Transkrypt

1 Drogi z betonu cementowego... in. Andrzej Jasienski FEBELCEM Belgia Drogi z betonu cementowego przyk³ady obecnych zastosowañ na terenie Belgii CEMENT CONCRETE ROADS BELGIAN EXPERIENCES Streszczenie Na terenie Belgii od bardzo dawna beton uwa any by³ za materia³ odpowiedni do budowy dróg. Drogi wykonane z betonu ciesz¹ siê popularnoœci¹ ze wzglêdu na d³ugi okres eksploatacyjny przy niewielkim nak³adzie prac konserwacyjno-naprawczych. W artykule omówiono zagadnienia technologii szybkiej renowacji dróg, a tak e stosowanie w pracach renowacyjnych warstw wykonanych z betonu o ci¹g³ym zbrojeniu - overlays (zewnêtrzych) i inlays (wewnêtrznych). W dalszej czêœci zaprezentowano nowe zastosowanie betonu w otoczeniu miejskim. Abstract The concrete plays an important role in road building in Belgium. Concrete pavements require inconsiderable maintenance to make and its life cycle is long. Issues of the fast - track concrete paving technique and repair works by means of continuous reinforced concrete layers - overlays (external) and inlays (internal) are discussed in the paper. The latter part of the paper presents concrete applications in urban area.

2 1. Informacje ogólne aspekty ekonomiczne Drogi z betonu cementowego... Drogi z betonu ciesz¹ siê popularnoœci¹ g³ównie ze wzglêdu na d³ugi okres eksploatacyjny przy niewielkim nak³adzie prac konserwacyjno-naprawczych, pod warunkiem, e zosta³y w odpowiedni sposób zaprojektowane i wykonane. B³êdy projektowe lub wykonawcze mog¹ prowadziæ do bardzo szybkiego pogorszenia stanu drogi, której naprawa wymaga wówczas sporych nak³adów pieniê nych. Istniej¹ wiêc dwa najwa niejsze aspekty jakoœciowe drogi betonowej: jakoœæ projektu oraz jakoœæ wykonania. W chwili kiedy wszyscy zwracamy zwiêkszon¹ uwagê na jakoœæ, te dwa aspekty nie mog¹ zostaæ pominiête. Na terenie Belgii od bardzo dawna beton uwa any by³ za materia³ odpowiedni do budowy dróg. Ponad 20% wszystkich dróg belgijskich posiada nawierzchniê betonow¹, w przypadku autostrad jest to 40%, a dróg wiejskich - nawet ponad 60%. Najstarsza belgijska droga betonowa ma ju ponad 75 lat i jest wci¹ eksploatowana - prowadzi z terenu Lotaryngii do Brukseli. Typowy przekrój tego rodzaju starych dróg betonowych pokazany zosta³ na rysunku 1. Widzimy, e ju wówczas in ynierowie znali zjawisko krawêdziowe i starali siê mu zapobiec - wiêksza gruboœæ p³yty betonowej mia³a zapewniæ odpornoœæ na zwiêkszone naprê enia wystêpuj¹ce na krawêdziach. Bardzo wiele dróg maj¹cych ponad 50 lat jest wci¹ wykorzystywanych. Pomimo, e ich koncepcja jest ju przestarza³a - p³yty o d³ugoœci od 10 do 15 metrów ze szczelinami dylatacyjnymi niedyblowanymi- mog¹ do dzisiaj byæ z powodzeniem wykorzystywane. W chwili obecnej nadal stosowana jest technologia wykonywania dróg z p³yt betonowych. P³yty s¹ jednak krótsze - ich d³ugoœæ nie przekracza 5 m przy gruboœci wynosz¹cej 20 cm, a pomiêdzy p³ytami znajduj¹ siê szczeliny skurczowe, dyblowane w przypadku dróg o du ym natê eniu ruchu. Rys. 1. Typowe przekroje dróg (broszura z roku 1930)

