Wstęp
Rury betonowe, jako materiał konstrukcyjny kanałów kanalizacyjnych, pojawiły się dopiero w drugiej połowie XX w. Beton zwykły, beton zbrojony i beton sprężony, jest obecnie jednym z podstawowych materiałów konstrukcyjnych dla kanałów wielkogabarytowych. Rury betonowe wykonywane są o średnicach nawet kilku metrów i pod względem pracochłonności są zdecydowanie bardziej opłacalne od kanałów murowanych. Coraz lepsze parametry samego betonu i technologie jego produkcji pozwalają też uzyskiwać materiał o niskiej nasiąkliwości i wysokiej odporności chemicznej, co ma ogromne znaczenie przy ściekach agresywnych korozyjnie. Kolektory o dużych średnicach narażone są zwykle na korozję siarczanową, związaną z rozkładem chemicznym ścieków i wytwarzaniem się siarkowodoru. Obecnie wzrost odporności na korozję siarczanową betonu uzyskuje się głównie dzięki zmniejszeniu jego nasiąkliwości. Ta ostatnia zależy z kolei od stosunku wody do cementu (w/c) w betonie. Starsze betony, przy braku nowoczesnych metod produkcyjnych (np. wibrowania) posiadały stosunek w/c >0,5. Współczesne, dobrych producentów, mają ten stosunek na poziomie 0,4, co zmniejsza nasiąkliwość nawet o 50% (wykres). Tak niski stosunek wody do cementu jest możliwy dzięki stosowaniu dodatków chemicznych do betonów (tzw. superplastyfikatorów karboksylowych).
Wykres. Wpływ stosunku w/c na przesiąkliwość betonu. (źr. Neville „Właściwości betonu” Polski Cement Sp z o.o. 2000)
Cechy rur betonowych
- Beton jest materiałem niepalnym
- Trwałość rur betonowych i żelbetowych przekracza 100 lat
- Rury betonowe i żelbetowe są odporne na ścieranie. Badania rur Haba-Beton na rynnie przechylnej w Darmstadh wykazały ścieralność po 100.000 cykli rzędu 0,2-0,3mm. Rury te mogą być stosowane dla prędkości przepływu ścieków do 10 m/s. Tak niskie wartości uzyskuje się przy stosowaniu odpowiednich mieszanek betonowych i wytycznych FBS. Zwykły beton ma dużo większą ścieralność i jest mniej odporny na zanieczyszczenia zawarte w ściekach od rur tworzywowych.
- Beton jest materiałem odpornym na wysokie temperatury. Ma też bardzo mały współczynnik rozszerzalności cieplnej, co czyni go materiałem wyjątkowo stabilnym przy dużych wahaniach temperatur.
- Rury betonowe i żelbetowe są odporne na duże obciążenia statyczne gruntu. Mogą być dzięki temu układane na dużych głębokościach przekraczających 6, a nawet 10m.
- Beton jest materiałem ekologicznym. Przy jego produkcji wytwarzana jest znacznie mniejsza ilość CO2 niż w przypadku rur tworzywowych. Nadaje się też do wielokrotnego recyklingu.
- Rury betonowe są odporne na promieniowanie UV i mogą być składowane bezpośrednio na powietrzu
- Wadą betonu jest jego duży ciężar wymagający drogiego transportu i urządzeń dźwigowych w czasie montażu.
Rodzaje rur betonowych
Mówiąc o typach rur betonowych możemy mieć na względzie kształt ich przekroju, sposób montażu, czy technologię wykonania.
Z względu na technologię wykonania rury betonowe można ogólnie podzielić na:
- niesprężone, do pracy grawitacyjnej bezciśnieniowej
- z betonu sprężonego, zbrojone prętami stalowymi napiętymi w trakcie produkcji, do pracy pod ciśnieniem
- z betonu z dodatkiem włókien stalowych lub tworzywowych, o zwiększonej odporności na spękanie
- żelbetowe, z betonu zbrojonego, ale do pracy grawitacyjnej
Tutaj od razu kilka słów wyjaśnienia. Rury żelbetowe i rury betonowe sprężone, to dwa różne materiały. Oba posiadają zbrojenia z prętów stalowych, ale w rurach sprężonych pręty te są napięte w trakcie produkcji, co zapewnia wyjątkową wytrzymałość rur na ciśnienie. Rury z betonu sprężonego wykonywane są z betonu o minimalnej klasie B40 i posiadają wytrzymałość na ciśnienie 0,5; 1,0 lub 1,5 MPa. Mają zastosowanie głównie w sieciach ciśnieniowych wodnych, jak też w kolektorach tłocznych kanalizacyjnych. Dzięki skomplikowanej technologii produkcji zużycie stali jest tutaj mniejsze, same rury są bardziej smukłe, mają mniejsze grubości ścianek. Rury żelbetowe nie mają odporności na ciśnienie wewnętrzne. Są natomiast bardziej odporne na obciążenia statyczne i dynamiczne od rur z betonu niesprężonego, dlatego nadają się na przepusty pod drogami, torami kolejowymi, montaż na dużych głębokościach, itp. Zbrojenie pozwala też na produkcję rur o bardzo dużych średnicach.
