Streszczenie
Beton architektoniczny jest coraz częściej wykorzystywany jako dodatkowy środek wy- razu przy realizacji budynków użyteczności publicznej. Architekci doceniają walory tego materiału nadając niepowtarzalny charakter projektowanym wnętrzom. Dzięki rozwojo- wi technologii oraz coraz większej wiedzy wszystkich członków procesu budowlanego mamy niemal nieskończone możliwości wyboru kształtu, faktury czy barwy elementów betonowych.
W 2008r. miał miejsce międzynarodowy konkurs na projekt kompleksu nowej siedziby Muzeum Wojska Polskiego zlokalizowanej na terenie Cytadeli Warszawskiej. Konkurs wygrało polskie biuro projektowe WXCA. Projekt wykonany przez WXCA w ciągu na- stępnych lat podlegał licznym zmianom, między innymi w głównym budynku kompleksu Muzeum umieszczono Muzeum Historii Polski. W 2018 roku ruszyła budowa Pawilonu Południowego Muzeum Wojska Polskiego wraz z infrastrukturą techniczną. Wykonawcą inwestycji jest konsorcjum IDS-BUD i MAR-BUD. Wykonanie części konstrukcyjnej trwało półtora roku, obecnie trwają prace wykończeniowo-instalacyjne. Planowane zakończenie inwestycji przewidziano na 2021 rok.
Budowa Pawilonu Południowego stanowiła niezwykłe wyzwanie dla wszystkich członków procesu budowlanego, ponieważ 90% ścian zaprojektowano z betonu archi- tektonicznego barwionego. Części elewacyjna została wykonana w wersji ryflowanej, aby podkreślić wojskowy charakter całego obiektu. Mieliśmy przyjemność wziąć udział w tym przedsięwzięciu jako projektant i dostawca mieszanki betonowej. Firma Lafarge dostarczyła na budowę blisko 3 700 m3 betonu barwionego. W niniejszej pracy chcieliby- śmy podzielić się doświadczeniami z realizacji tej niezwykłej inwestycji.
mgr inż. Maciej Adamowicz – Lafarge Cement S.A.
Architektoniczny beton kolorowy zastosowany w realizacji projektu Pawilonu Południowego Muzeum Wojska Polskiego w Warszawie
Coloured arChiteCtural ConCrete used in the south Pavilion of the Polish army museum in WarsaW
Abstract
Architectural concrete is used increasingly as a means of architectural expression in public buildings. Appreciating its qualities, architects use it to impart a unique character to the designed interiors. The technological developments and growing awareness of all the building process participants offer almost unlimited possibilities as to the choice of shape, texture and colour of concrete elements.
In 2007 an international architectural competition was held to elicit the design of the new premises of the Polish Army Museum located at the Warsaw Citadel. The winner of this competition was WXCA architectural design firm. A number of modifications were then implemented in the original WXCA’s design, including placement of the Museum of the History of Poland in the main building of the complex. Construction of the South Pavilion of the Polish Army Museum, including the associated infrastructure started in 2018. Consortium of IDS-BUD and MAR-BUD has been chosen as the contractor. The structural part of the works was completed in one and a half years and currently finishing and system installation works are underway. Project completion date has been scheduled for 2021.
With 90% of walls designed of coloured architectural concrete the South Pavilion pro- ject was a unique task for all the parties involved. The grooved finish of the exterior walls was designed with the intent to highlight the inner purpose of the premises. We had the pleasure of taking part in this project as the concrete mix supplier and designer. The total amount of coloured concrete supplied by Lafarge to the site reached almost 3,700 m3. Now we would like to share with you what we experienced during this extraordinary project.
1. Wprowadzenie
Beton architektoniczny jest od lat wykorzystywany w polskim budownictwie, jednak na co dzień ten materiał jest traktowany marginalnie. Spotykany jest przeważnie jako wizualny element wykończenia wnętrz np. pomieszczeń recepcji czy klatek schodowych. Jednak nawet te stosunkowo niewielkie elementy stanowią wyzwanie dla uczestników procesu budowlanego. Brak zastosowania odpowiednich rygorów technologiczno-wykonawczych powoduje liczne reklamacje, a w konsekwencji efekt końcowy jest daleki od oczekiwane- go. Z technologicznego punktu widzenia mieszanka, jako taka nie wydaje się trudna do sporządzenia, a następnie do wbudowania. To szczegóły decydują o końcowym sukcesie lub porażce. W publikacji postaramy się wskazać co jest najistotniejsze dla powodzenia takiego przedsięwzięcia.