3 Andrzej Jasieñski Pocz¹wszy od lat 70. ubieg³ego stulecia, do budowy autostrad i dróg o du ym natê- eniu ruchu, stosowany jest beton o ci¹g³ym zbrojeniu. Tak e w tym przypadku przekroje dróg uleg³y pewnym zmianom - gruboœæ nawierzchni wzros³a z 20 do 23 cm. Wszystkie autostrady wybudowane w latach 70. zachowuj¹ doskona³y stan, pomimo i w okresie, jaki up³yn¹³ od tego czasu odnotowano w Belgii znacz¹cy wzrost ruchu drogowego, zarówno je eli chodzi o liczbê pojazdów, jak i obci¹ enie. Na podstawie doœwiadczeñ nabytych podczas budowy belgijskiej sieci autostrad, miêdzy innymi dziêki lepszemu poznaniu niekorzystnego zjawiska "punch-out" (wypaczania), opracowano nastêpuj¹cy, typowy przekrój autostrad: Nawierzchnia z betonu zbrojonego o gruboœci 23 cm, zawieraj¹cego co najmniej 0,76% stali w stosunku do betonu. Nale y tutaj przypomnieæ, e iloœæ stali zosta³a okreœlona w celu zapewnienia równomiernego roz³o enia pêkniêæ powstaj¹cych z powodu skurczu betonu - œrednio od 1 do 3 metrów - oraz zapobie enia powiêkszaniu siê tych e pêkniêæ - ich rozmiary nie mog¹ przekraczaæ 0,3 mm. Szerokoœæ nawierzchni zwiêkszona jest o co najmniej 1 m od strony ruchu powolnego (prawy pas zatrzymania awaryjnego), w celu zrekompensowania efektu naprê eñ krawêdziowych; Poni ej p³yty betonowej znajduje siê warstwa bitumiczna o gruboœci 6 cm. Warstwa ta pozwala zapewniæ dobre przyleganie betonu do pod³o a, nieprzemakalnoœæ ca³ej struktury oraz odpowiednie zwymiarowanie drogi, dziêki przejêciu pewnej czêœci naprê eñ poprzecznych wystêpuj¹cych na styku dwóch warstw sztywnych - nawierzchni oraz pod³o a z chudego betonu. Warstwa ta ma wiêc olbrzymie znaczenie dla d³ugoletniej wytrzyma³oœci i jakoœci nawierzchni; Pod³o e z chudego betonu o gruboœci 20 cm. Jakoœæ tego pod³o a jest tak e bardzo wa na w celu zapewnienia odpowiedniej odpornoœci na dzia³anie mrozu i wody. Najni sza warstwa wykonana z materia³ów ziarnistych, o gruboœci wynosz¹cej co najmniej 20 do 30 cm, której zadaniem jest zapobieganie szkodliwemu dzia³aniu mrozu oraz uszkodzeniom wy szych warstw drogi. Waloñskie Ministerstwo Infrastruktury i Transportu zleci³o niedawno wykonania specjalnego opracowania ekonomicznego, maj¹cego za cel porównanie dwóch odcinków autostrad - z betonu o ci¹g³ym zbrojeniu oraz z asfaltu - pod k¹tem d³ugoletniej eksploatacji i jakoœci obu tych odcinków przy takim samym natê eniu ruchu. Celem opracowania jest okreœlenie niezbêdnych do wykonania w d³u szym okresie prac konserwacyjnych i naprawczych oraz ich kosztów. Przyjête za³o enia s¹ nastêpuj¹ce: analizowany okres: 50 lat, koszty budowy: wg cen z okresu , wskaÿnik indeksacji (nie uwzglêdniaj¹cy inflacji): 2,6 % i 3,5 %. Badanie przeprowadzone zosta³o na odcinku drogi E 42, na którym natê enie ruchu wynosi oko³o 3500 samochodów ciê arowych dziennie w ka dym kierunku. Konstrukcja odcinków drogowych jest nastêpuj¹ca: odcinek betonowy: pocz¹wszy od korony drogi, 30 cm pod³o a (pospó³ka), 20 cm chudego betonu (pospó³ka stabilizowana cementem), 6 cm warstwy bitumicznej, 20 cm betonu o ci¹g³ym zbrojeniu, odcinek asfaltowy: pocz¹wszy od korony drogi, 35 lub 30 cm pod³o a, 20 cm pospó³ki stabilizowanej cementem, 21 lub 26 cm warstw asfaltowych.

4 Drogi z betonu cementowego... Prace konserwacyjno-naprawcze (przewidywane) zosta³y okreœlone na podstawie dotychczas stosowanych praktyk i s¹ nastêpuj¹ce: na odcinku asfaltowym: konserwacja po³¹czeñ powierzchniowych i wzd³u nych co 4 lata, miejscowa naprawa wybojów, 1/km/rok, naprawa pêkniêæ, powierzchnia 100 m 2 /km/rok, naprawa kolein na pasie ruchu powolnego co 7 lat, przebudowa ca³kowita na gruboœci 10 cm, cienka warstwa na pasie ruchu szybkiego, ca³kowita wymiana nawierzchni, w tym warstwy asfaltowej po up³ywie 28 lat na odcinku betonowym, naprawa pêkniêæ i wykruszeñ po up³ywie 13 lat, a póÿniej co 7 lat, 1300 m/km, naprawa uszkodzeñ miejscowych, wymiana nawierzchni, 1/km corocznie, konserwacja styku warstwy betonu o ci¹g³ym zbrojeniu z warstw¹ asfaltow¹ co 7 lat, ca³kowita wymiana nawierzchni z betonu o ci¹g³ym zbrojeniu co 30 lat. W przypadku nawierzchni z betonu o ci¹g³ym zbrojeniu z warstw¹ asfaltow¹ oraz pod³o em z chudego betonu, koszty inwestycyjne s¹ wysokie, ale póÿniejsza konserwacja jest tañsza. W przypadku konstrukcji asfaltowej, koszty prac konserwacyjnych i naprawczych s¹ wy sze, ze wzglêdu na koniecznoœæ przystosowania nawierzchni do wzrastaj¹cego natê enia ruchu oraz powstawania kolein ze wzglêdu na du ¹ liczbê samochodów ciê- arowych. Rozwa aj¹c 50-letni okres eksploatacyjny oraz zamieszczone powy ej za³o enia, koszty ogólne s¹ zdecydowanie ni sze w przypadku drogi z betonu o ci¹g³ym zbrojeniu (-36%) (patrz rys. 2). Bior¹c pod uwagê, e istniej¹ca sieæ drogowa na terenie Belgii jest szczególnie gêsta, okres budowy nowych dróg - poza kilkoma krótkimi odcinkami - praktycznie siê ju Rys. 2. Koszty ca³ego okresu eksploatacyjnego

