Beton w nawierzchniach drogowych. dr hab. inż. Marek J. Ciak, prof. UWM Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Transkrypt

1 Beton w nawierzchniach drogowych dr hab. inż. Marek J. Ciak, prof. UWM Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

2 W budownictwie drogowym stosowane są trzy rozwiązania konstrukcyjne nawierzchni: podatne asfaltowe; półsztywne warstwy podbudowy wykonane są z chudego betonu lub stabilizowane cementem; sztywne, czyli betonowe. 2

3 Beton jeden z najbardziej powszechnych materiałów budowlanych we współczesnym budownictwie. Tworzywo powszechnie dostępne; Uniwersalny w zastosowaniu; Trwały w środowisku pracy; Przyjazny środowisku; Ekonomiczny. 3

4 Beton obszary zastosowania DROGI, LOTNISKA 4

5 MOSTY 5

6 Spoiwo: wapno palone z popiołem lotnym Pierwowzór nawierzchni betonowej Nawierzchnia rzymska 6

7 Drogi betonowe Pierwsza nawierzchnia z betonu makadamowego 1888 rok we Wrocławiu (plac Blüchera); 1892 r Ballefontaine (USA - Ohio) nawierzchnia z betonu cementowego C:P:K = 1 : 1,5 : 3; Pierwsza nawierzchnia z współczesnego betonu 1909 r w Detroit USA; Pierwsze wytyczne dot. budowy nawierzchni betonowych 1925 r; Pierwsza sieć autostrad (ok km) betonowych (Niemcy); Pierwsze wytyczne dot. budowy autostrad betonowych 1933 r; 7

8 Drogi o nawierzchni betonowej w Niemczech Lata Asfalt Beton 70 70% 30% 80 60% 40% Druga połowa 90 38% 62% Udział autostrad i lokalnych dróg betonowych w sieci drogowej Kraj Autostrady Drogi lokalne Austria > 50% dróg o nawierzchni betonowej Belgia ok. 40% 60% Niemcy ok. 60% 20% Wielka Brytania > 50% dróg o nawierzchni betonowej 8

9 Właściwości nawierzchni betonowych Nośność i zdolność przenoszenia obciążenia; przenoszenie obciążenia samoistnie nawet punktowego, zdecydowanie mniejsze obciążenie podbudowy, zmniejszenie odkształceń, Odporność na odkształcenia trwałe; trwałość ponad 30 lat (50?), odporność na zmiany temperatur, Kolor; jasny kolor bezpieczeństwo ruchu, Dobre cechy eksploatacyjne; Szorstkość i sczepność, szybkie odprowadzenie wody spod kół, Niskie koszty utrzymania 9

10 Tradycyjne nawierzchnie betonowe deskowanie stałe (w szalunkach lub w prowadnicach) M. FALEŃSKA, W. GAJGER, Technologia tanich dróg gminnych o nawierzchni z betonu cementowego, IBDiM, Konferencja "Dni Betonu - Tradycja i Nowoczesność" w szalunku ślizgowym 10

11 Nawierzchnie niezbrojone i niedyblowane Nawierzchnie dyblowane i kotwione Nawierzchnie zbrojone Nawierzchnie o ciągłym zbrojeniu Nawierzchnie złożone whitetopping 11

12 Współczesne nawierzchnie betonowe betonowe zbrojone stalowym włóknem rozproszonym, betonowe zbrojone włóknami sztucznymi, z betonów o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych (betony wysokowartościowe), 12

13 z betonu wałowanego, Współczesne nawierzchnie betonowe Zdolność przenoszenia większego ładunku od razu po ułożeniu nawierzchni, wielokrotnie szybciej niż w przypadku klasycznego betonu lanego (PCC), istnieje możliwość niemal natychmiastowego udostępnienia nawierzchni do ruchu droga jest przejezdna w 48 godzin po położeniu nawierzchni betonowej; Cały proces konstrukcyjny (wraz z usunięciem starej nawierzchni asfaltowej) trwa do 7 dni; Bardzo łatwe wbudowywanie materiału, np. przy użyciu rozściełacza asfaltowego; Technologia wykorzystywana głównie na nawierzchniach dróg lokalnych. z betonu napowietrzonego, Podwyższona mrozoodporność z betonu z odsłoniętym kruszywem washbeton. Obniżenie hałasu 13

14 Beton standardowy Beton wałowany 14

15 Nowe Ogólne Specyfikacje Techniczne (OST) Cement 15

16 A. SZYDŁO, P. MACKIEWICZ, Nawierzchnie betonowe na drogach gminnych. Poradnik, Polski Cement Kraków,

17 Obciążenie nawierzchni Od kół pojazdów; (znaczne obciążenia dynamiczne, korozja i abrazja erozja polegająca na ścieraniu podłoża przez luźny materiał skalny, ścieranie tarcie kół); Czynniki środowiskowe (warunki gruntowo-wodne, wpływy atmosferyczne temperatura, opady, UV, skurcz i odkształcenia termiczne różnych warstw); Środki chemiczne (odladzające) 17

18 18

19 Konstruowanie nawierzchni ustalenie wzajemnego układu warstw, wybór materiałów z uwzględnieniem warunków lokalnych, technologii i organizacji robót. Wymiarowanie nawierzchni obliczanie grubości warstw. Prognozowane obciążenie nie powinno wywoływać zjawisk zmęczeniowych w warstwach nawierzchni i podłożu; Zabezpieczenie przed skutkami wpływów klimatycznych na podłoże; Zapewnienie efektywnego odwodnienia; Dostosowanie do technologii. 19