2. Informację ogólne o projekcie
Kompleks muzealny powstający na terenie Cytadeli Warszawskiej będzie szczególny pod wieloma względami. Cytadela na warszawskim Żoliborzu wybudowana za czasów cara Mikołaja I nigdy nie była miejscem, z którego Polak mógłby być dumny. Wielka twierdza nie była budowlą obronną dla mieszkańców Warszawy, lecz miejscem ucisku i straceń. Od samego początku istnienia miała być karą dla Polaków za wzniecenie Po- wstania Styczniowego oraz symbolizować potęgę zaborcy. Z historią tego miejsca można się zapoznać w Muzeum Pawilonu X mieszczącym się na terenie Twierdzy. Po II wojnie światowej do dnia dzisiejszego tereny te wykorzystywane były głównie przez Wojsko Polskie. Niedawno na terenie Cytadeli znalazło swoje miejsce Muzeum Katyńskie.
Lokalizacja Muzeum Wojska Polskiego oraz Muzeum Historii Polski na terenie Cytadeli powoduje, że miejsce to ze swoją ponurą i niechlubną przeszłością przekształci się w no- woczesne centrum edukacji i pamięci historycznej. Projektanci zadbali o zachowanie historycznego układu przestrzennego. Jak dawniej budynki koszar wojskowych, tak teraz budynki obu muzeów otaczają plac Gwardii, który dzięki zastosowanym rozwiązaniom przestrzennym tworzy z budynkami integralną całość. Parking na 690 miejsc umieszczony został pod płytą placu.
Ciekawą koncepcję zastosowano w konstrukcji budynku Pawilonu Południowego.
Budynek jest podzielony na 8 betonowych bloków funkcjonalnych tworzących ogromne sale wystawowe. Cały obiekt jest przykryty dachem o konstrukcji stalowej podpartej na ścianach betonowych oraz tam, gdzie to niezbędne na smukłych słupach stalowych.
W ścianach zaprojektowano duże powierzchnie przeszklone umiejscowione w taki spo- sób, aby z każdego miejsca sali lub z przestrzeni pomiędzy nimi można było zobaczyć otoczenie budynków – zieleń oraz stare mury forteczne. Tak zaprojektowane sale dają poczucie monumentalności dla osób przebywających w środku, a także integrują wizualnie wnętrza z otaczającą je historyczną substancją obiektu wojskowego.
rys. 1. Plan sytuacyjny Cytadeli Warszawskiej fot. WXCa
Z punktu widzenia branży budowlanej będzie to również miejsce szczególne. Każdy z mieszczących się tam obiektów jest wyjątkowy pod względem formy i wykorzystanych technologii. Jednym z elementów wyróżniających te budowle jest beton architektoniczny barwiony w masie.
W 2017 roku przystąpiliśmy do przetargu na dostarczenie mieszanek betonowych do budowy Pawilonu Południowego Muzeum Wojska Polskiego wraz z parkingiem podziemnym mieszczącym się pod Placem Gwardii. Generalnym Wykonawcą inwestycji było konsorcjum firm IDS-BUD oraz MAR-BUD.
Ściany głównych pomieszczeń Muzeum są gładkie, barwione w masie, natomiast cała elewacja zewnętrzna oraz część ścian korytarzy została wykonana w wersji ryflowanej.
Ściany lub ich fragmenty pokrywają pionowe pasy odciśniętego przestrzennie szewronu o szerokości 15cm. Plastyka tego wzoru skupia na sobie światło nadając różne odcienie elewacji. Nie przypadkowo wybrano ten wzór, Szewron, czyli krokiew w heraldyce jest zaszczytnym znakiem symbolizującym dach lub machinę wojenną. Od dawna kojarzony jest z wojskowością, obecny był na skrzydłach husarii i jest obecny na rękawach oficer- skich do dnia dzisiejszego. Rdzawy kolor elewacji nawiązuje do koloru ceglanych murów dawnej Cytadeli. Dołożono starań, aby istniejącą zieleń wkomponować w zaprojektowany park z dziecięcym placem zabaw i miejscami do wypoczynku.
fot. 1. motyw szewronu, odcisk betonowy
3. Założenia projektowe
Projekt zakładał wykonanie betonu architektonicznego w kategorii BA3. Mieszanka musiała być przystosowana do powierzchni gładkich oraz ryflowanych. Szewronowy odcisk miał być wykonywany za pomocą specjalnie zaprojektowanych gumowych ma- tryc przytwierdzanych do szalunku systemowego. W sumie przygotowano trzy wersję mieszanki w technologii Artevia Kolor, dwie w konsystencji S4/S5 oraz jedną wersje samozagęszczalną. Zatwierdzenie mieszanek betonowych wymagało akceptacji próbek pokazowych oraz wykonania obiektu referencyjnego w warunkach budowy. Wymagania dla mieszanek architektonicznych barwionych w masie przedstawia poniższa tabela:
Tab. 1. Wymagania projektowe dla betonu architektonicznego barwionego w masie.