5 Andrzej Jasieñski skoñczy³, a najwa niejszym zadaniem jest obecnie utrzymanie i renowacja dróg istniej¹cych. W tej sytuacji wa nego znaczenia nabiera kwestia zastosowania wykonanych z betonu cementowego warstw overlays (zewnêtrznych) i inlays (wewnêtrznych), a tak e technologii szybkiej renowacji dróg. Zagadnienia te zosta³y omówione poni ej. W dalszej czêœci tego opracowania umówione zostan¹ nowe zastosowania betonu w otoczeniu miejskim, które rozwijaj¹ siê w chwili obecnej bardzo szybko i dotycz¹: zastosowania barwnych betonów wymywanych (z eksponowanym kruszywem), zastosowania betonów drukowanych *. 2. Warstwy overlays i inlays z betonu cementowego Zastosowanie warstw overlays i inlays stanowi dwie ró ne technologie renowacji dróg. Na terenie Belgii s¹ one stosowane g³ównie na odcinkach o bardzo du ym natê eniu ciê kiego ruchu, na których szybko wystêpuj¹ koleiny i deformacje. Technologie te mog¹ jednak s³u yæ tak e do wzmacniania nawierzchni dróg o znaczeniu drugorzêdnym. Pokrycie powierzchniowe (overlay) polega na wzmocnieniu nawierzchni - niezale - nie od jej rodzaju - now¹ warstw¹ betonu. Stara nawierzchnia staje siê w ten sposób jedn¹ z warstw pod³o a. Zastosowanie warstwy wewnêtrznej (inlay) polega na usuniêciu ca³oœci lub czêœci nawierzchni istniej¹cej i zast¹pieniu jej nawierzchni¹ betonow¹. W przypadku obu technologii stosowany jest betonu o ci¹g³ym zbrojeniu lub p³yty betonowe. Obliczenia konstrukcyjne wykazuj¹, e zastosowanie technologii overlays i inlays pozwala uzyskaæ wiêksz¹ trwa³oœæ nawierzchni, ni w przypadku, gdyby zosta³a ona ca³kowicie usuniêta i odbudowana w technologii asfaltowej. Pozwalaj¹ te uzyskaæ zdecydowane wzmocnienie odpornoœci nawierzchni, a ich stosowanie jest teraz coraz mniej kosztowne i czasoch³onne. Bior¹c pod uwagê obecn¹ sytuacjê, czyli brak œrodków finansowych na utrzymanie dróg przy równoczesnym starzeniu siê istniej¹cej infrastruktury drogowej oraz ci¹g³ym narastaniu ruchu, konieczne jest zastosowanie rozwi¹zañ d³ugoterminowych i stosunkowo ma³o kosztownych. Realizuj¹c prace renowacyjne, konieczne jest tak e wziêcie pod uwagê natê enie ruchu oraz trudnoœci, jakie spowodowane s¹ prowadzeniem robót. W ka dym przypadku nale y staraæ siê ograniczyæ do minimum niedogodnoœci dla u ytkowników dróg oraz okolicznych mieszkañców. Na przestrzeni ostatnich dziesiêciu lat natê enie ruchu na autostradach i najwa niejszych drogach krajowych znacznie wzros³o. Na niektórych odcinkach o prawie 70%. Samochody ciê arowe stanowi¹ czêsto ponad 20% ruchu. Maksymalny, dozwolony przepisami nacisk na oœ wynosi w Belgii 13 ton, co stanowi powa ne obci¹ enie dla nawierzchni drogowych. Jest ono dodatkowo zwiêkszone z powodu konstrukcji obecnych samochodów ciê arowych: trzy osie tylne stanowi¹ dla nawierzchni du o wiêksze obci¹ enie ni stosowane wczeœniej osie pojedyncze. Czêsto mamy tak e doczynienia z nieprzestrzeganiem przepisów dotycz¹cych maksymalnego nacisku na oœ, tak wiêc obci¹ enie nawierzchni drogowej jest w rzeczywistoœci jeszcze powa niejsze. * Technologia wykonania faktury nawierzchni dróg betonowych (przyp. red.).

6 Drogi z betonu cementowego... Wszystkie powy sze elementy musz¹ byæ brane pod uwagê podczas podejmowania decyzji dotycz¹cej sposobu renowacji drogi oraz zastosowania nowej nawierzchni. Technologia overlays Zastosowanie pierwszych betonowych warstw powierzchniowych mia³o miejsce w Belgii w roku Dziêki osi¹gniêciu doskona³ych rezultatów, pocz¹wszy od lat 70. ubieg³ego stulecia, technologia ta by³a stosowana coraz czêœciej. W chwili obecnej jest ich w Belgii oko³o 3,5 mln m 2, z czego oko³o 80% to warstwy z betonu o ci¹g³ym zbrojeniu. Warstwy nak³adane s¹ na stare nawierzchnie z betonu cementowego lub bitumicznego, zarówno w przypadku autostrad i du ych dróg krajowych, jak i dróg drugorzêdnych oraz lokalnych. Celem tego jest wzmocnienie nawierzchni poprzez warstwê wykonan¹ z betonu cementowego, bez jakiejkolwiek modyfikacji istniej¹cych warstw. Technologia ta mo e byæ zastosowana praktycznie wszêdzie, je eli tylko poziom znajduj¹cych siê przy drodze budowli nie ogranicza mo liwoœci podniesienia poziomu drogi. Tablica 1

7 Andrzej Jasieñski W zale noœci od rodzaju nawierzchni, która ma zostaæ przykryta, natê enia ruchu i innych uwarunkowañ miejscowych stosowana jest warstwa nieci¹g³a wykonana z p³yt betonowych dyblowanych lub niedyblowanych albo z betonu o ci¹g³ym zbrojeniu, o odpowiedniej gruboœci (patrz tablica 1). W przypadku cienkich warstw, których gruboœæ nie przekracza 16 cm, czasami wykorzystywana bywa tak e warstwa z betonu zbrojonego w³óknami stalowymi. Znajduje ona tak e czêsto zastosowanie na terenie zak³adów przemys³owych. Na terenie Belgii wykonanych zosta³o bardzo wiele warstw overlays. Poœród nich mo emy wymieniæ takie odcinki, jak droga N2 Leuven-Diest, N4 na po³udnie od Namur (patrz fot. 1 - obecny widok drogi N4, pokrytej warstw¹ overlay w roku 1980), droga N10 w Scherpenheuvel, N5 Philippeville-Couvin, N7 Bruksela-Tournai, N21, N61, N71. Fot. 1 Technologia inlays Technologia inlays polega na zastosowaniu p³yt betonowych umieszczanych pomiêdzy istniej¹cymi warstwami nawierzchni. Mo e byæ stosowana w przypadku, kiedy niemo - liwe jest podniesienie poziomu drogi ze wzglêdu na znajduj¹ce siê w pobli u budynki lub kiedy renowacji poddawana jest tylko czêœæ drogi albo te wysokoœæ wiaduktów i innych budowli nie pozwala na podniesienie poziomu nawierzchni. Technika ta mo e byæ z powodzeniem stosowana podczas renowacji pasów ruchu powolnego autostrad lub dróg krajowych, nara onych na szczególne obci¹ enia w zwi¹zku z ruchem samochodów ciê arowych i podlegaj¹cych z tego powodu wiêkszym uszkodzeniom ni pozosta³e pasy drogowe, po których poruszaj¹ siê pojazdy l ejsze. Pierwsze zastosowania technologii inlays na terenie Belgii mia³y miejsce w roku 1984 na drodze N7 w Gaurain oraz w roku 1987 na tej samej drodze N7 oraz na N501 w miejscowoœci Vaulx, w prowincji Tournaisis. By³y to prace eksperymentalne, podczas których wykonano cienkie warstwy z betonu zbrojonego w³óknami stalowymi oraz cienkiego betonu o ci¹g³ym zbrojeniu.

