uszkodzenia nawierzchni z betonu cementowego, Wat Budownictwo, ROK III, Remont i utrzymanie dróg i ulic

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
TECHNOLOGIE
Przyczyny powstania
uszkodzeń nawierzchni
z betonu cementowego
«
W NINIEJSZYM ARTYKULE PODJĘTO PRÓBĘ WYJAŚNIENIA
PRZYCZYN WYSTĘPOWANIA TYPOWYCH USZKODZEŃ
NAWIERZCHNI BETONOWYCH PASÓW STARTOWYCH,
PŁYT POSTOJOWYCH ORAZ DRÓG KOŁOWANIA SAMOLOTÓW.
Jerzy Wojtawicki
Wykonawca nawierzchni lotniskowych już na starcie styka się z wieloma
problemami technicznymi, które mają zasadniczy wpływ na jakość na-
wierzchni.
w poprzek płyty betonowej, stanowią dużą część wszystkich spękań ob-
serwowanych na płytach lotniska.
Drugim, bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na trwałość nawierzch-
ni po jej wykonaniu jest jakość kruszyw tworzących stos okruchowy mieszan-
ki betonowej. Nawierzchnia betonowa podczas eksploatacji ulega ustawicz-
nemu ścieraniu. Postęp tego procesu zależny jest od intensywności eksplo-
atacji oraz od jakości materiałów wchodzących w skład betonu.
W pierwszym etapie pracy nawierzchni procesy ścierania dotykają zapra-
wę zlokalizowaną na jej powierzchni, dlatego piasek wchodzący w jej skład
powinien charakteryzować się stosunkowo niską ścieralnością. Doświadcze-
nia wykonawcze wykazują, że stosunkowo najmniejszej degradacji eksplo-
atacyjnej ulegają piaski wyprodukowane ze skał magmowych wylewnych
i metamorficznych (bazalty i kwarcyty). Dobre efekty daje też zastosowanie
płukanych piasków naturalnych, składających się przeważnie z krzemionki
lub kwarcu. Po starciu zaprawy, w kolejnym etapie pracy nawierzchni, odsło-
nięte kruszywo stosu okruchowego przejmuje na siebie oddziaływanie sił ści-
nających i ssących, występujących w wyniku nacisku i obrotu pneumatyków
kołujących bądź startujących samolotów. Siły te powodują wyrywanie grysów
z betonu, jak również ścieranie ich powierzchni. Z niezrozumiałych względów
w normie zawarte jest zalecenie, aby do produkcji betonu nawierzchni lotni-
skowych używać grysów granitowych. Grysy te charakteryzują się stosunko-
wo dużą ścieralnością, co w znaczący sposób wpływa na późniejszą trwa-
«
Uszkodzenia będące następstwem doboru
niewłaściwych materiałów wchodzących
w skład projektowanej mieszanki betonowej
Podstawowy problem dla wykonawcy w czasie prowadzenia robót na-
wierzchniowych na lotnisku wyłania się już z zapisów zawartych w obowiązują-
cej polskiej normie – „Drogowe i lotniskowe nawierzchnie z betonu cementowe-
go”. Norma PN/S-96 015 została wprowadzona do użytku w 1975 roku. Obec-
nie większość zawartych w niej zapisów jest już nieaktualna. W lipcu 1999 roku
wprowadzono do użytku normę PN-V-83 002 „Lotniskowe nawierzchnie z beto-
nu cementowego”, która miała być uzupełnieniem istniejącej normy.
