Beton Wałowany. Olsztyn, czerwiec 2017 r. dr hab. inż. Piotr Woyciechowski, prof.

Transkrypt

1 Beton Wałowany PW dr hab. inż. Piotr Woyciechowski, prof. Zakład Inżynierii Materiałów Budowlanych Politechniki Warszawskiej Mgr inż. Konrad Harat Olsztyn, czerwiec 2017 r.

2 Koncepcja betonu wałowanego (RCC Roller Compacted Concrete) Beton o składzie kruszywa i wilgotności dobranych tak, że przed rozpoczęciem wiązania wykazuje cechy zbliżone do gruntu w stanie wilgotnym i jest podatny na zagęszczenie metodą wałowania Wg OST: Beton wałowany (BW) (z angielskiego: RCC Roller Compacted Concrete) beton powstały z mieszanki betonowej o optymalnej wilgotności (zbliżonej do wilgotności naturalnej gruntu), wyznaczanej zmodyfikowaną metodą Proctora, układanej i zagęszczanej przy użyciu maszyn do robót ziemnych. Wbudowywanie betonu wałowanego może odbywać się za pomocą tradycyjnego sprzętu do wykonywania nawierzchni: rozkładanie za pomocą ciężkich rozściełaczy do asfaltu, a zagęszczanie walcami zagęszczającymi o masie co najmniej 8 t.

3 Charakterystyka betonu wałowanego Mała zawartość wody zarobowej, kg/m3 Wysoka zawartość w składzie mieszanki frakcji pylastych (<0,075 mm), 2 8% Wysoki punkt piaskowy Możliwość stosowania kruszyw nie płukanych Typowa zawartość cementu, kg/m3 Wskaźnik w/c w przedziale 0,30 0,45 Maksymalny wymiar ziaren 25 mm dla kruszywa łamanego i 19 mm dla kruszywa naturalnego Brak napowietrzenia wytrzymałość i trwałość betonu wałowanego zależą przede wszystkim od jego prawidłowego zagęszczenia

4 Wytyczne technologiczne Jak najkrótszy czas transportu m.b. Brak przerw w rozkładaniu Grubość rozkładanej warstwy od 10 do 20 cm Zagęszczanie za pomocą walców wibracyjnych o masie t Wykończenie powierzchni za pomocą walca statycznego Czas od wyprodukowania mieszanki do jej wbudowania i zagęszczenia nie powinien przekraczać 90 min

5 Beton wałowany technologia wykonywania nawierzchni

6 Wytyczne i metody projektowania na podstawie amerykańskich doświadczeń. Projektowanie składu RCC głównie za pomocą metod doświadczalnych Założenia do projektowania: Maksymalne zagęszczenie mieszanki betonowej przy minimalnej ilości wody = Wysoka wytrzymałość i trwałość betonu przy minimalnym zużyciu cementu Popularne metody projektowania składu RCC: Metoda zalecana przez US Army Corps of Engineers Metoda zalecana przez American Concrete Institute

7 Metoda projektowania zalecana przez US Army Corps of Engineers Metoda polega na ustaleniu przybliżonego składu mieszanki betonu wałowanego na podstawie tabeli i nomogramu. Typowa zawartość wody, piasku i zaprawy oraz współczynnik objętościowy zaczynu do zaprawy oraz ilość wolnej przestrzeni dla mieszanek betonu wałowanego o różnym maksymalnym uziarnieniu. Maksymalne uziarnienie Zawartość 19 mm 50 mm 75 mm Średnia Zakres Średnia Zakres Średnia Zakres Zawartość wody, kg/m3 a) zmod. Vebe < 30 s b) zmod. Vebe > 30 s Zawartość piasku, % zawartość w stosunku całości stosu okruchowego a) kruszywo łamane (grysy) b) kruszywo naturalne (żwiry) Zawartość zaprawy, % objętości mieszanki a) kruszywo łamane (grysy) b) kruszywo naturalne (żwiry) Zaczyn, stosunek objętościowy zaczynu do zaprawy 0,41 0,27-0,55 0,41 0,31-0,56 0,44 0,33-0,59 Zawartość wolnej przestrzeni, % 1,5 0,1-4,2 1,1 0,2-4,1 1,1 0,5-3,3