8 Drogi z betonu cementowego... Po ponad 10 latach intensywnej eksploatacji jakoœæ wykonanych nawierzchni jest bardzo zadowalaj¹ca. Jednym z powodów takiego stanu rzeczy jest dobra przyczepnoœæ betonu do warstwy wykonanej z materia³ów bitumicznych. W póÿniejszym okresie piêæ du ych projektów zosta³o zrealizowanych na autostradach. Trzy z nich dotyczy³y autostrady A7 na wspólnym odcinku Autostrad Waloñskich (E42) oraz autostrady Bruksela-Pary (E19), gdzie warstwy inlays zosta³y wykonane z dyblowanych p³yt betonowych (patrz fot. 2), natomiast dwa odcinki autostrady Liege- Aachen (E 40), na wysokoœci miejscowoœci Battice, gdzie warstwê inlays wykonano z betonu o ci¹g³ym zbrojeniu o szerokoœci 4,50 m i gruboœci 23 cm (patrz fot. 3). Fot. 2 Fot. 3

9 Andrzej Jasieñski Przyk³ady zastosowania warstw overlays i inlays na terenie Belgii wykazuj¹, e technologie te mog¹ z powodzeniem byæ stosowane nawet na drogach o bardzo du ych obci¹ eniach i du ym natê eniu ruchu, bez koniecznoœci wy³¹czania ich z eksploatacji na d³u szy okres. Dla przyk³adu, w przypadku pierwszej warstwy inlays wykonywanej na drodze w pobli u miejscowoœci Mons, prace wykonane zosta³y podczas 15 dni kalendarzowych, w lipcu Na etapie koncepcyjnym istnieje wiele mo liwoœci: mo liwe jest zastosowanie p³yt betonowych dyblowanych lub niedyblowanych, betonu o ci¹g³ym zbrojeniu, nawierzchni z betonu o niskim poziomie ha³asu spowodowanego poruszaniem siê pojazdów lub nawierzchni z³o onych. Bior¹c pod uwagê aktualne uwarunkowania ekonomiczne, renowacja dróg za pomoc¹ nawierzchni betonowych posiada bardzo wiele zalet. Pozwala uzyskaæ znacz¹ce wzmocnienie konstrukcji drogi, a w przypadku technologii inlays mo e byæ wykonana na jednym tylko pasie ruchu. Jednak w przypadku zastosowania technologii inlays baczn¹ uwagê zwróciæ nale y na jakoœæ i noœnoœæ istniej¹cych warstw oraz zapobie enie erozji warstwy pod³o a, której gruboœæ zosta³a zmniejszona. Ponadto w przypadku technologii inlays konieczne jest bardzo dok³adne i staranne wykonanie odwodnienia (patrz fot. 4). Fot. 4 Zachowuj¹c dobr¹ organizacje prac, okres wy³¹czenia drogi z eksploatacji mo e zostaæ ograniczony do minimum, miêdzy innymi dziêki wykorzystaniu betonu wysokowartoœciowego o krótkim czasie wi¹zania, nazywanego "fast-track". Zostanie on opisany w dalszej czêœci tego opracowania. Stosowane obecnie technologie wykonawcze pozwalaj¹ ponadto zwiêkszyæ bezpieczeñstwo u ytkowników drogi, jak równie zmniejszyæ ha³as zwi¹zany z poruszaniem siê pojazdów.

