników na wyniki ba- dań sklerometrycznych betonu. wyd. ITB, warszawa, 1994. [7] L. Runkiewicz: Ocena wytrzymałości betonu w konstrukcji metodami nieniszczącymi zgodnie z nowymi normami Pn- En. Mat. 41 Krajowej Konferencji Badań nieniszczących. Toruń 2012. [8] L. Runkiewicz i inni: Diagnostyka i modernizacja budynków wielkopłytowych. Mat. XIII Konferencji naukowo-Technicz- nej. warsztat Pracy Rzeczoznawcy Budowlanego. Cedzyna Kielce, 2014. [9] Pn-En 206-1:2003 Beton – Część 1: wymagania, właściwo- ści, produkcja i zgodność. [10] Pn-B-03264:2002: Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprę- żone. Obliczenia statyczne projektowanie. [11] Pn-En 1992-1-1:2008: Eurokod 2. Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1. Reguły ogólne i reguły dla budynków. [12] Ł. Drobiec, R. Jasiński, A. Piekarczyk: Diagnostyka kon- strukcji żelbetowych. Metodologia, badania polowe, badania laboratoryjne betonu i stali. „wydawnictwo naukowe Pwn”. warszawa 2010. [13] Pn-En 13670-1 wykonywanie konstrukcji betonowych. [14] Pn-En13791:2008 Ocena wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcjach i prefabrykowanych wyrobach betonowych. [15] Pn-B-06261:1974 nieniszczące badania konstrukcji z beto- nu. Metoda ultradźwiękowa badania wytrzymałości betonu na ściskanie. [16] Pn-B-06262:1974 nieniszczące badania konstrukcji z beto- nu. Metoda sklerometryczna badania wytrzymałości betonu na ściskanie za pomocą młotka Schmidta typu n. [17] Pn-En 12504:2002; Pn-En 12504-2:2002/Apl:2004 Bada- nia betonu w konstrukcjach. [18] Instrukcja ITB nr 361/99 Zasady oceny bezpieczeństwa kon- strukcji żelbetowych. ITB, warszawa 1999 r. [19] Instrukcja ITB 209/1977 Instrukcja stosowania metody ultra- dźwiękowej do nieniszczącej kontroli jakości betonu. [20] Instrukcja ITB 210/1977 Instrukcja stosowania młotków Schmidta do nieniszczącej kontroli jakości betonu. Wnioski Do oceny jakości, trwałości, niezawodności i stanów granicznych konstrukcji żelbetowych wielkopłytowych stosowane powinny być głównie nieniszczące metody ultradźwiękowe i sklerome- tryczne w powiązaniu z badaniami próbek (od- wiertów), a także inne specjalistyczne metody na- ukowo uzasadnione i przystosowane do praktyki budowlanej. Przy ocenie wytrzymałości betonów badania wy- kazały, że istnieją duże rozbieżności pomiędzy za- leżnościami empirycznymi dla betonów zwykłych (B10 - B37), a zależnościami dla nowoczesnych be- tonów wysokich jakości (B45 - B120). Przykładowo, współczynniki korekcyjne do za- leżności hipotetycznych podanych w instrukcjach ITB [12, 13] dla betonów wysokich jakości wynoszą zgodnie z Pn-En: – dla metod ultradźwiękowych od 1,6 do 2,7 – dla metod sklerometrycznych od 1,1 do 1,4. w celu podwyższenia dokładności oceny stanów granicznych konstrukcji budowlanych i ich trwało- ści należy dokładnie określać właściwe zależności empiryczne (skalowanie) dla metod w istniejących warunkach. wdrażane w nowych warunkach w Polsce pro- cesy oceny trwałości konstrukcji żelbetowych wiel- kopłytowych zgodnie z wymaganiami Unii Europej- skiej wymagają szerokiego rozwoju i stosowania metod nieniszczących. Powinny to być metody przystosowywane do wymagań i warunków bu- downictwa żelbetowego wielkopłytowego, a szcze- gólnie do badań „in situ” w czasie monitoringu sta- nu technicznego obiektów eksploatowanych. przeglad Welding technology Re iew