Bartosz Budziński Paweł Mie zkowski Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Mi hał Sar owski Politechnika Warszawska

Transkrypt

1 Bartosz Budziński Paweł Mie zkowski Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Mi hał Sar owski Politechnika Warszawska Doświad ze ia w zastosowa iu technologii SMA-MA

2 Izolacja na obiektach mostowych stanowi w-wę pośred ią iędzy ko struk ją płyty po ostu a warstwa i awierz h i. Na etapie udowy i eksploata ji usi yć odpor a a: oddziaływa ia dy a i z e od ru hu pojazdów w zakresie temperatur od -30 C do +60 C, stałe zawilgo e ie przy iewielki h spadka h poprze z y h i podłuż y h izolowa y h powierz h i, działa ia sił pozio y h i pio owy h w podwyższo ej te peraturze C podczas wbudowywania MMA, działa ie sił rozwarstwiają y h, ędą y h wy ikie róż i w rozszerzal oś i ateriałów podłoża, izola ji i awierz h i; oddziaływa ia pozio e od ha owa ia, przyspiesza ia i sił odśrodkowy h pojazdów a łuku; rak ożliwoś i ieżą ej ko serwa ji i lokal y h apraw uszkodzeń izolacji.

3 Do podstawowy h fu k ji warstwy izola yj ej ależą: do ra przy zep ość do podłoża eto owego lu stalowego, ieprzepusz zal ość dla wody i związków he i z y h, wpływ a korozję płyty; ają y h ożliwość relaksa ji aprężeń roz iągają y h i ś i ają y h od o iąże ia ru he pojazdów, ko pe sa ja zróż i owa y h odkształ eń ter i z y h warstw awierz h i i płyty, łatwość i ała pra o hło ość przy jej w udowywa iu, ożliwość e ha i z ego w udowywa ia warstw asfaltowy h (ochronnej), ożliwość prowadze ia pra etapa i, ieskutkują a utratą sz zel oś i warstwy; zapew ie ie ezpie zeństwa ludzio i środowisku, pod zas wykonywania izolacji oraz w czasie eksploatacji obiektu.

4 Hydroizolacje Asfalty m odyfikow ane Polim ery z w ypełniaczem asfaltow ym Roztwory do gruntowania Asfaltowo poliuretanowe M asy izolacyjne i klejące Asfaltowo akrylowe Lepiki Asfaltowo epoksydowe Papyklejone Sm ołowo epoksydowe Papy term ozgrzewlane Żyw ice poliuretanow e Dwuskładnikowe, chem outwardzalne natryskowe Dwu itrzyskładnikowe,chem outwardzalne,układane ręcznie Żyw ice epoksydow e Rozpuszczalnikowe, jednoskładnikowe, epoksydowo-estrowe Bezrozpuszczalnikowe,dwuskładnikowe, chem outwardzalne Folie z PVC m odyfikow anego Odporne na bitum y Pyty polipropylenowe Nie odporne na bitum y Folia poliestrowa Jednoskładnikowe, utwardzane wilgocią z powietrza Papy sam oprzylepne Taśm y iprofile uszczelniające Folia hypalonowa Folia polietylenowa Siatka polipropylenowa Tektura M ieszankam ineralnobitum iczna prasowana zwłókniną celulozową M asy sczepne M asy zalewowe iuszczelniające Inne Rys.. Rodzaje ateriałów używa y h w wykonawstwie hydroizolacji na obiektach mostowych M astyksy Tkaninaszklana W łóknina poliestrowa W łóknina geotechniczna

5 w-wa ścieralna w-wa wiążąca / ochronna w-wa izolacyjna (papa termozgrzewalna) w-wa gruntująca płyta pomostu Rys.. Typowa ko struk ja awierz h i asfaltowej z warstwą izola yj ą płyty po ostu o iektu ostowego

6 Warstwy ścieralne są aj zęś iej wyko ywa e jako: beton asfaltowy o zawartoś i wol ej przestrze i po w udowa iu od 1 do 5 (6) % i uziarnieniu od 8 do 11 mm (AC 8 S, AC 11 S); mastyks wysokogrysowy o uziarnieniu do 8 lub 11 mm (SMA 8, SMA i zawartoś i wol ej przestrze i po w udowa iu od, do %; asfalt lany o uziar ie iu do lu MA, MA wol ej przestrze i ieprzekra zają ej, 2,0 %. o zawartoś i Warstwy ochronne a hwilę o e ą są aj zęś iej wyko ywa e z mieszanki typu asfalt lany o uziarnieniu do 8 lub 11 mm (MA 8, MA 11 ) wymóg z zapisów WT-2:2014.