10 Drogi z betonu cementowego Szybkie prace naprawcze Dziêki zastosowaniu nowej technologii betonu o krótkim czasie wi¹zania, znanej pod miêdzynarodow¹ nazw¹ "fast-track concrete paving", mo liwe jest wykonywanie prac naprawczych w bardzo krótkim czasie. Odcinki dróg naprawiane technik¹ "fast-track" mog¹ byæ przywracane do normalnej eksploatacji 3 dni po u³o eniu betonu, zamiast 7 do 14 dni w przypadku prac wykonywanych metodami tradycyjnymi. Technologia ta mo e byæ wykorzystywana zarówno do drobnych prac na krótkich odcinkach, jak i do renowacji d³u szych odcinków drogowych. Nawierzchnie betonowe wielu dróg o znaczeniu regionalnym lub drugorzêdnym s¹ czêsto eksploatowane ju od 20, a nawet 40 lat. Niektóre z nich nie zapewniaj¹ ju pe³nego bezpieczeñstwa, komfort jazdy jest zbyt niski, a niedogodnoœci spowodowane du ym ha³asem s¹ uci¹ liwe. Podbudowy z betonu wa³owanego Podczas realizacji prac renowacyjnych beton jest najczêœciej dowo ony za pomoc¹ betoniarek i uk³adany jest jako podbudowa modernizowanej drogi. Bior¹c pod uwagê, e bardzo szybko zostanie on poddany dzia³aniu znacznych obci¹ eñ, interesuj¹c¹ mo liwoœci¹ jest zastosowanie zagêszczonego betonu o konsystencji wilgotnej, którego wytrzyma³oœæ na œciskanie wynosi po up³ywie 90 dni co najmniej 20 N/mm 2. W okresie 7 dni wytrzyma³oœæ betonu wynosi zwykle ponad 10 N/mm 2. Zagêszczony beton charakteryzuje siê odpowiednim sk³adem granulometrycznym, ograniczonym rozmiarem ziaren (0-20 mm) oraz dosyæ spor¹ zawartoœci¹ cementu (min. 200 kg/m 3 ). Zdecydowan¹ zalet¹ jest mo liwoœæ oddania drogi do eksploatacji praktycznie natychmiast po zakoñczeniu prac. Podobnie jak w przypadku betonu chudego, beton wa³owany charakteryzuje siê nisk¹ zawartoœci¹ wody i jest silnie zagêszczony. W celu unikniêcia nieregularnych pêkniêæ nale y odpowiednio naci¹æ spoiny, rozmieszczone w odleg³oœci nie wiêkszej ni 5 m. Podobnie jak w przypadku wszelkich innych fundamentów i podbudów betonowych, konieczna jest odpowiednia ochrona œwie ego betonu przed wysuszaniem. W tym celu mo e zostaæ na³o ona emulsja bitumiczna lub te powierzchnia musi byæ stale zwil- ana, na przyk³ad a do na³o enia warstwy nawierzchni. Sk³ad betonu s³u ¹cego do szybkich prac naprawczych Wykorzystanie betonów specjalnych umo liwi³o, zarówno w Belgii, jak i w innych krajach, uzyskanie odpowiedniej wytrzyma³oœci ju po up³ywie jednego dnia od wykonania nawierzchni, aby mo na by³o otworzyæ j¹ dla ruchu. Technika ta okazuje siê jednak kosztowna, a poza tym wykorzystywane do tego celu specjalne materia³y s¹ czêsto niedostêpne w betonowniach. Opracowano wiêc sk³ad betonu, który umo liwia przywrócenie drogi do eksploatacji w terminie 3 dni od wykonania betonu, nawet w przypadku, kiedy œrednia temperatura otoczenia jest stosunkowo niska (+10 C). U³o enie betonu w pi¹tek umo liwia wiêc przywrócenie ruchu na drodze ju w poniedzia³ek rano. W przypadku szybkich prac naprawczych czêsto wykorzystywane s¹ cementy CEM I 52,5 NA lub CEM I 42,5 NA. Te dwa rodzaje cementów czêsto nie s¹ bezpoœrednio dostêpne w betonowniach ze wzglêdu na ich dosyæ ograniczone zastosowania. Prowadzono prace maj¹ce na celu opracowanie sk³adu betonu wykonanego z ³atwo dostêp-

11 Andrzej Jasieñski nych cementów zwyk³ych, które umo liwi³by uzyskanie wytrzyma³oœci wynosz¹cej co najmniej 40 N/mm 2, (mierzonej na próbkach) po up³ywie 3 dni. Cement CEM III/A 42,5 NA (cement hutniczy) mo e zostaæ wykorzystany w iloœci 450 kg na m 3. W przypadku niskiej temperatury (<+15 C) podczas uk³adania betonu, oko³o 20% cementu hutniczego mo e zostaæ zast¹pione cementem portlandzkim CEM I 42,5 R. Ograniczenie iloœci cementu portlandzkiego jest konieczne ze wzglêdu na utrzymanie niskiej zawartoœci alkaliów w granicach normowych. Zalecane jest ci¹g³e uziarnienie z 3 frakcjami rozdrobnionego porfiru: 2-7, 7-20 i mm. Dodanie du ej iloœci plastyfikatora (zawieraj¹cego g³ównie melaninê) umo liwia utrzymanie wskaÿnika w/c poni ej 0,40. Tak niska wartoœæ wskaÿnika w/c ma nie tylko pozytywny wp³yw na rozwój wytrzyma³oœci, ale tak e na odpornoœæ na pêkanie betonu zawieraj¹cego stosunkowo du o cementu. Plastyfikator (w iloœci co najmniej 4% zawartoœci cementu) dodawany jest czêœciowo w betonowni, a czêœciowo na placu robót do betoniarek. Ogólnie uwa a siê, e ruch na drodze mo e zostaæ przywrócony, kiedy wytrzyma- ³oœæ na œciskanie mierzona na próbkach wynosi co najmniej 35 do 40 N/mm 2. Dok³adna wartoœæ zale y od natê enia ruchu. Odpowiadaj¹ce wartoœci w przypadku kostek o boku 20 cm to 30 do 35 N/mm 2. Poza pomiarem wytrzyma³oœci na œciskanie mierzonych na kostkach, z u³o onego betonu pobierane s¹ próbki. Wytrzyma³oœæ na œciskanie po 3 dniach zazwyczaj przekracza 45 N/mm 2, co oznacza, e norma mówi¹ca o 40 N/mm 2 jest spe³niona z nawi¹zk¹. W wielu przypadkach wartoœæ ta by³a osi¹gniêta ju po up³ywie 2 dni. Po up³ywie 90 dni beton posiada œredni¹ wytrzyma³oœæ przekraczaj¹c¹ 70 N/mm 2. W przypadku betonu o przyspieszonym wi¹zaniu nie u ywa siê zwykle domieszek napowietrzaj¹cych, gdy powoduj¹ one zmniejszenie wytrzyma³oœci. Wykonywanie szybkich prac renowacyjnych W przypadku renowacji d³u szych odcinków drogowych, zalecane jest wykorzystanie rozœcielacza z deskowaniem przesuwnym (patrz fot. 5 - Wykonywanie prac). W przypadku robót o mniejszym znaczeniu zwykle stosuje siê deskowanie sta³e. Na wiêkszoœci starych dróg betonowych nadawanie faktury nawierzchni odbywa siê w poprzek drogi. Metoda ta jest wystarczaj¹ca tak e w przypadku prac renowacyjnych. Niezwykle istotne znaczenie ma pielêgnowanie betonu chroni¹ce przed wysuszaniem. Najczêœciej u ywane s¹ w tym celu klasyczne produkty pielêgnuj¹ce (min. 200 g/m 2, najlepiej 250 g/m 2 ). Po³o enie p³yt izolacyjnych ma pozytywny wp³yw na rozwój wytrzyma³oœci m³odego betonu. Metoda ta jest szczególnie u yteczna w przypadku niewielkich prac miejscowych, jak na przyk³ad usuwanie pojedynczych uszkodzeñ w betonie o ci¹g³ym zbrojeniu. W przypadku stosowania betonu o krótkim czasie wi¹zania, spoiny skurczowe powinny byæ nacinane szybciej ni w przypadku betonów o normalnym czasie wi¹zania, a dok³adniej od 5 do 12 godzin po u³o eniu mieszanki betonowej. Mo liwe jest wiêc - przy wykorzystaniu zwyk³ych, ogólnie dostêpnych, materia³ów oraz prostego, ale odpowiednio dobranego sk³adu - uzyskanie betonu drogowego o szybkim wi¹zaniu, przy którym ruch na drodze mo e zostaæ przywrócony ju po up³ywie 2 do 3 dni od u³o enia (patrz fot. 6 - Widok po zakoñczeniu prac). Technologia "fast-track" umo liwia wykonywanie betonowych warstw overlays lub inlays o du ej trwa³oœci i wysokiej jakoœci na drogach o du ym natê eniu ruchu, tak e w aglomeracjach miejskich. Pe³ne prace renowacyjne mog¹ byæ wykonywane szybciej, co pozwala skróciæ okres wy³¹czenia odcinka drogowego z ruchu.