Ściany wewnętrzne Ściany zewnętrzne
Faktura Gładkie/ryflowane Ryflowane
Wysokość elementów 7,2m
Klasa wytrzymałości C30/37
Konsystencja S4/SF3
Klasy ekspozycji XC3 XC4, XD1, XF1
Parametry trwałościowe W8 W8, F150
Ściany wewnętrzne Ściany zewnętrzne
Faktura Gładkie/ryflowane Ryflowane
Minimalna zawartość cementu 350kg
Zawartość barwnika 1-5% m.c.
Specyfikacja techniczna zakładała wykorzystanie połączenia cementu hutniczego oraz białego do uzyskania właściwej barwy matrycy cementowej. Na etapie opracowywania receptury zaproponowaliśmy wykorzystanie mączki wapiennej, która zapewniła jasną matrycę cementową bez konieczności sprowadzania białego cementu.
Tab. 2. Skład receptury mieszanki betonowej.
Lp. Surowce Pochodzenie
1 CEM III/A 42,5N – LH/HSR/NA Małogoszcz
2 Mączka wapienna Wierzbica
3 Piasek 0/2 Skarboszewo
4 Dolomit 2/8 / Granit 2/8 Radkowice/Siedlimowice 5 Dolomit 8/16 / Gronit 8/16 Radkowice/Siedlimowice
6 Barwnik brązowy B - 63 Schomburg
7 MasterPozzolith 18BVC BASF
8 MasterGlenium SKY 638 BASF
9 MasterAir 3015 BASF
4. Prace laboratoryjne
Praca technologiczna w laboratorium przed przystąpieniem do realizacji tego typu inwe- stycji jest niezbędnym elementem wpływającym na końcowy sukces. Praca z mieszanką powinna obejmować następujące aspekty: kolorystykę elementu, jakość powierzchni i faktury, parametry trwałościowe i reologiczne mieszanki. Już na tym etapie została nawiązana współpraca pomiędzy specjalistą odpowiedzialnym za wykonanie elementów architektonicznych inż. Bartoszem Niesłuchowskim oraz Działem Technologii i Jakości firmy Lafarge. W ramach prób laboratoryjnych wykonano ponad 50 zarobów próbnych oraz niezliczoną liczbę próbek o różnych rozmiarach i fakturze. Badano urabialność mieszanki, utrzymanie konsystencji w czasie, kolorystykę, środki antyadhezyjne oraz parametry trwałościowe.
Tab. 1. Cd. Wymagania projektowe dla betonu architektonicznego barwionego w masie.
Fot. 2. Próbki pokazowe oraz ścianka próbna wykonana w warunkach budowy.
Na podstawie wykonanych prób zawężono kolorystykę elementów do dwóch wersji receptury, które miały być wypróbowane na większej powierzchni w warunkach budo- wy. Wymaganiem Wykonawcy było dostarczenie mieszanki o konsystencji mierzonej opadem stożka, mieszczącej się w zakresie 200 ±20 mm. Opracowany skład odznaczał się niską lepkością i dużą odpornością na utratę parametrów reologicznych w czasie. Było to bardzo istotne z punktu widzenia wykonawstwa. Projekt nie przewidywał bruzdowa- nia ścian w celu osadzenia elementów instalacji. Na etapie przygotowywania realizacji projektu należało opracować lokalizacje wszystkich niezbędnych kanałów technicznych zatopionych we wnętrzu ścian, co bardzo utrudniało właściwe wbudowanie mieszanki.
5. Mock up, czyli poligon doświadczalny dla uczestników procesu budowlanego
13. sierpnia 2018r. rozpoczęliśmy wykonywanie pierwszych elementów referencyjnych.
W przypadku wykonywania skomplikowanych konstrukcji niezbędne jest wykonanie obiektu próbnego zwanego mock upem. Na takim obiekcie powinny zostać sprawdzo- ne wszystkie newralgiczne elementy konstrukcyjne, co pozwala wyeliminować błędy i sprawdzić w praktyce czy zakładane rozwiązania są możliwe do realizacji.