7 Warstwy izolacyjne wyko uje się aj zęś iej a azie: pap termozgrzewalnych, żywi sy tety z y h p. poliureta owy h, epoksydowy h, metylometakrylowych itp.), lepiszcz asfaltowych wysokomodyfikowanych, astyksów iesza i asfaltów i wypeł ia zy. Papy termozgrzewalne kompozyty arkuszowe, w których element z roją y jest o ustro ie powle zo y warstwą iesza i y aj zęś iej polimeroasfaltu i wypeł ia za i eral ego Rys. 3. Typowy układ warstwowy w papa h termozgrzewalnych. Oznaczenia: 1, 3 powłoka hydroizoalcyjna z lepiszcza asfaltowego; 2 wkładka z włók i y, p. szkla ej lu poliestrowej; przekładka antyadhezyjna

8 Warstwa gruntująca (primer) jest to ateriał aj zęś iej na bazie lepiszcz asfaltowych, którego zadaniem jest zapewnienie dobrego połą ze ia warstwy izolacyjnej z podłoże.

9 Do zalet ko struk ji z udziałe izola ji papowy h zali za się: niski iężar 1 m2 izolacji, który nie powoduje nadmiernego do iąża ia płyty pomostowej; wysoką kohezję masy powłokowej, wy ikają ą z zastosowania asfaltu modyfikowanego polimerem, zapew iają ą do rą zaporę dla wilgoci i roztworów soli (np. mieszanki odladzają e, zagrażają y h pły ie pomostu; o e ość osnowy (szklanej, poliestrowej czy węglowej, posiadają ej obok wysokiej wytrzy ałoś i na roz iąga ie rów ież zdol ość do znacznych odkształ eń.

10 Pro le y i zagroże ia, związa e ze stosowa ie termozgrzewalnych w warstwach izolacyjnych: pap brak miejscowego połą ze ia papy z podłoże, niska kohezja lepiszcza warstwy gru tują ej, ożliwość przepalenia warstewki lepiszcza na spodniej (ogrzewanej) zęś i papy, ograniczenie zdol oś i do relaksacji aprężeń oraz kompensacji odkształ eń w wyniku zbyt intensywnego oddziaływa ia wysokiej temperatury pło ie ia palnika.

11 Przy zy y powstawa ia wy rzuszeń w trak ie w udowywa ia w-wy ochronnej: występowa ie ie iągłoś i po iędzy warstwą papy i podłoża betonowego ądź niska kohezja lepiszcza w primerze, wzrost iś ie ia parcjalnego powietrza w pustkach, warunkowany zachowaniem stanu równowagi termodynamicznej jak dla gazu dosko ałego (przy stałej o jętoś i ; przemiany fizyczne, towarzyszą e zamianie wody w parę wod ą, powodują e zwiększe ie się o jętoś i drugiego z czynników przy stałej masie obu substancji.

12 Rys. 4. Niewłaś iwe połą ze ie papy ter ozgrzewal ej z podłoże eto owy : a widok z góry papa-podłoże, widok w przekroju warstwy

13 Ciśnienie mieszaniny gazów, MPa 2,00 Ciśnienie nasycenia pary wodnej 1,60 Ciśnienie cząstkowe powietrza suchego 1,20 0,80 0,40 0,00 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 Temperatura mieszaniny gazów, oc Rys. 5. Wpływ iś ień ząstkowy h pary wod ej i su hego powietrza a su ary z ą wartość iś ie ia iesza i y gazów w zależ oś i od te peratury