Z zapisów zawartych w normach przytoczonych powyżej wynika, że
beton przeznaczony na nawierzchnie lotniskowe może być wyproduko-
wany wyłącznie na bazie cementu portlandzkiego CEM I 42,5. Wysokie
ciepło hydratacji cementu klasy 42,5, zwłaszcza w sytuacji, gdy roboty
nawierzchniowe na lotnisku wykonywane są w warunkach podwyższonej
temperatury otoczenia (latem), stwarza duże ryzyko powstania spękań
w masywnej, grubej płycie betonowej. Spękania takie, przebiegające
1
2
12
«
LOTNISKO
TECHNOLOGIE
łość nawierzchni. Dlatego podstawowym czynnikiem kwalifikującym zastoso-
wanie grysu do betonu nawierzchni lotniskowych powinna być jego odpor-
ność na ścieranie oraz polerowanie.
przewilgocone grunty tracą nośność w wyniku osiadania oraz osuwania się
pod obciążeniem. W okresie zimowym istnieje niebezpieczeństwo powstania
wysadzin w gruncie podłoża, powodujące nierównomierne unoszenie się
płyt nawierzchni, skutkujące jej załamaniem pod własnym ciężarem bądź
pod naciskiem, jakim podlega ona podczas eksploatacji.
«
Uszkodzenia będące następstwem eksploatacji
nawierzchni betonowej lotnisk
«
Uszkodzenia będące następstwem obciążeń
termicznych
Wykonana nawierzchnia betonowa narażona jest na działanie czynników
eksploatacyjnych, z których zasadniczym jest oddziaływanie nadmiernego
obciążenia kołami ciężkich samolotów. Czynnik ten powoduje głębokie pęk-
nięcia płyty nawierzchni, szczególnie w sytuacji, gdy wytrzymałość całej kon-
strukcji nawierzchni (w tym także warstwy nawierzchni betonu) jest zbyt ni-
ska, a nacisk osi pojazdu jest zbyt wysoki od przewidzianego na etapie prac
projektowych. Czynnikiem osłabiającym beton nawierzchni jest jego zmę-
czenie spowodowane powtarzalnością ruchu (z reguły pojazdy na lotnisku
poruszają się jednym torem) oraz związane z tym obniżenie nośności pod-
budowy.
Efektem długotrwałej eksploatacji nawierzchni lotniska jest jej postępują-
ca degradacja, objawiająca się spękaniami powstałymi w pierwszej kolejno-
ści na krawędziach płyt oraz w ich narożach. Obserwowane są również pęk-
nięcia podłużne biegnące przez środek płyty. Pęknięcie podłużne niepodda-
ne w porę zabiegom konserwacyjnym przechodzi w spękanie siatkowe, roz-
wijające się z pęknięcia głównego, które praktycznie eliminuje płytę z dalszej
eksploatacji. Występujące często głębokie spękania naroży płyt są efektem
występujących tam największych naprężeń od przyłożonego obciążenia.
Rozkład naprężeń w płycie powoduje, że spękania tego typu pojawiają się
na górnej powierzchni płyty i postępują stopniowo w głąb, w przeciwieństwie
do spękań krawędzi, które pojawiają się w dolnej części płyty, postępując
w górę.
Większość obserwowanych spękań płyt nawierzchni spowodowana jest
kombinacją oddziaływania obu tych czynników – zbyt szybkiego skurczu be-
tonu, powstałego w wyniku procesu wiązania cementu, oraz zbyt dużych
naprężeń powstałych w wyniku nadmiernego obciążenia płyty podczas eks-
ploatacji.
Płyta nawierzchni lotniska musi wytrzymywać obciążenia statyczne i dy-
namiczne od poruszających się po niej samolotów oraz obciążenia termicz-
ne: wymuszone – pochodzące od strumienia gorących gazów spalinowych
emitowanych z dysz samolotów, i naturalne – będące wynikiem zmian warun-
ków atmosferycznych – podlegające cyklicznym działaniom (zmiany dobowe
i roczne).