W tak skomplikowanych przedsięwzięciach często niezbędne jest opracowanie indy- widualnych rozwiązań dla różnych problemów konstrukcyjno-wykonawczych. Obiekt próbny jest do tego przeznaczony. Bardzo często mock up kojarzony jest jedynie jako po- wierzchnia referencyjna stanowiąca podstawę do rozpoczęcia prac oraz późniejszej oceny elementów docelowych. Efektem takiego podejścia jest wykonanie prostych elementów w technologii betonu architektonicznego, które następnie będą zakryte na budowie po
akceptacji inwestora. W rezultacie na etapie wykonywania inwestycji mogą powstać pro- blemy, których rozwiązanie nie było sprawdzone, a przyjęte założenia okazały się błędne.
W przypadku tej inwestycji mock up został bardzo rozbudowany w celu przetestowania rozwiązań technicznych w kluczowych miejscach. W ten sposób ograniczono w trakcie budowy ilość nieporozumień i wybrano optymalne rozwiązania.
Fot. 3. Mock up Pawilonu Południowego Muzeum Wojska Polskiego.
Głównym elementem powstającego budynku były ściany z betonu architektonicznego.
Sprawdzano m. in. kolorystykę, możliwą długość przetrzymywania ścian w szalunkach, odwzorowanie szewronu. Sprawdzano również środki pielęgnacyjne oraz impregnujące, a także wiele innych czynników. Na etapie obiektu próbnego wyeliminowano konieczność zastosowania mieszanek samozagęszczalnych do wykonania ścian o grubości 15 cm. Po- równano wygląd elementów wykonanych z mieszanek projektowanych według zaleceń specyfikacji oraz tych zaproponowanych na etapie wyceny. Ostatecznie zdecydowano się na wykorzystanie rozwiązania Artevia Kolor.
Fot. 4. Ściany obiektu próbnego
6. Realizacja inwestycji
We wrześniu 2018 roku odbyły się pierwsze dostawy betonu kolorowego na budowę.
Prace nad mock upem nie zostały jeszcze zakończone, ale po akceptacji betonowych ścian w wersji gładkiej wykonano klatki schodowe garażu podziemnego. Elementy te były konieczne dla płynności wykonania robót. Główne prace przy realizacji Pawilonu Południowego rozpoczęły się w 2019 roku.
Zastosowano wysoki reżim technologiczno-produkcyjny. Zakład produkcyjny został wyłączony, w okresie dostaw betonu kolorowego, z produkcji innych mieszanek. Wy- twórnię wyposażono w automatyczny system dozowania barwnika. W trakcie produkcji, każdorazowo, operatora węzła dodatkowo wspierał laborant. W ten sposób zapewniono niezbędną powtarzalność parametrów mieszanki. Przed wbudowaniem materiału każ- da dostawa była kontrolowana przez laboratorium zewnętrzne zatrudnione z ramienia Generalnego Wykonawcy. Można więc przyjąć, że jedna gruszka betonu była badana przed rozładunkiem co najmniej dwa razy. Stały kontakt pomiędzy budową a wytwór- nią zapewnił pełną kontrolę nad dostarczanym betonem. Zminimalizowało to problemy i umożliwiło komfortową pracę Wykonawcy. Całość prac była realizowana pod nadzorem inż. Bartosza Niesłuchowskiego oraz inżynierów firmy Mar-bud, którzy byli odpowie- dzialni za ten etap inwestycji.
Fot. 5. Pawilon Południowy w trakcie budowy, 2019r.
Efekt uzyskiwany przy użyciu betonu architektonicznego jest zależny od wielu czynników na etapie wbudowywania materiału. Same warunki atmosferyczne stanowią wyzwanie, ponieważ wpływają na otrzymywaną kolorystykę elementu. Betony wykonane latem są jaśniejsze od tych wykonywanych w okresie jesienno-zimowym, co w przypadku dużych inwestycji ma znaczenie i musi być uwzględnione na etapie planowania pracy.
W celu wyeliminowania mieszanki samozagęszczalnej, ze względu na koszty szalun- kowe oraz ryzyka związane z tym materiałem, zastosowano zbrojenie kompozytowe w ścianach elewacyjnych. Zmniejszyło to ciężar elewacji oraz umożliwiło zastosowanie pojedynczej siatki zbrojeniowej dzięki czemu możliwe było właściwe ułożenie mieszanki w konsystencji S4/S5.