14 Odległość od powierzchni, mm a) b) c) 3,00 3,00 3,00 2,50 po czasie 2 s po czasie 4 s 2,00 po czasie 6 s po czasie 8 s 1,50 2,50 po czasie 2 s po czasie 4 s 2,00 po czasie 6 s po czasie 8 s 1,50 2,50 po czasie 6 s 1,00 0,50 0,50 0,50 0,00 0,00 0,00 400,0 0,0 100,0 200,0 300,0 Temperatura, C 400,0 po czasie 8 s 1,50 1,00 100,0 200,0 300,0 Temperatura, C po czasie 4 s 2,00 1,00 0,0 po czasie 2 s 0,0 100,0 200,0 300,0 Temperatura, C 400,0 Rys.. Rozkład temperatury (teoretycznej) w czasie w warstewce ogrzewanego lepisz za asfaltowego papa asfaltowa pło ie ie pal ika o te peraturze C i prędkoś i przepływu gazów : a 7 m/s, b) 14 m/s, c) 20 m/s

15 a) b) 3,00 Odległość od powierzchni, mm 3,00 2,50 2,50 po czasie 2 s po czasie 4 s po czasie 6 s po czasie 8 s 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00 0,0 100,0 200,0 300,0 Temperatura, C po czasie 2 s po czasie 4 s po czasie 6 s po czasie 8 s 400,0 0,0 200,0 400,0 Temperatura, C 600,0 Rys.. Rozkład temperatury (teoretycznej) w czasie w warstewce ogrzewanego lepisz za asfaltowego papa asfaltowa pło ie ie pal ika o te peraturze 1000 C i prędkoś i przepływu gazów : a 7 m/s, b) 14 m/s.

16 Alter atywą dla typowych warstw ochronnych (jak rów ież izolacyjnych) oże yć mieszanka mastyksowo-grysowa o zwiększo ej zawartoś i lepiszcza asfaltowego i wypeł ia za (SMA-MA). Do podstawowych zalet iesza ki ależą: ożliwość układa ia tradycyjnym rozś ieła ze, stosunkowo ieduża praca zagęsz za ia (dwa przejazdy walca), wysoka zawartość lepiszcza gwara tują a peł ą sz zel ość warstwy, odpor ość na deformacje trwałe dzięki dużej zawartoś i frakcji grysowych, odpor ość na z ę ze ie dzięki zastosowaniu asfaltu modyfikowanego o śred iej penetracji około x 0,1 mm).

17 Możliwość wykorzystania ogólnie dostęp ego sprzętu do wbudowywania mieszanek mineralno-asfaltowych oraz specyfika mieszanki SMA-MA jest ukierunkowana na maksymalne ograniczenie ożliwoś i popeł ie ia łędów na etapie realizacji (wykonanie szczelnej, odpornej na oddziaływa ia zew ętrz e warstwy). Mieszanka SMA-MA izola yj ą. oże sta owić sa odziel ą warstwę ochronno- Bardzo waż y czynnikiem jest zatem etap projektowania mieszanki SMA-MA, który oprócz wiedzy teoretycznej i empirycznej z zakresu adań laboratoryjnych, wymaga rów ież doświad ze ia wykonawczego.

18 Mieszanka SMA-MA musi yć tak zaprojektowana, aby na etapie zagęsz za ia rozkładarka, walce) doszło do wy iś ię ia mastyksu na powierzchni warstwy. Rys. 8. Powierzchnia mieszanki SMA-MA po zagęsz ze iu