8 Metoda projektowania zalecana przez US Army Corps of Engineers

9 Metoda projektowania zalecana przez American Concrete Institute 1. Dobór składu kruszywa za pomocą krzywych granicznych 2. Przygotowanie suchej mieszanki kruszywa i cementu o różnych proporcjach; zalecane dozowanie cementu w granicach 10 do 17% suchej masy kruszywa. 3. Określenie wilgotności optymalnej (ilości wody) za pomocą zmodyfikowanej metody Proctora. 4. Wykonanie serii próbek betonu wałowanego z różną zawartością cementu. 5. Wyznaczenie zależności wytrzymałości na ściskanie betonu wałowanego od ilości cementu dla danego rodzaju i składu kruszywa.

10 Badania i doświadczenia własne Badania w skali laboratoryjnej 1. Wstępne składy betonu i wyniki badania wytrzymałości próbek wibrowanych pod obciążeniem

11 Gęstość objętościowa szkieletu Badania i doświadczenia własne Badania w skali przemysłowej 3. Określenie wilgotności optymalnej za pomocą zmodyfikowanej metody Proctora. składniki Zaprojektowany skład betonu wałowanego Y i masy betonowej ρ ds., kg/dm w( a( X Y m) x) Piasek niepłukany 0/2 Żwir płukany 2/8 Żwir płukany 8/16 Cement CEM II B-V 32,5R Woda 892 kg 582 kg 632 kg 280 kg 115 kg X i x Wilgotność w, % W/C 0,41

12 Badania i doświadczenia własne Budowa odcinka doświadczalnego Październik 2010

13 mrozoodporność Badania i doświadczenia własne Budowa odcinka doświadczalnego W celu określenia parametrów wykonanej nawierzchni z betonu wałowanego po 3 miesiącach wykonano odwierty do badań Właściwość Beton wałowany C25/30 gęstość (w stanie naturalnej wilg.) [kg/dm3] 2,41 nasiąkliwość [%] 4,3 średnia wytrzymałość na ściskanie [MPa] 31,9 Oznaczenie próbki Liczba cykli mrożenia (wg PN-EN ) Łączny ubytek masy [kg/m2] M1 0,00 0,07 0,09 0,11 0,13 M3 0,00 0,03 0,07 0,10 0,13 M5 0,00 0,10 0,25 0,45 0,59 M6 0,00 0,09 0,14 0,18 0,21 M7 0,00 0,06 0,10 0,10 0,11 M10 0,00 0,03 0,06 0,09 0,11 ŚREDNIA 0,12 0,17 0,21

14 BETON WAŁOWANY wymagania formalne OST-BW Serwis GDDKiA Wzorcowe Dokumenty Kontraktowe (WDK) Ogólne specyfikacje techniczne Rozdział III Prace konstrukcyjne Dział 06: Nawierzchnie betonowe Specyfikacja techniczna nawierzchnia z betonu wałowanego

15 OST-BW Zawartość OST-BW - obligatoryjne wytyczne dla projektantów, producentów i dostawców betonu oraz wykonawców dróg, w których podbudowa lub nawierzchnia (warstwa ścieralne) ma być wykonana z BW Zalecany zakres stosowania BW Zakres stosowania Rodzaj obiektu Nawierzchnia drogowa - warstwa ścieralna Place przemysłowe, składy kontenerowe, magazyny i inne nawierzchnie pod zadaszeniem (brak opadów i soli odladzających) Nawierzchnia drogowa - podbudowa Parkingi, zatoki autobusowe, drogi przemysłowe, nawierzchnie portowe, lotniskowe, wojskowe wewnątrzzakładowe, drogi techniczne (dojazdowe, objazdowe, serwisowe), Inne, np. ścieżki rowerowe, dukty leśne Główne ograniczenia/wymagania Kategoria ruchu KR1-KR2, beton klasy min. C25/30 Umiarkowanie eksploatowane, beton klasy min. C20/25 Kategorie KR1-KR7 zgodnie z WT5 Obciążenie odpowiadające kategorii ruchu KR3-KR4 beton klasy min. C30/37 Brak sprecyzowanych wymagań

