Kruszywa związane hydraulicznie (HBM) w nawierzchniach drogowych oraz w ulepszonym podłożu

Transkrypt

1 Kruszywa związane hydraulicznie (HBM) w nawierzchniach drogowych oraz w ulepszonym podłożu Cezary Kraszewski Zakład Geotechniki i Fundamentowania IBDiM Warszawa Cezary Kraszewski 1

2 Kruszywa związane hydraulicznie w nawierzchni drogowej 120 MPa Cezary Kraszewski 2

3 Podłoże gruntowe w konstrukcjach drogowych na tle innych krajów podloze-nawierzchnia.jpg Drogownictwo 4/98 Stefan Rolla 120 MPa 45 MPa MPa Cezary Kraszewski 3

4 Normy PN i dokumenty dotyczące mieszanek związanych hydraulicznie w drogownictwie - stabilizacje PN-S-96011:1998 Drogi samochodowe. Stabilizacja gruntów wapnem do celów drogowych PN-S-96012:1997 Drogi samochodowe. Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntu stabilizowanego cementem PN-S-96013:1997 Drogi samochodowe. Podbudowa z chudego betonu. Wymagania i badania. PN-S Drogi samochodowe. Podbudowa z betonu popiołowego BN-71/ Drogi samochodowe. Podbudowa z gruntów stabilizowanych aktywnymi popiołami lotnymi. OGÓLNE SPECYFIKACJE TECHNICZNE APROBATY TECHNICZNE Normy specyfikacyjne Cezary Kraszewski 4

5 Wymagania dla mieszanek związanych hydraulicznie (HBM) wg PN Składniki - kruszywa naturalne głównie grunty Wytrzymałość na ściskanie MPa marki wytrzymałościowe Rm 1.5, 2.5, 5 MPa Rm 3, 5, 8 MPa Mrozoodporność Cezary Kraszewski 5

6 Nowe normy PN EN.. WT-5 1. PN-EN :2007 Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym. Wymagania. Część 1: Mieszanki związane cementem 2. PN-EN :2007 Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym. Specyfikacje. Część 2: Mieszanki żużlowe 3. PN-EN :2007 Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym. Wymagania. Część 3: Mieszanki związane popiołami lotnymi 4. PN-EN :2005 Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym. Wymagania. Część 4: Popioły lotne do mieszanek (oryg.) 5. PN-EN :2007 Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym. Wymagania. Część 5: Mieszanki związane spoiwem drogowym. Cezary Kraszewski 6

7 Nowe normy PN EN dotyczące kruszyw i gruntów związanych hydraulicznie Cezary Kraszewski 7

8 Charakterystyka norm PN EN do5 Normy produktowe (klasy i kategorie) Duża ogólność (propozycje badań) Nowe normy PN-EN xx Konieczność opracowania wymagań krajowych (NA, DA, WT) Klimat Tradycje krajowe Przystosowanie laboratoriów Cezary Kraszewski 8

9 Typy mieszanek HBM podział ogólny Typ 1 0/31.5 Typ 2 0/22.4 0/16 0,11.2 Typ 3 0/5.6 Typ 4 uziarnienie deklarowane Typ 5 mieszanki b. drobne (same popioły) Cezary Kraszewski 9

