Trwałość konstrukcji żelbetowych to zdolność do zachowania nośności, użytkowalności i bezpieczeństwa przez cały okres eksploatacji. Kluczowym czynnikiem ochrony zbrojenia przed korozją jest odpowiednie otulenie betonowe — jego wartość zależy od klasy ekspozycji środowiska i wymagań normowych.
Otulina betonowa jest to warstwa betonu okrywająca od zewnątrz pręty zbrojeniowe, której grubość “c” liczy się od powierzchni zewnętrznej zbrojenia do najbliższej powierzchni zewnętrznej elementu żelbetowego.
W tym artykule przedstawiamy zasady doboru otulenia zgodnie z PN-EN 1992-1-1 (Eurokod 2), typowe wartości dla betonu C20/25 oraz praktyczne wskazówki wykonawcze.
Klasy ekspozycji środowiska
Eurokod 2 definiuje klasy ekspozycji, które opisują warunki środowiskowe wpływające na trwałość konstrukcji:
- XC – karbonatyzacja (np. suche lub wilgotne powietrze)
- XD – chlorki z innych źródeł niż woda morska (np. sól drogowa)
- XS – chlorki z wody morskiej
- XF – zamrażanie i rozmrażanie (z wodą lub bez)
- XA – środowiska chemicznie agresywne (np. ścieki, przemysł)
Każda klasa ekspozycji wymaga określonej minimalnej grubości otulenia, klasy betonu oraz dodatkowych środków ochronnych.
Karbonatyzacja betonu — główne zagrożenie dla trwałości
Karbonatyzacja to proces chemiczny, w którym dwutlenek węgla (CO₂) z powietrza przenika przez pory betonu i reaguje z wodorotlenkiem wapnia (Ca(OH)₂), tworząc węglan wapnia (CaCO₃).
Efektem ubocznym jest spadek pH betonu z poziomu zasadowego (~12–13) do neutralnego (~9), co prowadzi do utraty warstwy pasywnej chroniącej stal zbrojeniową. W obecności wilgoci zbrojenie zaczyna korodować, co może powodować pęcznienie, rysy i odspojenie otuliny.
Klasy ekspozycji przy karbonatyzacji — XC1 do XC4
Eurokod 2 definiuje klasy ekspozycji środowiska, które opisują warunki sprzyjające karbonatyzacji:
- XC1 – Suche, wewnętrzne (Pomieszczenia techniczne, piwnice)
- XC2 – Wilgotne, bez kontaktu z wodą (Fundamenty, ściany piwnic)
- XC3 – Zmienna wilgotność, dobra wentylacja (Balkony, elewacje, zewnętrzne płyty)
- XC4 – Zmienna wilgotność, słaba wentylacja (Stropy nad nieogrzewanym garażem)
Minimalne otulenie betonowe — wzór i wartości
Nominalne otulenie betonowe cnom określa się jako:
cnom=cmin+Δcdev (4.1 i 4.2 EC2)
cmin=max(cmin,b; cmin,dur; 10 mm)+Δcdev (4.1 i 4.2 EC2)
gdzie:
- cmin,b – minimalne otulenie ze względu na przyczepność zbrojenia (zazwyczaj równa średnicy pręta – tablica 4.2 EC2),
- cmin,dur – minimalne otulenie ze względu na trwałość (zależne od klasy ekspozycji oraz klasy konstrukcji)
- Δcdev – tolerancja wykonawcza (dla elementów wykonywanych na budowie standardowo przyjmuje się 10 mm wg EC2)
Wartości cmin,dur przyjmuje się z tabeli 4.4N EC2.
Przykładowe minimalne wartości otulenia ze względu na trwałość
Przykładowe wartości dla klasy konstrukcji S4
- XC1 (sucho): 15 mm
- XC2 (wilgotno): 25 mm
- XC3 (zmienna wilgotność): 25 mm
- XD1 (chlorki w powietrzu): 35 mm
- XS2 (stałe zanurzenie budowli morskich): 40 mm
Otulenie a odporność ogniowa
Wymagana grubość otulenia betonowego zależy nie tylko od trwałości i klasy ekspozycji środowiska, lecz także od zakładanej odporności ogniowej konstrukcji. W części 1-2 Eurokodu 2 (rozdział 5) znajdziemy wytyczne dotyczące minimalnej odległości osiowej „a” zbrojenia, na podstawie której można określić wymagane otulenie w zależności od klasy odporności ogniowej (np. R30, R60, R120), rodzaju elementu (belka, płyta, słup) oraz jego wymiarów.
W praktyce oznacza to, że:
- Otulina projektowana ze względu na trwałość może być niewystarczająca dla wymaganej klasy odporności ogniowej.
- Należy porównać wartości wynikające z trwałości (np. XC3 → 35 mm) z wymaganiami ogniowymi (np. R60 dla belki → 40–50 mm).
- W razie potrzeby należy przyjąć większą wartość spośród otuliny trwałościowej i ogniowej.
W dokumentacji projektowej warto zaznaczyć, że otulina spełnia wymagania zarówno trwałościowe, jak i ogniowe – szczególnie w obiektach użyteczności publicznej, halach i budynkach wielokondygnacyjnych, w których elementy konstrukcyjne charakteryzują się wysoką klasą odporności ogniowej.
Zasady wykonawcze i kontrola
Projektowanie
- Dobierz klasę ekspozycji dla każdego elementu konstrukcyjnego.
- Na podstawie klasy ekspozycji, klasy konstrukcji oraz średnicy zbrojenia, dobierz otulenie minimalne i wyznacz otulenie nominalne uwzględniające tolerancją wykonawczą (rozdział 4 EC2).
- Na rysunkach wykonawczych oraz warsztatowych oznacz otulenie cnom.
Wykonawstwo
- Stosuj podkładki i dystanse systemowe (np. z tworzywa sztucznego, betonu lub stali nierdzewnej).
- Unikaj improwizowanych podkładek (cegły, beton komórkowy, drewno).
- Kontroluj pozycjonowanie zbrojenia w formie lub szalunku.
- Wykonuj pomiary otulenia i dokumentuj wyniki.
- Weryfikuj otulinę przy prowadzeniu tras instalacyjnych – kolizje mogą wymusić korekty położenia zbrojenia.
Podsumowanie
Otulenie betonowe to nie tylko wymóg normowy, ale realna bariera ochronna dla zbrojenia. Dobór odpowiedniej grubości w zależności od klasy ekspozycji, jakości wykonania i kontroli na budowie decyduje o trwałości konstrukcji żelbetowej.