Degradacji ulega również warstwa powierzchniowa płyty na skutek nisz-
czącego działania czynników atmosferycznych (mróz i woda). Efektem tego
działania jest przypowierzchniowe złuszczenie nawierzchni betonowej. Wy-
stępuje ono w partiach nawierzchni układanych często w warunkach niskich
temperatur. Jest to typowe uszkodzenie, będące wynikiem działania czynni-
ków klimatycznych. Tego rodzaju uszkodzenia wraz z upływem czasu po-
większają się i zwiększają głębokość korozji. Pierwotną formą ich występo-
wania jest pojawienie się na płytach betonowych blaszek o głębokości od
1 mm do 3 mm. Pozostawienie uszkodzeń bez naprawy prowadzi do pogłę-
bienia i rozszerzenia się zjawiska. W zależności od jakości wykonanego be-
tonu i intensywności działania czynników zewnętrznych, w okresie dwóch lub
trzech lat od momentu ich wystąpienia, przekształcają się one w głębokie
złuszczenia z ubytkiem tworzywa nawet do 2–3 cm.
Złuszczenia powierzchniowe mają zazwyczaj warstwowy układ, blaszko-
waty lub odsłaniający w sposób wyraźny poszczególne nieuszkodzone ziar-
na kruszywa. W pewnych przypadkach przypominają wżery przypowierzch-
niowe. Ten rodzaj uszkodzeń nawierzchni jest bardzo trudny do usunięcia
i najbardziej groźny w skutkach w procesie eksploatacji nawierzchni. Techno-
logie napraw wymagają niezwykłej staranności w przygotowaniu miejsc
przeznaczonych do naprawy oraz w wykonaniu robót, a także zastosowania
materiałów o wyjątkowo wysokich parametrach.
Najbardziej prawdopodobną przyczyną powstania złuszczeń nawierzchni
jest niska jakość betonu użytego do jej wykonania. Zjawisko to przyspiesza-
ją i potęgują:
«
czynniki atmosferyczne – wilgotność powietrza i zmiany temperatury
(szczególnie liczba przejść przez zero);
«
Uszkodzenia będące następstwem degradacji
warstw podbudowy
Czynnikiem powodującym w tym przypadku największe zagrożenie jest
woda, która wnika w konstrukcję nawierzchni (np. poprzez szczeliny dylata-
cyjne). Powoduje ona osłabienie nośności podbudowy i podłoża, ponieważ
3
4
LOTNISKO
»
13
TECHNOLOGIE
«
zawilgocenie nawierzchni;
«
odladzanie nawierzchni środkami chemicznymi.
7
«
Przykłady uszkodzeń zaobserwowane
na nawierzchniach lotniskowych
W roku 2007 przeprowadzono obserwacje i poddano inwentaryzacji uszko-
dzenia występujące na nawierzchni betonowej wykonywanej w 2005 r. Zastoso-
wano beton klasy B35 według recept od dwóch niezależnych dostawców.
W trakcie przeprowadzonej wizji lokalnej stwierdzono generalnie 2 typy
uszkodzeń występujące na płytach betonu nawierzchniowego:
– uszkodzenia powierzchniowe,
– uszkodzenia strukturalne nawierzchni betonowej.
«
Uszkodzenia powierzchniowe
« Lejki zaobserwowane na powierzchni płyty
Przyczyną powstawania tych uszkodzeń jest prawdopodobnie zapylenie
kruszywa (w skład recept na beton nawierzchniowy polskich lotnisk przeważ-
nie wchodzi płukany grys granitowy, który często ulega wtórnemu zapyleniu
podczas transportu).
Należy prowadzić regularne badania zapylenia kruszywa i eliminować par-
tie o zapyleniu przekraczającym 3% wag.
«
Drobne kawerny (zdjęcie 1.)
Obecność tych uszkodzeń może być spowodowana obecnością drob-
nych zanieczyszczeń (grudek gliny) w piasku bądź „porami” powietrza po-
wstałymi wskutek nieodpowiedniego napowietrzenia betonu.
Należy prowadzić regularną kontrolę materiału wsadowego i eliminować
partie, w których stwierdzono występowanie zanieczyszczeń.
«
Kratery z białymi wykwitami na zewnątrz (zdjęcie 2.)
Uszkodzenia tego typu spowodowane są używaniem do transportu kru-
szywa samochodów z aluminiowymi skrzyniami. Kratery powstają na skutek
wydzielania się wodoru w reakcji aluminium z cementem.