10 Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Typ 5 Syntetyczna charakterystyka mieszanek związanych hydraulicznie i wymagania normowe PN-EN Cement 0/31.5 wg rys. B.1 0/20 wg rys. B.2 0/14 wg rys. B.3 0/10 wg rys. B.4 Uziarnienie wg rys.1 Obszar A kruszywo drobne Obszar B kruszywo grube PN-EN Żużel granulowany Typ A i B A1 i B1-1 0/22.4 wg rys. 1 A2 i B1-2 0/31.5 wg rys. 2 A3 i B1-3 0/45 wg rys. 3 A4 i B1-4 0/31.5 wg rys. 4 A5 deklarowane uziarnienie B2 0/20 wg rys. 5 B2 0/14 wg rys. 6 B2 0/10 wg rys. 7 PN-EN Popioły lotne PN-EN Spoiwo drogowe FABM 1 0/31.5 wg rys. 1 i 2 1 Typ 1. 0/31.5 wg rys. 1 FABM 2 0/20 wg rys. 3 i 4 FABM 2 0/14 wg rys. 5 i 6 FABM 2 0/10 wg rys. 7 i 8 Typ 2 0/20 wg rys. 2 Typ 2 0/14 wg rys. 3 Typ 2 0/10 wg rys. 4 - B3 0/5.6 FABM 3 0/5.6 Typ 3 0/5,6 FABM 4 uziarnienie Typ 4 uziarnienie deklarowane deklarowane - FABM 5 0/0.5 - Właściwości mieszanki Parametr laboratoryjny - Dla mieszanki typu B2 i Dla mieszanki FABM 2, 3 B3 typu 2 i 3 IPI Klasyfikacja CBR dla - mieszanki A - - CBR PN-EN Dla mieszanki typu B2 FABM 2 Dla mieszanki typu 2 Compacity + + z wyłączeniem mieszanki A + + Rc/RtE PN-EN Jeżeli wymagana Jeżeli wymagana Jeżeli wymagana Jeżeli wymagana Mrozoodporność Jeżeli wymagana Jeżeli wymagana Jeżeli wymagana Jeżeli wymagana Urabialność Cezary Kraszewski 10

11 Klasyfikacja: Rc Wytrzymałość na ściskanie a Klasa R c Minimalne R c [MPa] dla cylindra o wskaźniku smukłości 2 a Minimalne R c [MPa] dla cylindra o wskaźniku smukłości 1 a i sześcianów C 0,4 / 0,5 0,4 0,5 C 0,8 /1 0,8 1 C 1,5 / 2 1,5 2 C 3 / C 6 / C 9 / C 12 / C 15 / C 18 / C 21 / C 24 / C 27 / C DV wartość deklarowana wartość deklarowana jeżeli wykorzystano cylindry o wskaźniku smukłości innym niż 1 lub 2 należy przed użyciem określić ich korelację z cylindrami o wskaźnikach smukłości 1 lub 2. Cezary Kraszewski 11

12 Klasyfikacja: Rt, E Wytrzymałość na rozciąganie i moduł sztywności Cezary Kraszewski 12

13 Klasyfikacja CBR Mieszanki żużlowe CBR 28 = ((CBR 28 CBR 0 ) / CBR 0 ) 100 w którym: CBR 28 - procentowa zmiana wskaźnika CBR po 28 dniach, CBR 28 - wartość CBR oznaczona po 28 dniach, CBR 0 - wartość CBR oznaczonego bezpośrednio po zagęszczeniu próbki. Cezary Kraszewski 13

14 Klasyfikacja CBR. Klasyfikacja według CBR Klasa Typ mieszanki CBR 0 % CBR 28 % CBR 50/25 A1 do A3, B1, B2, B CBR 30/25 A4, B CBR 50/35 A1 do A3, B1, B2, B CBR 30/35 A4, B CBR 50/50 A1 do A3, B1, B2, B CBR 30/50 A4, B Cezary Kraszewski 14

15 Składniki mieszanek HBM Do mieszanek związanych hydraulicznie wg PN-EN należy stosować kruszywa zgodnie z PN-EN Zatem mamy szeroką gamę kruszyw naturalnych i sztucznych oraz z recyklingu, łamanych oraz o ziarnach naturalnych oraz mieszanki tych kruszyw. Cezary Kraszewski 15