16 OST-BW Wymagania odnośnie składników betonu Wymagania materiałowe Składnik Wymagania Zgodność z normą Cement Każdy rodzaj - klasy min. 32,5 PN-EN Naturalne, łamane i/lub z recyklingu; Kruszywo gwarantujące uzyskanie uzgodnionych PN-EN parametrów trwałościowych (?) Woda - PN-EN 1008 Domieszki Dozwolone PN-EN Dodatki Typu I lub II w celu uzupełninia frakcji < 0,25 mm Zalecane: popiół lotny, pył krzemionkowy, żużel mielony PN-EN 450 PN-EN PN-EN 15167

17 OST-BW Wymagania odnośnie składu betonu Skład betonu: USTALIĆ POPRZEZ BADANIA PRZYDATNOŚCI Charakterystyka składu wymaganie Zawartość cementu Wymagane min. 270 kg/m 3 Zawartość dodatku Zalecane ok. 90 kg/m 3 (dotyczy głównie popiołu lotnego) Zawartość składników < 0,25mm Zalecane nie mniej niż 400kg/m 3 Wymagane maks. ziarno 22,4 mm w warstwie ścieralnej i 31,5 mm w podbudowie; (?) Zaleca się co najmniej 50% kruszywa łamanego dla Uziarnienie kruszywa uziarnienia > 8mm, jeśli kategoria ruchu KR5-KR6 Wymagany udział piasku zależnie od jego uziarnienia, taki aby uzyskać dobre wykończenie nawierzchni Powinna być optymalna z uwagi na podatność do zagęszczenia walcem wyznaczona wg zmodyfikowanej metody Proctora (tzw wilgotność optymalna ) zwykle Zawartość wody 5-7% masy suchych składników Wymagane odchyłki mierzone przy wbudowaniu max. ± 1%

18 Wymagania odnośnie technologii robót cz 1 Zakres wymagań Przedmiot wymagań Wymagania Produkcja mieszanki Mieszanie Min. 60 sekund Warunki betonowania Temperatura powietrza Dopuszczalne od 5 do 25 0 C Dopuszczalna pod warunkami > 25 0 C Niedopuszczalna C Temperatura betonu mieszanki? Dopuszczalne od 5 do 30 0 C Niedopuszczalna < 5 0 C oraz > 30 0 C a co w przedziale od +5 do -3 0 C??? Transport Warunki i czas Ochrona przed wysychaniem i/lub opadami Nie dłużej niż 90 minut od dodania wody do zakończenia zagęszczania (ew. dłużej z użyciem opóźniacza) Jeśli temp. powietrza > C [ ] należy podjąć odpowiednie działania [ ], np.: - schłodzenie podłoża przez zwilżanie - chłodzenie wody zarobowej - spryskiwanie kruszywa grubego wodą - maty nawilżające na hałdzie kruszywa Jeśli prace betoniarskie MUSZĄ być prowadzone w temperaturze powietrza poniżej +5 0 C należy podjąć właściwe działania np.: Zawartość cementu CEM typu R podgrzewanie wody zarobowej i kruszywa osłony ocieplające dla ochrony przed mrozem

19 Wymagania odnośnie technologii robót cz 2 Wbudowywanie Przygotowanie podłoża Podłoże sprowadzone do nośności G1, nie powodujące odciągania wody z ułożonej mieszanki (ew. zwilżyć); podłoże niezamarznięte Odcinek próbny Grubość warstwy Szwy robocze wzdłużne Wałowanie Szczeliny w warstwie ścieralnej (pozorne, dylatacyjne, kontrakcyjne) Nacięcia karbowe w podbudowie Pielęgnacja W warunkach rzeczywistych, z użyciem docelowych narzędzi i obsługi, o wystarczająco dużej powierzchni (?), w pełnym zakresie robót tj. z pielęgnacją, nacięciami i szczelinami Zalecana min. 12 cm max. 20 cm (po zagęszczeniu) Pasy sąsiednie wałowane na zakład w odstępie nie dłuższym niż 60 min. Masa walca min. 8 ton 2 przejazdy statyczne i następnie z wibracją do uzyskania zakładanego stopnia zagęszczenia Nacinane pionowo bezpośrednio po wałowaniu Zalecany rozstaw szczelin poprzecznych 3 m; w przypadku szerokości drogi ponad 5 m konieczne szczeliny podłużne Bezpośrednio po zagęszczeniu tak aby uzyskać podział na płyty rozstaw jw. Zalecany środek błonkotwórczy hydrofobowy biały bezpośrednio po zakończeniu prac Inne sposoby pielęgnacji wymagają aprobaty Inżyniera