12 Drogi z betonu cementowego... Fot. 5 Fot. 6

13 Andrzej Jasieñski Prace wykonywane s¹ najczêœciej wed³ug nastêpuj¹cego harmonogramu: œroda: usuwanie starej nawierzchni, czwartek: wykonanie podbudowy (beton zagêszczony), pi¹tek: wykonanie nawierzchni betonowej, sobota: wyciêcie szczelin skurczowych i ich wype³nienie, poniedzia³ek rano, od godz. 7.00: przywrócenie ruchu na drodze. 4. Beton p³ukany barwiony (beton z eksponowanym kruszywem) Ulica na obszarze miejskim jest miejscem wykorzystywanym przez ró nych u ytkowników. Przy jej wykonywaniu nale y wiêc braæ pod uwagê wszystkie czynniki, które warunkuj¹ jakoœæ ycia mieszkañców oraz integracjê z otoczeniem. Obecnie coraz wiêksz¹ uwagê przywi¹zuje siê do koncepcji jakoœci ycia w mieœcie, co ma du e znaczenie dla rozwoju praktyki projektowej oraz planowania renowacji dróg na obszarach miejskich. Nawierzchnia drogi stanowi w tym zakresie bardzo wa ny element. Spoœród wszystkich dostêpnych technik, z których najczêœciej wykorzystywane s¹ kostki betonowe, szczególnie interesuj¹ca zdaje siê mo liwoœæ wykorzystania betonu p³ukanego barwionego, nazywanego tak e betonem z eksponowanym kruszywem. Technologia ta by³a w ostatnich latach coraz szerzej stosowana we Francji, gdzie corocznie wykonuje siê w ten sposób oko³o dwa miliony metrów kwadratowych nawierzchni dróg (fot. 7). Fot. 7