19 Ta li a. Propozy ja wy agań w stosu ku do iesza ki SMA-MA Warunki zagęszczenia wg PN-EN Metoda i warunki badania Zawartość wolnych przestrzeni C.1.2, ubijanie, 2 x 35 uderzeń PN-EN , p.4 Vmax1,5 Zawartość wolnych przestrzeni C.1.2, ubijanie, 2 x 50 uderzeń PN-EN , p.4 Vmax 1,0 PN-EN , metoda B w WTSAIR 0,50 PRDAIR Właściwość Odporność na deformacje trwałe warstwy wiążącej (ochronnej)a) Wymiar mieszanki SMA 8 C.1.20, wałowanie, powietrzu, PN-EN , D.1.6, P98 P ºC, cykli Odporność na PN-EN , metoda B w C.1.20, wałowanie, deformacje trwałe powietrzu, PN-EN , D.1.6, pakietu warstw P98 P ºC, cykli (ścieralnej i wiążącej)b) Deklarowane WTSAIR 0,15 PRDAIR 5,0 Odporność na działanie wody C.1.1, ubijanie, 2 x 35 uderzeń PN-EN , przechowywanie w 40ºC z jednym cyklem zamrażania c), badanie w 25 ºC ITSR90 Spływność lepiszcza - PN-EN , p.5 D0,6

20 Rys. 9. Próbki mieszanek mineralno-asfaltowych (warstwa ś ieral a z SMA warstwa ochronna z SMA 8) po badaniu koleinowania i

21 Nawierzchnie asfaltowe na obiektach mostowych z zastosowaniem warstwy izolacyjno-ochronnej z mieszanki mastyksowo-grysowej o zwiększo ej zawartoś i lepiszcza (SMA-MA): a) sprzed 15 lat: most stalowy, zwodzony w Dziwnowie realizacja 1995 r., ost Cłowy w Sz ze i ie realizacja 1998 r., wiadukt drogowy w iągu ul. Mi kiewi za w Sz ze i ie realizacja 2000 r., ost Długi w Sz ze i ie realizacja 2000 r., b) z obecnego okresu: wiadukt drogowy w Policach 2013 r., wiadukt drogowy ad autostradą A węzeł T zewska realizacja 2014 r., ost a rzeką Dzierżę i ka w Koszalinie realizacja 2014 r.

22 Most zwodzony w Dziwnowie W-wa ś ieral a z mieszanki mastyksowogrysowej (nienormowej) o uziarnieniu do 12.8 mm, modyfikowanej LBSK W-wa powłoki antykorozyjnej Pręt stalowy, że rowa y ( =16 mm) Płyta stalowa po ostu Rys.. Przekrój podłuż y izola jo- awierz h i ułożo ej a pły ie stalowego w Dziwnowie ostu

23 Most zwodzony w Dziwnowie ,075 0,15 0,18 0,3 0,42 0, ,4 8 9,6 0 12,8 Przesiew, % 80 Sito, mm Rys.. Skład iesza ki i eral ej astyksu-grysowego (nienormowej, sa ozagęsz zal ej) z asfaltem o penetracji mm (ok. 8,0%), modyfikowanym dodatkiem 5% LBSK

24 Wiadukt drogowy w iągu ul. Mi kiewi za w Sz ze i ie W-wa ś ieral a z SMA 12 50/70, modyfikowanego 2% LBSK Wa-wa ochronna z SMA 6 50/70, modyfikowana LBSK (ok. 3%) W-wa powłoki a tykorozyj ej Płyta eto owa po ostu Rys.. Przekrój poprze z y ko struk ji awierz h i ułożo ej a wiaduk ie o pły ie eto owej wiaduktu w iągu uli y Mi kiewi za w Sz ze i ie

25 Wiadukt drogowy w iągu ul. Mi kiewi za w Sz ze i ie 100,0 90,0 80,0 Przesiew, % 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,075 0,15 0,18 0,3 0,42 0, ,4 8 0,0 Sito, mm Rys.. Skład iesza ki i eral ej SMA z asfalte o pe etra ji ok. (ok. 10,0%), modyfikowanym dodatkiem 3% LBSK 0.1 mm

26 Wiadukt drogowy w iągu ul. Mi kiewi za w Sz ze i ie Rys.. Wygląd awierz h i a wiaduk ie w iągu ul. Mi kiewi za w Sz ze i ie po ok. 15 latach eksploatacji