Należy wyeliminować środki transportowe ze skrzyniami aluminiowymi.
«
Złuszczenia powierzchniowe (zdjęcie 3.)
Powstają wskutek ręcznego wykańczania nawierzchni w sytuacji, gdy
w warstwie powierzchniowej płyty rozpoczął się proces wiązania.
Wykończenie nawierzchni należy wykonać przed rozpoczęciem procesu
wiązania cementu.
«
Siatka włosowatych spękań powierzchniowych (zdjęcie 4.)
Uszkodzenie to powstaje wskutek szybkiego odparowania wody w warstwie
przypowierzchniowej (układanie betonu w warunkach wysokich temperatur, nie-
dostateczna pielęgnacja). Przyczyną tego typu uszkodzeń mogą być również
drgania przejeżdżających pojazdów (ruch technologiczny na budowie).
Należy unikać wbudowywania mieszanki betonowej podczas wysokich
temperatur, prowadzić dokładną pielęgnację wykonanej nawierzchni.
5
«
Uszkodzenia strukturalne
6
«
Pęknięcia płyt w narożach (zdjęcie nr 5.)
Pęknięcia takie mogą zostać spowodowane przeciążeniem od ruchu ko-
łowego w miejscach wadliwego podparcia (nierówność podbudowy). Drugą
przyczyną powstawania tego zjawiska są naprężenia termiczne, powodują-
ce unoszenie się płyty pod wpływem wysokiej temperatury. Głębokie pęknię-
cia naroży powodują ich klawiszowanie, a w konsekwencji powstanie niebez-
piecznego dla ruchu kołowego progu o wysokości 2–3 cm.
«
Niekontrolowane głębokie pęknięcia poprzeczne płyty (zdjęcie 6.)
Pod wpływem różnicy temperatur płyta nawierzchni ulega spaczeniu,
a następnie pod wpływem ciężaru własnego i obciążenia ruchem pęka, two-
rząc niekontrolowane „dzikie” rysy. Jeżeli tych rys nie wypełni się w odpo-
wiednim czasie materiałem uszczelniającym, to woda penetrująca w niżej
położone warstwy konstrukcyjne nawierzchni spowoduje ich zniszczenie.
«
Deformacja szczelin dylatacyjnych, progi między krawędziami płyt sąsia-
dujących (zdjęcie 7.)
Deformacja spowodowana jest zanieczyszczeniem szczeliny oraz erozją
w podbudowie. Często zaobserwować można miejsca, gdzie masa zalewo-
wa została wysadzona z powodu naporu wypychanej wody. Tego typu
uszkodzenia powstają prawdopodobnie na skutek działania sił spowodowa-
nych ruchem kołowym, wywołującym naprężenia na granicy płyt.
14
«
LOTNISKO
TECHNOLOGIE
Należy wyciąć zniszczoną masę zalewową oraz uszczelnienie w postaci
kordu pod masą, oczyścić krawędzie szczeliny za pomocą sprężonego po-
wietrza. Następnie po zagruntowaniu krawędzi bocznych szczeliny wymienić
kord i masę zalewową.
«
Wykruszenia krawędzi płyty (zdjęcie 8.)
Jest to typowy błąd wykonawczy, spowodowany zbyt wczesnym nacina-
niem dylatacji, w sytuacji, gdy beton nie związał dostatecznie mocno.
W zależności od stanu uszkodzonej części płyty, należy wykonać uszczel-
nienie bądź całkowicie usunąć odpękniętą część płyty.
«
Osiadanie i klawiszowanie płyt (zdjęcie 9.)
Spowodowane jest postępującą w trakcie eksploatacji degradacją pod-
budowy (wypłukiwanie przez wody opadowe oraz przesuwanie się drobnego
materiału zawartego w podbudowie).
«
Głęboka degradacja wgłębna płyt (zdjęcie 10.)