Na betonach ekspozycyjnych bardzo często pojawiają się przebarwienia i wykwi- ty. W przypadku betonów kolorowych jest to jeszcze mocniej widoczne. Najczęstszą przyczyną jest wytrącający się na powierzchni elementu wodorotlenek wapnia. Tworzy on biały nalot, który jest zjawiskiem normalnie występującym w procesie hydratacji cementu. W przypadku betonów kolorowych częstym zjawiskiem jest również nalot z wytrąconego barwnika. Na budowie Muzeum Wojska Polskiego wystąpiły oba wyżej opisane zjawiska. Efekt był ciekawy na tyle, że zastanawiano się czy nie należy pozostawić ścian z przebarwieniami. Ściany z rdzawym nalotem sprawiały wrażenie ubrudzonych po działaniach wojennych. Ostatecznie zdecydowano się na oczyszczenie powierzchni.
Od początku przygotowywania inwestycji te i inne trudności były omawiane ze wszystkimi członkami procesu budowlanego. Doświadczenie i wiedza dotycząca wyko- nywania betonowych elementów ekspozycyjnych, inżynierów odpowiedzialnych za ten projekt była kluczowa. Dzięki temu uniknięto nieporozumień wynikających z niewiedzy, co jest częstym zjawiskiem przy tego typu inwestycjach.
7. Wyniki badań kontrolnych mieszanki betonowej
Poniżej w tabeli 3 przedstawiono średnie wyniki badań kontrolnych wykonywanych w ramach zakładowej kontroli produkcji betonu. Z uwagi na charakter wykonywanych elementów oraz duże trudności wykonawcze zdecydowano się na opracowanie mieszanki o parametrach maksymalnie dostosowanych do potrzeb i oczekiwań Wykonawcy obiek- tu. Spowodowało to zmniejszenie zapasów wytrzymałości uzyskiwanych po 28 dniach dojrzewania mieszanki betonowej. Dlatego pobierano dodatkowe próbki betonowe stano- wiące świadki w przypadku wątpliwości dotyczących jakości wbudowanego materiału.
Łącznie wykonano ponad 540 badań świeżej mieszanki betonowej na węźle beto- niarskim. Po przeliczeniu odpowiada to jednemu badaniu na 6m3 wyprodukowanego materiału. W wyliczeniach nie brano pod uwagę badań wykonanych przez laboratorium zewnętrzne budowy.
Tab. 3. Średnie wyniki badań wykonywanych w ramach zakładowej kontroli produkcji.
Badanie Jednostka Ściany
wewnętrzne Ściany zewnętrzne
Konsystencja mm 200 205
Powietrze % 1,4 4,0(5,4)
Wytrzymałość R7 MPa 23,4 24,0
Wytrzymałość R28 MPa 41,9 42,6
Wytrzymałość R56 MPa 48,7 53,1
Wodoszczelność
Stopień wodosz-
czelności - W8 W8
Maksymalna głębo-
kość penetracji mm 10 18
Mrozoodporność
Ubytek masy % X 0,1
Ubytek wytrzyma-
łości % X 4,4
8. Podsumowanie
Walory estetyczne betonu są coraz częściej wykorzystywane na szeroką skalę w różnego rodzaju inwestycjach. Obecne na rynku technologie pozwalają na dowolne kształtowanie
formy i koloru mieszanek betonowych. Jednak o sukcesie zawsze decyduje współpraca wszystkich członków procesu budowlanego poparta wiedzą z różnych branż. Budowa Muzeum Wojska Polskiego jest znakomitym przykładem doskonałej wymiany myśli pomiędzy kolejnymi Stronami procesu budowlanego.
Fot. 6. Pawilon Południowy, widok z gmachu Muzeum Historii Polski
Literatura
[1] Projekt wykonawczy Budowa Muzeum Wojska Polskiego – I etap, WXCA sp. z o.o. grudzień 2016r [2] Szczegółowa Specyfikacja Techniczna Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych, 452-8 Beton Archi-
tektoniczny, Budowa Muzeum Wojska Polskiego – I etap, LB-PROJEKT Łukasz Brycki, luty 2017r.
[3] E. Dworzak-Żak „Betonowe szewrony”, BTA październik – grudzień 2019r.
[4] M. Adamowicz „Beton architektoniczny w nowej siedzibie Muzeum Wojska Polskiego”
[5] https://www.propertydesign.pl/architektura/104/trwa_budowa_muzeum_wojska_polskiego_na_cy- tadeli_warszawskiej_to_imponujacy_projekt_wxca,25745.html