Podobna sytuacja ma się względem rur betonowych z dodatkiem włókien i rur z tzw. polimerobetonu. To dwa zupełnie różne materiały. Rury z polimerobetonu nie mają w swojej konstrukcji klasycznego cementu. Został on tutaj zastąpiony spoiwem polimerowym (żywicą). Rury z dodatkiem włókien produkowane są natomiast z betonu cementowego, do którego dodano włókna stalowe, włókna szklane, lub z PP w celu poprawy jego właściwości mechanicznych.
Przeglądając katalogi firm oferujących rury betonowe znajdziemy też inne ciekawe oznaczenia, np. tzw. „klasę ekspozycji” XC1, XF1, itd. Co to takiego?
Klasa ekspozycji betonu, to parametr informujący o jego odporności na czynniki zewnętrzne (korozja, agresywność środowiska, odporność na temperatury, itp.). Klasy te ustala się na podstawie normy PN-EN206:2014 i dzieli na następujące kategorie:
- X0: Brak zagrożenia korozją i agresją chemiczną.
- XC1-XC4: Korozja spowodowana karbonatyzacją.
- XD1-XD4: Korozja spowodowana chlorkami.
- XS1-XS3: Korozja spowodowana chlorkami z wody morskiej.
- XF1-XF4: Oddziaływanie zamrażania i rozmrażania.
- XA1-XA3: Agresja chemiczna.
- XM1-XM3: Korozja spowodowana ścieraniem.
Tutaj znowu należą się pewne wyjaśnienia do jednego z terminów KARBONATYZACJA. To zjawisko oddziaływania dwutlenku węgla z powietrza na wapno zawarte w cemencie, powodujące obniżenie pH betonu, tym samym mające szkodliwy wpływ na stal zbrojeniową. Rury betonowe o niskiej odporności na karbonatyzację będę (krótko mówiąc) szybciej korodować. Proces karbonatyzacji jest procesem naturalnym, ale przyspiesza w warunkach podwyższonej wilgotności, temperatury i ogólnej dostępności powietrza. Ważna jest więc szczelność betonu na wodę, brak spękań, jak też dobra otulina samej stali.
Średnice i długości rur betonowych
Zakres dostępnych średnic rur betonowych zależy od zastosowanego systemu uszczelnienia połączeń. Generalnie najmniejszą średnicą (wewnętrzną) rury betonowej jest 300mm. Największą (na dzień pisania artykułu) 3600mm. Mam na myśli oczywiście rury o przekroju okrągłym. Długości rur betonowych wahają się od 1-3m.
Połączenia
Ze względu na sposób łączenia ze sobą dwóch sąsiednich rur betonowych dzielą się one na:
- kielichowe z uszczelką zintegrowaną, posiadają fabrycznie zamocowaną uszczelkę w kielichu rury
- kielichowe z uszczelką rolowaną, uszczelka w tym systemie montażu zakładana jest na budowie na bosy koniec rury i ma przekrój okrągły
- kielichowe z uszczelką klinową, uszczelka ma przekrój zbliżony do trójkąta; powinna być mocowana na bosym końcu rury w taki sposób, alby szpic klina skierowany był ku końcowi rury.
Rys. Montaż uszczelki rolowanej (źr. ZBB Mizera)
Rys. Montaż uszczelki klinowej (źr. ZBB Mizera).
Przy montażu należy zwrócić uwagę, aby uszczelki nie były skręcone na obwodzie. Uszczelki należy smarować środkiem poślizgowym. ZABRANIA SIĘ UŻYWAĆ DO TEGO CELU SUBSTANCJI ROPOPOCHODNYCH!
- rury betonowe przeciskowe, łączone zwykle na uszczelkę klinową z SBR; rury tego typu stosowane są w mikrotunelingu, posiadają z jednej strony manszetę stalową, a z drugiej bosy koniec z podcięciem na uszczelkę klinową
Rys. Rura betonowa przeciskowa, poniżej przekrój przez połączenie (źr. pv-prefabet.com)
Przekrój
Tutaj jest cała gama rozwiązań. Rury betonowe mają pod tym względem zdecydowanie więcej do powiedzenia od wszystkich pozostałych materiałów. Znajdziemy więc rury o przekroju okrągłym, jajowym, z kinetą lub bez kinety, rury bez stopki, lub ze stopka w dolnej części, ułatwiająca montaż na podłożu.
Rys. Różne przekroje rur betonowych. Od góry – okrągłe, z kinetą V kształtną, ze stopką o przekroju okrągłym i jajowym (źr. pv-prefabet.com).
Inne rozwiązania rur betonowych
Z innych, dostępnych na rynku rozwiązań rur betonowych wymienić należy:
- rury skarpowe, stanowiące zwykle zakończenie przepustów pod drogami i torami kolejowymi; wykonywane są jako cięte, przy czym kąt cięcia może być ustalony z inwestorem
Rus. Rury skarpowe (źr.jw.)
- rury betonowe łukowe, to rozwiązanie dostępne w wybranych formach (np. rury Witros); pozwalają na zmianę kierunku trasy kanału bez potrzeby instalowania studzienki kanalizacyjnej. Tutaj kąt rury możliwy jest do dopasowania zgodnie z projektem technicznym. Rury łukowe występują o przekroju okrągłym i jajowym
Rys. Rury łukowe WITROS (źr. jw.)
c.d.n.