20 Wymagane cechy betonu i nawierzchni Wymagane cechy betonu i nawierzchni Cecha Wymaganie Stopień zagęszczenia Wg zmodyfikowanej metody Proctora wg PN-EN : min. 96% Gęstość przy Brak wymagania liczbowego; badanie PN-EN wilgotności optymalnej Wytrzymałość na Wg wymagań z pkt. 3 OST; badanie wg PN-EN ściskanie i war. zgodności wg PN-EN 206 Wytrzymałość na Badanie wg PN-EN rozciąganie przy Wymaganie min. 2,5MPa dla kategorii ruchu KR1-KR2 rozłupywaniu oraz 3,5MPa dla wyższych kategorii Mrozoodporność powierzchniowa w soli Odchyłki Badanie wg EN (projekt) wymagana kategoria mrozoodporności nie niższa niż FT1 wg PN-EN ; betony do dróg klas D i L, dróg leśnych oraz placów składowych - zwolnione z badania Poziom wysokości +/-2cm Nierówności do 1 cm na 4 m Grubość: -0,5cm warstwa ścieralna; -10% podbudowa

21 Kontrola Badania kontrolne Etap Projektowanie betonu i produkcja Przy wbudowaniu na placu budowy Forma kontroli cecha i częstotliwość Uziarnienie częstotliwość wg PN-EN 206 Wilgotność piasku przy każdej dostawie mieszanki (?) i min 2 razy dziennie Wizualna kontrola kruszywa przy każdej dostawie Temp. powietrza min. raz dziennie Temp. świeżego betonu raz dziennie i zawsze przy pobieraniu próbek Wytrzymałość na ściskanie 1 próbka na 100m 3 i 1 próbka na dzień produkcji Wytrzymałość na rozciąganie 1 próbka na 1000m 3 i min 3 próbki na dzienną działkę roboczą Jakość mieszanki wizulanie Zawartość wody (Wilgotność) co 3000m 2 powierzchni i min. 2 razy dziennie Stopień zagęszczenia i wilgotność co 500 m i min co 6000m 2 Wytrzymałość na ściskanie min. 1 raz dziennie Profil i równość Powykonawcze Stopień zagęszczenia i wilgotność min co każde 6000m 2 Wytrzymałość na ściskanie na odwiercie co 3000m 2 i min. 1 raz dziennie Grubość ułożenia min. 1 raz dziennie Profil i równość nie rzadziej niż co 50 m

22 Wykonanie Wykonanie nawierzchni w technologii BW/RCC obejmuje: 1. przygotowanie podłoża, 2. transport mieszanki z WBT, 3. układanie, 4. zagęszczanie, 5. wykonanie dylatacji, 6. pielęgnację wykonanej nawierzchni. źródło:

23 Przygotowanie podłoża Przygotowanie podłoża obejmuje: niwelację terenu, doprowadzenie do nośności = G1, rozłożenie podbudowy, zagęszczenie, Niedopuszczalne!!!: 1.Odciąganie wody z RCC przez podłoże, 2.Zamarznięte podłoże.

24 Układanie i zagęszczanie

25 Pielęgnacja Dylatacje Pielęgnacja nawierzchni z betonu RCC niezwłocznie po ułożeniu i zagęszczeniu warstwy, polegająca na: pokryciu warstwy i bocznych powierzchni warstwy preparatem hydrofobowym białym, lub pielęgnacja wilgotnościowa wodna Dylatacje (nacięcia i szczeliny) wykonuje się w celu uniknięcia niekontrolowanych spękań zgodnie z poniższymi wytycznymi: wg OST GDDKiA dla warstwy ścieralnej: - 35% do 40% grubości warstwy, - Odstęp między szczelinami < 3 m, - Warstwy ścieralne o szerokości > 6 m co najmniej 1 szczelina podłużna. Szczeliny winne być wycięte i zalane wg wytycznych USA dla warstwy ścieralnej: - co 6 m dla gr. Nawierzchni poniżej 20 cm, x gr. Nawierzchni powyżej 20 cm, - Warstwy ścieralne o szerokości > 5 m co najmniej 1 szczelina podłużna.

26 Dziękuję za uwagę