Beton podczas dojrzewania zmienia swoje wymiary, a zachodzące w nim procesy mogą prowadzić do powstawania mikropęknięć. Problem jest szczególnie istotny w przypadku nowoczesnych betonów o wysokiej wytrzymałości. Metoda opracowana przez polskiego naukowca została włączona do amerykańskich wytycznych dotyczących projektowania i budowy dróg oraz infrastruktury transportowej AASHTO. Rozwiązanie pozwala obserwować zarówno skurcz zachodzący wewnątrz materiału, jak i zmiany związane z jego wysychaniem.

Czym są skurcze betonu?

Przez cały czas użytkowania wymiary i struktura betonu mogą ulec zmianie, w związku z procesami zachodzącymi podczas twardnienia cementu oraz utratą wilgoci do otoczenia. Wśród tych zmian wyróżnia się skurcz autogeniczny i skurcz spowodowany wysychaniem. Jeśli betonowy element nie ma swobodnej możliwości odkształcania się, pojawiające się naprężenia mogą prowadzić do mikropęknięć. Z czasem mogą one wpływać na trwałość konstrukcji, a nawet sprzyjać rozwojowi korozji.

W przypadku betonów wysokiej wytrzymałości, stosowanych w nowoczesnym budownictwie, kontrolowanie skurczy może być wyzwaniem. Materiały tego rodzaju wykorzystują niewielką ilość wody w stosunku do ilości spoiwa, przez co skurcz autogeniczny zachodzi szczególnie szybko i intensywnie, co utrudnia jego precyzyjne kontrolowanie. Dlatego naukowcy pracują obecnie nad dokładnym szacowaniem tego, jak materiał zmienia się od początku swojego dojrzewania.

Beton, który ogranicza zanieczyszczenie powietrza. Jak działa fotokataliza

Polska metoda standardem w USA

Metoda PST, czyli Plastic-Sleeve Test, została opracowana przez dr. hab. inż. Adama Zielińskiego z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie. Jej standaryzacja w Stanach Zjednoczonych trwała dwa lata i była prowadzona we współpracy z zespołami z Auburn University oraz University of Texas at Austin. Pod koniec lipca 2026 roku metoda została oficjalnie opublikowana w amerykańskim zbiorze norm AASHTO. To oznacza, że rozwiązanie opracowane w Polsce przeszło od badań laboratoryjnych do amerykańskiego standardu wykorzystywanego w sektorze budowlanym. Ponadto standardy AASHTO stosowane są nie tylko w USA, ale także w Kanadzie, Ameryce Łacińskiej, jak również przy projektach realizowanych w Europie, także w przypadku polskiej Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad.

Rozwiązanie polega na umieszczeniu świeżej mieszanki cementowej w elastycznym rękawie wykonanym z polietylenu LDPE. Powstaje w ten sposób cylindryczna próbka, której zmiany długości można rejestrować za pomocą czujników. W pierwszych etapie rękaw ogranicza wymianę wilgoci z otoczeniem, co pozwala obserwować skurcz autogeniczny. Następnie folię można usunąć i kontynuować pomiary, tym razem obserwując zmiany związane z wysychaniem. Dzięki temu na tej samej próbce można śledzić zarówno poszczególne rodzaje skurczu, jak i skurcz całkowity.

To istotna różnica względem dotychczasowych metod, które nie pozwalały na pomiar obu podstawowych rodzajów skurczu na próbce o tej samej geometrii i wykonanej z tego samego materiału.

Nowa metoda obserwacji materiałów

Naukowcy z ZUT podkreślają, że deformacje mogą być rejestrowane już po uformowaniu próbki, a następnie automatycznie mierzone w określonych odstępach czasu przez co najmniej 28 dni. Co istotne, część skurczu autogenicznego zachodzi na bardzo wczesnym etapie dojrzewania betonu. Metody, które rozpoczynają pomiar później, mogą nie uchwycić części tych zmian.

Automatyczna rejestracja długości próbki pozwala natomiast śledzić przebieg procesu w czasie, zamiast ograniczać się do pojedynczego pomiaru. Jak podają naukowcy, badania można prowadzić nie tylko na betonie, ale również na zaczynach i zaprawach, a tego rodzaju pomiary mogą być wykorzystywane do analizowania wpływu poszczególnych składników na zachowanie materiału.

Monitoring ogranicza ryzyko mikropęknięć

Eksperci podkreślają, że precyzyjne prognozowanie zmian strukturalnych betonu od pierwszych godzin jego dojrzewania ma dziś kluczowe znaczenie. Jak wskazują najnowsze badania przeprowadzone przez ekspertów z chińskich instytutów badawczych ds. inżynierii wodnej i bezpieczeństwa zapór (m.in. Instytutu Changjiang oraz Uniwersytetu Hohai) aż 80% pęknięć konstrukcyjnych powstaje nie z powodu zewnętrznych obciążeń, ale właśnie z powodu naprężenia i skurczu w pierwszych dniach od wylania. Niekontrolowany skurcz potrafi doprowadzić do powstania mikroszczelin już w pierwszej dobie, co obniża szczelność i trwałość betonu i może doprowadzić do wad konstrukcyjnych.

Dlatego opracowanie nowych metod monitorowania struktury materiałów oraz wpływu wilgotności otoczenia pozwala skutecznie ograniczyć ryzyko awarii i wydłużyć czas eksploatacji obiektów.

Zobacz też: Inteligentne materiały w budownictwie: AGH tworzy farbę, która ostrzega przed katastrofą 

Źródła: ZUT, MDPI, Springer Nature

Fot: Canva

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.