16 Przygotowywanie próbek PN-EN Mieszanki mineralne niezwiązane i związane hydraulicznie. Sporządzanie próbek przy zastosowaniu sprzętu Proctora lub zagęszczającego stołu wibracyjnego. PN-EN Mieszanki mineralne niezwiązane i związane hydraulicznie. Sporządzanie próbek przez zagęszczanie młotem wibracyjnym. PN-EN Mieszanki mineralne niezwiązane i związane hydraulicznie Sporządzanie próbek z mieszanek związanych spoiwem hydraulicznym przy zastosowaniu wibroprasowania. PN-EN Mieszanki mineralne niezwiązane i związane hydraulicznie. Sporządzanie próbek walcowych z mieszanek związanych spoiwem hydraulicznym przy użyciu osiowego ściskanie. Cezary Kraszewski 16

17 Pielęgnacja Mieszanki cementowe pielęgnacja 28 dniowa, Mieszanki popiołowe i mieszanki na spoiwach drogowych pielęgnacja 42 dniowa, Mieszanki żużlowe pielęgnacja 90 dniowa Ostatnie 14 dni nasycanie wodą Cykle zamrażania po normowym okresie pielęgnacji Cezary Kraszewski 17

18 Urabialność Analizowane normy dopuszczają warunek urabialności jeżeli jest wymagany w kraju stosowania. Urabialność jest ustalana wg EN Są dwie metody: Opóźnione zagęszczanie spadek gęstości o 2% Rozchodzenie się dźwięku. Cezary Kraszewski 18

19 Natychmiastowy wskaźnik nośności IPI Wskaźnik CBR wg PN-EN , badanie bez obciążników i nasycania wodą Nośność warstwy Cezary Kraszewski 19

20 Szczelność (compacity) PN-EN do5 - normy podają wymóg szczelności dla jednej z 4 mieszanek. Szczelność mieszanki przed związaniem definiuje się jako stosunek objętości ziaren do objętości mieszanki zawierającej ziarna i wolne przestrzenie między nimi. Szczelność oblicza się ze stosunku maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu mieszanki (ρd wg PN-EN zmodyfikowana metoda Proctora) do gęstości objętościowej ziaren mieszanki (ρp wg PN-EN załącznik A). C d a b c pa pb pc Większego sensu nie ma ten warunek, gdyż w przypadku badania mrozoodporności zweryfikują zwiększoną porowatość mieszanki. Cezary Kraszewski 20

21 Mrozoodporność Normy serii PN-EN do5 nie podają obowiązku badania mrozoodporności. Występuje tylko zapis, jeżeli jest to wymagane w miejscu stosowania wtedy mają zastosowanie krajowe przepisy dotyczące tego zagadnienia. Dotychczasowe przepisy zawarte w PN są następujące: Procedura ustalania mrozoodporności powinna być skorelowana z przyjętymi reżimami pielęgnacji. Należy stosować 14 cykli zamrażania i odmrażania dopiero po pełnej pielęgnacji normowej Cezary Kraszewski Analiza wyników badań mrozoodporności mieszanek z kruszyw związanych hydraulicznie, Drogi i Mosty nr 3/2008, str Cezary Kraszewski 21

22 Wymagania krajowe do PN- EN do 5 Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym do dróg publicznych WT-5 Mieszanki związane 2009 Cezary Kraszewski 22

23 WT-5 Mieszanki związane -zakres Część 1. Mieszanki związane cementem wg PN-EN Część 2. Mieszanki związane żużlem wg PN-EN Część 3. Mieszanki z popiołem lotnym wg PN-EN oraz PN-EN Część 4. Mieszanki związane spoiwem drogowym wg PN-EN Część 5. Kontrola produkcji Część 6. Ustalenia formalne Cezary Kraszewski 23

24 WT-5 Mieszanki związane -zakres Wymagania wobec materiałów wymagania dla składników mieszanki kruszywa, spoiwa, dodatki Wymagania wobec mieszanek Projektowanie i metodyka badania Specyfikacja mieszanek Zastosowanie mieszanki w zależności od kategorii ruchu rodzaju podbudowy Cezary Kraszewski 24