Jest to jedno z poważniejszych uszkodzeń, spowodowane zbyt późnym
wbudowaniem betonu, w którym rozpoczął się już proces wiązania. Beton na
budowę dostarczony został zbyt późno (opóźnienie w transporcie, oczekiwa-
nie na wbudowanie). Często próbuje się poprawić konsystencję betonu po-
przez dodawanie do niego wody na budowie. Proceder ten narusza stosu-
nek wodno-cementowy i powoduje drastyczny spadek wytrzymałości beto-
nu, a w konsekwencji głęboką degradację wgłębną.
«
Złuszczenie nawierzchni będące wynikiem powstania naprężeń ter-
micznych.
Jeżeli przyjąć, że recepta na beton nawierzchniowy została sporządzona
w prawidłowy sposób, to przyczyn wystąpienia tego typu uszkodzeń należy
upatrywać w błędach wykonawczych.
Główne z nich to:
– spadek konsystencji mieszanki betonowej ze względu na wydłużony czas
jej transportu z betoniarni na miejsce wbudowania. Często stosowaną me-
todą przywracania wymaganej konsystencji mieszanki betonowej jest do-
lewanie do niej wody zamiast plastyfikatora;
– „poprawa” urabialności mieszanki w czasie jej zacierania poprzez obfite
skrapianie wodą obrabianej powierzchni płyt betonowych.
W obu przypadkach używanie wody do poprawy konsystencji mieszanki
betonowej prowadzi do obniżenia wskaźnika w/c, co w konsekwencji powo-
duje miejscowe obniżenie wytrzymałości betonu i wystąpienie złuszczeń na-
wierzchni.
Usunięcie złuszczeń betonu jest trudne, pracochłonne i kosztowne. Na-
prawa powierzchni złuszczonych zależna jest od ich głębokości. Złuszczenia
o głębokości do 3 mm można zlikwidować, używając kompozycji nasączają-
cej, która ogranicza penetrację wód opadowych i ich roztworów w strukturę
betonu. Działanie jej polega na zamknięciu powierzchni, przez co beton sta-
9
10
je się mniej nasiąkliwy, bardziej mrozoodporny i zwiększa się jego trwałość.
Złuszczenia głębsze niż 3 mm likwiduje się poprzez ułożenie w tych miej-
scach zaprawy lub betonu epoksydowego.
Stosunkowo mało kłopotliwą metodą naprawy jest śrutowanie zniszczonej
nawierzchni i pokrycie jej środkiem hydrofobowym.
W artykule tym przedstawiono tylko ogólną propozycję likwidacji uszko-
dzeń nawierzchni z betonu cementowego. Naprawa nawierzchni betono-
wych jest zazwyczaj bardzo kosztowna i czasochłonna – wymaga wyłącze-
nia z ruchu na dłuższy okres naprawianych nawierzchni.
Szczegółowa propozycja naprawy nawierzchni betonowej powinna być
poprzedzona bardzo dokładną inwentaryzacją uszkodzeń. Dopiero po zin-
wentaryzowaniu i sklasyfikowaniu poszczególnych rodzajów uszkodzeń mo-
że zostać zaproponowana technologia naprawy. Niestety, nie wszystkie
uszkodzenia można naprawić. Niektóre uszkodzone płyty betonowe należy
sfrezować (wyburzyć) i zastąpić nowymi.
Dlatego, aby wykonać dobrą nawierzchnię betonową, bardzo ważne jest
przestrzeganie wszelkich reżimów technologicznych oraz stosowanie bardzo
dobrych, sprawdzonych jakościowo materiałów.
8
Literatura:
Antoni Szydło „Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego”.
Piotr Nita „Budowa i utrzymanie nawierzchni lotniskowych”.
Krzysztof Smukalski, Marek Stańczyk, „Doświadczenia krajowe firmy Heilit +Woerner
Sp. z o.o. w betonowym budownictwie drogowym”.
PN-75/S-960l5.
PN-V-83 002.
Politechnika Wrocławska „Niszczenie nawierzchni drogowych”.
Jerzy Wojtawicki
Budimex Dromex SA
LOTNISKO
»
15
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • emaginacja.xlx.pl

    •