20 Wytwarzanie mieszanki betonowej Projektowanie składu mieszanki betonowej Układanie i zagęszczanie mieszanki betonowej BETON O ŻĄDANYCH WŁAŚCIWOŚCIACH FIZYKO- MECHANICZNYCH Z JEDNOCZESNYM UWZGLĘDNIENIEM KOSZTÓW I CZASU WYKONYWANIA Analiza ekonomiczna Pielęgnacja świeżego betonu Kontrola jakości 20

21 21

22 22

23 23

24 CEMENT Stopień zmielenia niezbyt wysoki: Szybkość wiązania ciepło; Wczesna wytrzymałość ewentualny skurcz; Wpływ na utrzymanie wody (zwiększenie wodożądności lub utrudnienie utrzymania wody); Powierzchnia właściwa Max 350 m 2 /kg 24

25 Rodzaj nawierzchni Klasa betonu Rodzaj cementu Klasa cementu Wymagania Typowa betonowa Nawierzchnia z betonu szybkotwardniejącego do napraw i szybkiego oddawania do ruchu Nawierzchnie betonowe w warunkach agresji siarczanowej C25/30 C45/50 CEM I CEM II/A-S CEM II/B-S CEM II/A-V CEM II/B-V CEM III/A CEM I CEM I HSR CEM III/B CEM IV/B 32,5N; 32,5R; 42,5N; 42,5R; Wodożądność 28%; Wytrzymałość po 2 dniach 29MPa; 32,5N; 32,5R; 42,5N; 42,5R; 42,5N; 42,5R; 52,5N; 52,5R; 32,5N; 32,5R; 42,5N; 42,5R; 32,5N; 32,5R; 42,5N; 42,5R; 25 Powierzchnia właściwa 3500cm 2 /g; Początek wiązania 120 min Wodożądność 28%; Wytrzymałość po 2 dniach 29 MPa; Powierzchnia właściwa 3500cm 2 /g; Początek wiązania 120 min

26 KRUSZYWO GRANIT; BAZALT; CZYSTE WAPIENIE; DOLOMITY; SKAŁY METAMORFICZNE (GNEJSY, ŁUPKI KRYSTALICZNE); MIEJSCOWE? 26

27 KRUSZYWO Kruszywa łamane; Kruszywa żwirowe płukane Maksymalny wymiar ziarna 31,5 mm Reaktywność alkaliczna 27 0

28 KRUSZYWO Właściwości kruszyw łamanych C 40 i C 50 C 30 i C 37 Ścieralność w bębnie Los Angeles, max [%] Nasiąkliwość, max [%] dla kruszyw ze skał magmowych i przeobrażonych Frakcja 4 8 mm 1,5 2,0 Frakcja > 8 mm 1,2 2,0 Nasiąkliwość, max [%] dla kruszyw ze skał osadowych 2,0 3,0 Mrozoodporność, max [%] dla kruszyw ze skał magmowych i przeobrażonych 2,0 4,0 Mrozoodporność, max [%] dla kruszyw ze skał osadowych 2,0 5,0 Zawartość związków siarki w przeliczeniu na SO 3, max[%] 0,1 1,0 Zawartość ziaren nieforemnych, max[%] Zawartość zanieczyszczeń obcych, max[%] 0,1 0,2 Zawartość zanieczyszczeń organicznych 28 Barwa nie ciemniejsza od wzorcowej

29 KRUSZYWO Warstwy górne Min 50% kruszywa łamanego (przy uziarnieniu do 8 mm) Min 35% kruszywa łamanego (przy uziarnieniu powyżej 8 mm) Zawartość ziaren do 0,25 mm łącznie z cementem do 450 kg/m 3 ; W przypadku mieszanki o uziarnieniu do 8 mm nawet do 500 kg/m 3 ; 29

30 KRUSZYWO Maksymalna średnica ziarna [mm] Zawartość ziaren mniejszych od 0,25 mm [kg]

31 KRUSZYWO Zalecane uziarnienie mieszanki kruszyw /8mm 0/8mm 0/16mm 0/16mm 0/31,5mm 0/31,5mm ,25 0, ,5 31

32 DOMIESZKI Napowietrzające Plastyfikujące Upłynniające Opóźniające 32

33 DOMIESZKI Napowietrzające do obu warstw nawierzchni (zawartość powietrza 5-6% przy kruszywie do 16 mm i 3,5-4% przy kruszywie do 32 mm); Upłynniające dla zwiększenia urabialności mieszanki betonowej; Opóźniające wiązanie. 33

34 DOMIESZKI Dodatki: Włókna stalowe 0,8 1,5% objętości mieszanki betonowej. 34

35 Technologia wytarzania i formowania Zaleca się zagęszczanie metodą odpowietrzania; Po zagęszczeniu powierzchni nadaje się odpowiednią teksturę w celu zwiększenia przyczepności; Bardzo ważna pielęgnacja (powłoki) przez okres co najmniej dni (początek 6 8 godzin od zaformowania); Czasami stosuje impregnację (np. emulsja oleju lnianego w benzynie lub żywicy epoksydowej 1:1) 35

36 36

37 37

38 38

39 39

40 Dziękuję za uwagę! 40