25 Wymagania dla kruszyw do mieszanek HBM Cezary Kraszewski 25

26 Wymagania dla mieszanek HBM Cezary Kraszewski 26

27 Przeciwdziałanie spękaniom odbitym Dla warstw podbudów zasadniczych z mieszanek związanych o wytrzymałości na ściskanie Rc od 5 do 10 MPa należy stosować technologie przeciwspękaniowe z zastosowaniem geosyntetyków lub membran, zgodnie z normami lub europejskimi i krajowymi Aprobatami Technicznymi. Dla warstw podbudów zasadniczych z mieszanek związanych cementem o wytrzymałości na ściskanie Rc powyżej 10 MPa należy stosować dylatowanie poprzeczne i podłużne, w zależności od szerokości warstwy. Cezary Kraszewski 27

28 Dalsze prace badawcze Wymiarowanie mechanistyczne Badania zmęczeniowe Badania wytrzymałości na rozciąganie Moduły sprężystości Cezary Kraszewski 28

29 Dalsze prace badawcze Przeanalizowane zostały właściwości różnorodnych mieszanek zawierających: 4 rodzaje kruszyw (łamane dolomitowe, łamane granodiorytowe, niełamane, kruszywo z recyklingu betonu), 3 rodzaje spoiw (cement CEM I 32.5, spoiwo drogowe Silment CQ-25, żużel granulowany), stosując 2 dodatki każdego spoiwa, 2 mieszanki popiołowe (popioły krzemionkowe, popioły wapienne) Łącznie zbadanych zostało 26 różnych mieszanek Cezary Kraszewski 29

30 Dalsze prace badawcze Wyniki badań wytrzymałościowych mieszanek HBM wykazały, że istnieje ścisła zależność pomiędzy wytrzymałością na rozciąganie (Rt) a wytrzymałością na ściskanie (Rc). Zależność procentowa Rt=%(Rc) wynosi 10% dla mieszanek o wytrzymałości na ściskanie Rc=5 20 MPa. Zależność ta jest niezależna od rodzaju kruszywa (naturalne, sztuczne, łamane, niełamane), rodzaju spoiwa (cement, popiół lotny, spoiwo drogowe) i okresu pielęgnacji (28, 42, 90, 180 dni), ale zależy wyłącznie od wytrzymałości na ściskanie (Rc). Cezary Kraszewski 30

31 Rt [MPa] Zależność Rt=f (Rc) Rt ~ 0,1 Rc y = x R 2 = Serie1 Potęg. (Serie1) Rc [MPa] Cezary Kraszewski Charakterystyka wytrzymałościowa mieszanek kruszyw związanych hydraulicznie do stosowania w podbudowach drogowych, Drogi i Mosty nr 3/2009, str Cezary Kraszewski 31

32 Dalsze prace badawcze Na podstawie wyników obliczeń zależności wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu (Rb) wg wzorów normowych dla betonów cementowych szacuje się dla mieszanek HBM istnienie zależności Rb=%(Rc) 20% niezależnie od zastosowanego rodzaju kruszywa, spoiwa czy okresu pielęgnacji dla mieszanek w wytrzymałości Rc = 5 15 MPa. Cezary Kraszewski 32

33 Rb [MPa] Zależność Rb=f (Rc) Rb ~ 0,2 Rc R 2 = R 2 = R 2 = R 2 = 1 R 2 = 1 Jamroży Eurokod 2 potega 1/2 potęga 2/3 średnia Potęg. (potęga 2/3) Potęg. (potega 1/2) Potęg. (Eurokod 2) Potęg. (Jamroży) Potęg. (średnia) Rc [MPa] Cezary Kraszewski Charakterystyka wytrzymałościowa mieszanek kruszyw związanych hydraulicznie do stosowania w podbudowach drogowych, Drogi i Mosty nr 3/2009, str Cezary Kraszewski 33