27 Most Cłowy w Sz ze i ie W-wa ś ieral a z AC 12 50/70 (o zwiększo ej zawartoś i grysów), modyfikowanego 2% LBSK W-wa wiążą a z SMA 10 50/70 (o zwiększo ej zawartoś i grysów), modyfikowanej 3% LBSK W-wa sczepna z asfaltu o penetracji ok. 75 0,1 mm Płyta eto owa po ostu Rys.. Przekrój poprze z y ko struk ji awierz h i ułożo ej a Cłowy w Sz ze i ie płyta eto owa oś ie

28 Most Cłowy w Sz ze i ie 100,0 90,0 80,0 Przesiew, % 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 Rys. 0,15 0,18 0,075 Sito, mm 0,3 0,42 0, ,4 8 9, ,0. Skład iesza ki i eral ej SMA z asfalte o pe etra ji ok. mm (ok. 8.0%), modyfikowanym dodatkiem 3% LBSK 0.1

29 Most Cłowy w Sz ze i ie Rys.. Wygląd awierz h i a oś ie Cłowy eksploatacji w Sz ze i ie po ok. lata h

30 Wiadukt drogowy ad autostradą A 6 węzeł T zewska Rys.. Warstwa o hro a a wiaduk ie ad autostradą A węzeł T zewska

31 Wiadukt drogowy ad autostradą A 6 węzeł T zewska Rys.. Nawierz h ia a wiaduk ie ad autostradą A eksploatacji węzeł T zewska po roku

32 Wiadukt drogowy w Policach Rys. 20. Warstwa ochronna na wiadukcie drogowym w Policach - realizacja

33 Wiadukt drogowy Policach Rys. 21. Nawierzchnia na wiadukcie drogowym w Policach po 2 latach eksploatacji

34 Most ad rzeką Dzierżę i ka w Koszalinie Rys.. Most ad rzeką Dzierżę i ka w Koszalinie po 1 roku eksploatacji

35 WNIOSKI: wykonawstwo warstw izolacyjnych z udziałe pap termozgrzewalnych wymaga przestrzegania ś isły h zasad technologicznych, dają y h gwara ję prawidłowego funkcjonowania zabezpieczenia płyty pomostu przez długi okres użytkowa ia; podwójna warstwa lepiszcza w papie termozgrzewalnej powinna zapew ić dobre połą ze ie z podłoże i warstwami asfaltowymi, a w połą ze iu z wkładką poliestrową, szkla ą czy węglową przej ować i rozpraszać apręże ia wywoła e zróż i owa ą rozszerzal oś ią płyty pomostu i warstw nawierzchni; wszelkiego rodzaju wybrzuszenia, pojawiają e się w trakcie wbudowywania warstwy ochronnej, ależy natychmiast prze ijać, co u ożliwi sklejenie papy z podłoże ;

36 powszechnie wykonywane warstwy ochronne na obiektach mostowych z asfaltu lanego oż a zastąpić mastyksami grysowymi SMA-MA, projektowanymi na ałkowite wypeł ie ie wolnej przestrzeni; mastyksy grysowe SMA-MA o ałkowi ie wypeł io ej wolnej przestrzeni ogą sta owić w połą ze iu z warstewką lepiszcza asfaltowego dobre zabezpieczenie płyty pomostu przed oddziaływa ia i korozyjnymi; iższe temperatury wbudowywania mastyksów oraz prostszy proces technologiczny w stosunku do asfaltów lanych daje ożliwość przyspieszenie prac, uzyskania większej jed orod oś i MMA oraz zmniejszenia gru oś i bez utraty właś iwoś i stawianych warstwie; twarde lepiszcza w asfaltach lanych zęsto dodatkowo utwardzane asfaltem naturalnym) nie zawsze gwara tują uzyskanie peł ej odpor oś i na spęka ia niskotemperaturowe, potęgowa e zróż i owa y i odkształ e ia i płyty pomostu i samej mieszanki.

37 Bartosz Budziński Paweł Mie zkowski Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Mi hał Sar owski Politechnika Warszawska Doświad ze ia w zastosowa iu te h ologii SMA-MA Dziękuję za uwagę pawel.mieczkowski@zut.edu.pl bartosz.budzinski@zut.edu.pl m.sarnowski@il.pw.edu.pl