14 Drogi z betonu cementowego... Beton wymywany barwiony charakteryzuje siê specyficzn¹ obróbk¹ powierzchni. Po u³o eniu betonu na nawierzchni rozpylana jest substancja opóÿniaj¹ca wi¹zanie cementu. Nastêpnie powierzchnia jest p³ukana w celu czêœciowego ods³oniêcia ziaren kruszyw. Do mieszanki betonowej mo e zostaæ dodany barwnik, uwydatniaj¹cy naturalne kolory kruszyw. Sk³ad betonu W przypadku betonu p³ukanego, jego sk³ad stanowi najistotniejszy czynnik warunkuj¹cy wygl¹d powierzchni. Powinien on oczywiœcie byæ dostosowany do rodzaju wykorzystania nawierzchni i natê enia ruchu. Zawsze jednak nale y przestrzegaæ nastêpuj¹cych zasad: W przypadku kruszyw, specjalna technika obróbki powierzchni betonowej ma na celu ich uwydatnienie - dlatego te powinny one zostaæ odpowiednio dobrane, aby uzyskaæ po ¹dany wygl¹d nawierzchni drogi. Do wykonania betonu p³ukanego mo na wykorzystaæ bardzo ró ne rodzaje kruszyw, pod warunkiem, e spe³niaj¹ one okreœlone kryteria techniczne, dotycz¹ce: uziarnienia, kszta³tu, czystoœci i odpornoœci na dzia³anie mrozu. Zale nie od przewidywanego zastosowania, nale y dokonaæ wyboru pomiêdzy kruszywami ³amanymi, naturalnymi i mieszankami kruszyw. Tak e uziarnienie odgrywa wa n¹ rolê. Kruszywa drobne s¹ u ywane w przypadku nawierzchni przeznaczonych na obszary ruchu pieszego lub dróg o niskim natê eniu ha³asu (uziarnienie 0-8 mm). Im wiêksze jest uziarnienie, tym wygl¹d powierzchni betonu bêdzie bardziej surowy. W przypadku ulic o niskim natê eniu ruchu na obszarach miejskich wykorzystuje siê najczêœciej uziarnienie 0-8 mm lub 0-16 mm. Je eli chodzi o ulice o du ym natê eniu ruchu, maksymalny uziarnienie kruszyw jest najczêœciej ograniczone do 32 mm. W celu uzyskania maksymalnego zagêszczenia kruszyw na powierzchni sk³ad mieszanki betonowej musi byæ œciœle kontrolowany pod wzglêdem zawartoœci drobnych frakcji piaskowych. Mo na stosowaæ kruszywa o uziarnieniu nieci¹g³ym, nale y jednak zwróciæ uwagê, e taka mieszanka betonowa mo e byæ trudniejsza do u³o enia. Zawartoœæ kruszyw musi byæ du a i wynosiæ od 1100 do 1350 kg/m 3. Kruszywa dobierane s¹ ze wzglêdu na ich kolor - to w³aœnie on nada ulicy jej charakter, odcieñ i wygl¹d koñcowy. Je eli chodzi o piaski, musz¹ byæ czyste i posiadaæ uziarnienie ci¹g³e, w celu zapewnienia odpowiedniej jednorodnoœci zaprawy na powierzchni. Musz¹ byæ to piaski naturalne. Piaski rzeczne, pochodz¹ce znad Renu, doskonale nadaj¹ siê do betonu p³ukanego. Baczn¹ uwagê nale y jednak zwróciæ na niezmienn¹ jakoœæ otrzymywanych dostaw oraz regularnoœæ odcieni. Tak e w tym przypadku istnieje wiele mo liwych kolorów. Barwa zaprawy mo e jednak tak e byæ zmodyfikowana poprzez odpowiedni dobór cementu i ewentualne zastosowanie barwnika. Iloœæ piasku powinna wynosiæ od 550 do 700 kg/m 3. Je eli chodzi o cement, mo na powiedzieæ, e beton p³ukany nie wymaga zastosowania specjalnego rodzaju cementu. Podobnie jak w przypadku wszelkiego rodzaju nawierzchni, zaleca siê stosowanie cementu typu CEM I lub CEM III/A o klasie wytrzyma³oœci 42,5 i ograniczonej zawartoœci alkaliów. Minimalna iloœæ cementu, wskaÿnik wodno-cemetowy oraz - w przypadku dróg o du ym natê eniu ruchu - stosunek piasku do cementu s¹ okreœlone poprzez ogólne wymagania dotycz¹ce budownictwa drogowego. Nale y jednak zwróciæ uwagê, e im drobniejsze jest uziarnienie kruszyw- na przyk³ad 0-8 mm - tym wiêksza musi byæ iloœæ cementu. Kolor betonu p³ukanego zale- y przede wszystkim od kolorów kruszyw oraz ewentualnego zastosowania barwni-

15 Andrzej Jasieñski ka. Szare cementy nie wp³ywaj¹ wiêc znacz¹co na koñcow¹ barwê betonu. Nale y jednak zauwa yæ, e cementy hutnicze (CEM III) maj¹ odcieñ nieco jaœniejszy ni cement portlandzki (CEM I), w zwi¹zku z czym lepiej nadaj¹ siê do niektórych zastosowañ. W pewnych przypadkach stosuje siê tak e cement bia³y, który nadaje betonowi specjalny po³ysk oraz bardzo jasn¹ barwê typu kamienia francuskiego. W celu zapewnienia odpornoœci na dzia³anie mrozu oraz cyklów zamra ania i odmra- ania, w obecnoœci soli stosowanych do odmra ania, beton barwiony musi byæ napowietrzony. Zawartoœæ powietrza powinna wynosiæ od 3,5 do 6,5%. Dozowanie wody musi byæ bardzo dok³adne i powtarzalne w ka dej mieszance, gdy ma znaczenie dla uzyskania jednolitej barwy ca³ej powierzchni. Zaleca siê, aby przed rozpoczêciem prac wykonaæ w laboratorium próbkê o wymiarach ± 1 m 2, staraj¹c siê aby warunki wykonania by³y zbli one do warunków naturalnych panuj¹cych na miejscu budowy. Ma to na celu sprawdzenie jednorodnoœci mieszanki, barwy i stanu nawierzchni. Produkcja i uk³adanie Przy wykonywaniu nawierzchni mo na zastosowaæ deskowanie przesuwne lub sta³e, które mo e zostaæ wykonane: z kostek betonowych (fot. 8), u³o onych w jednej linii na betonowej p³ycie fundamentowej, której boczne œcianki s¹ pionowe; jako deskowanie sta³e. Fot. 8 Przed u³o eniem betonu wszelkie elementy obecne w miejscu robót (kratki œciekowe, krawê niki, kostka brukowa...) powinny zostaæ zabezpieczone przed zabarwieniem. Beton mo e zostaæ u³o ony w jednej lub dwóch warstwach - tzw. mokry na mokry. Na-

16 Drogi z betonu cementowego... stêpnie mieszanka betonowa jest intensywnie zagêszczana rêcznie w miejscach przeznaczonych dla ruchu pieszego oraz mechanicznie poprzez wibracjê w miejscach, w których odbywa siê ruch ko³owy. Wykonawca musi zwróciæ szczególn¹ uwagê na to, aby zagêszczenie by³o jednakowe na ca³ej powierzchni. Po zagêszczeniu beton jest wyg³adzany za pomoc¹ sztywnej listwy opartej na deskowaniu, a nastêpnie szerokiej packi wyrównuj¹cej, zamocowanej na dwóch przegubach. Dziêki temu powierzchnia betonu powinna byæ bardzo g³adka, bez widocznych wg³êbieñ lub fa³d. Tak przygotowan¹ powierzchniê pokrywa siê œrodkiem opóÿniaj¹cym wi¹zanie. Obróbka powierzchniowa realizowana jest poprzez ods³oniêcie powierzchni zwi¹zanego betonu. Musi to zostaæ wykonane w czasie 12 do 24 godzin poprzez wyp³ukanie zaczynu z powierzchni za pomoc¹ strumienia wody. Natychmiast po tej operacji nale y zabezpieczyæ beton przed wysuszeniem przez co najmniej 72 godziny. Oko³o 4 tygodni po wykonaniu betonu, nale y na³o yæ dodatkow¹ warstwê ochronn¹ wodnej emulsji uszczelniaj¹cej i chroni¹cej przed zabrudzeniami. Nak³ada siê 250 gramów emulsji na 1 m 2. Beton barwiony posiada liczne zalety, które stanowi¹, e materia³ ten szczególnie dobrze nadaje siê do zastosowañ miejskich (fot. 9). Podstawowe zalety takiego betonu s¹ nastêpuj¹ce: nadaje siê do u ycia zarówno w obszarach ruchu pieszego, jak i ko³owego, pozwala na uzyskanie odpowiedniego kszta³tu i wygl¹du, powierzchni g³adkiej lub chropowatej, ods³oniêcie kruszyw ³amanych lub naturalnych, bardzo szerokiej gamy barw itp., doskonale integruje siê z miejskim otoczeniem, budynkami nowoczesnymi lub zabytkowymi, kamieniem, betonem, ceg³¹ itd., jest materia³em o wielu zastosowaniach, mo e zostaæ wykorzystany do wykonania ulic miejskich, ale tak e dróg leœnych lub polnych, prywatnych itd. mo e byæ zastosowany we wszystkich warunkach i przybraæ dowolny kszta³t i wygl¹d dziêki uk³adaniu w miejscu prac, Fot. 9

17 Andrzej Jasieñski pod warunkiem dobrego zaprojektowania i wykonania posiada odpowiedni¹ trwa- ³oœæ, podobnie jak zwyk³y beton. Jednak e, ze wzglêdu na zabarwienie, wymaga systematycznego czyszczenia w odstêpach czasu uzale nionych od rodzaju wykorzystania i natê enia ruchu. Dlatego te czêsto stosuje siê dodatkowe warstwy ochronne. 7. Beton drukowany Beton drukowany charakteryzuje siê przede wszystkim specyficzn¹ obróbk¹ powierzchniow¹, nadaj¹c¹ mu wygl¹d kostki brukowej lub posadzki z p³yt, w zale noœci od form zastosowanych do druku. Technika ta jest szczególnie przydatna do wykonywania nawierzchni o specyficznych zastosowaniach, jak wewnêtrzne pasy skrzy owañ o ruchu okrê nym (patrz fot. 10) lub parkingi o du ym obci¹ eniu ze strony samochodów ciê arowych. Fot. 10 Wykonanie wzoru na powierzchni betonu odbywa siê w sposób opisany poni ej. Po zagêszczeniu, beton o klasycznym sk³adzie i du ej wytrzyma³oœci na obci¹ enia, wyg³adzany jest za pomoc¹ sztywnej listwy, a nastêpnie szerokiej packi wyrównuj¹cej, zamontowanej na dwóch przegubach. Dziêki temu powierzchnia jest doskonale g³adka, bez wg³êbieñ lub fa³d. Na ca³¹ powierzchniê betonu nak³adany jest równomiernie barwiony œrodek utwardzaj¹cy, w iloœci co najmniej 3 kg/m 2. Nastêpnie beton ponownie jest wyrównywany za pomoc¹ packi. Na tak uzyskan¹ powierzchniê nak³adany jest izoluj¹cy proszek koloryzuj¹cy w iloœci co najmniej 150 g/m 2. Jego zadaniem jest zapobie enie przylepieniu siê form drukarskich do œwie ego betonu. Natychmiast po tym powierzchnia betonu jest

18 Drogi z betonu cementowego... zadrukowywana przy u yciu form o odpowiednim kszta³cie. S¹ one delikatnie ustawiane na powierzchni betonu, a nastêpnie rêcznie ubijane za pomoc¹ kwadratowego ubijaka o powierzchni oko³o 0,05 m 2. Po ca³kowitym zagêszczeniu betonu powierzchnia czyszczona jest wod¹. Po jej dok³adnym wysuszeniu, za pomoc¹ szczotki lub wa³ka nak³adana jest warstwa ywicy akrylowej, nieprzepuszczaj¹ca wody i nadaj¹ca powierzchni betonu bardziej estetyczny wygl¹d. ywice dostêpne na rynku mog¹ byæ matowe lub b³yszcz¹ce. Po wydrukowaniu wzoru na powierzchni, beton chroniony jest przed wysuszeniem za pomoc¹ szczelnej membrany, któr¹ nale y pozostawiæ na miejscu przez co najmniej 72 godziny. Literatura A. JASIENSKI, Drogi betonowe: doœwiadczenia belgijskie, Cement-Wapno-Beton, Vol. I/LXIII, 1996 No 1, p. 2. M. LEMLIN, Nawierzchnie asfaltowe i z betonu zbrojonego ci¹g³ego na autostradzie - Porównanie aspektów ekonomicznych, Dyrektor Naczelny Zarz¹du Autostrad i Dróg, Waloñskie Ministerstwo Infrastruktury i Transportu, Belgia Drogi z betonu cementowego - Najnowsze doœwiadczenia i osi¹gniêcia, zeszyty MET, nr 14 - luty 2000, Waloñskie Ministerstwo Infrastruktury i Transportu, G³ówny Zarz¹d Autostrad i Dróg (D.G. 1). L. HENDRIKX, FEBELCEM, Szybka naprawa i renowacja nawierzchni betonowych - "Fast-track paving", Dossier Ciment, biuletyn nr 12, Belgia, czerwiec A. JASIENSKI, FEBELCEM, Overlays i inlays z betonu cementowego, Dossier Ciment, biuletyn nr 14, Belgia, styczeñ A. JASIENSKI, FEBELCEM, Betony wymywane w zastosowaniach miejskich, Dossier Ciment, biuletyn nr 20, Belgia, wrzesieñ 1999.