Nawierzchnie betonowe na obiektach mostowych

Zespół Technologii Materiałów i Nawierzchni Drogowych Nawierzchnie betonowe na obiektach mostowych Doświadczenia USA dr hab. inż. Karol J. Kowalski k.kowalski@il.pw.edu.pl Politechnika Warszawska

Treść prezentacji Rodzaje stosowanych rozwiązań zabezpieczeń mostów Porównanie zalet i wad poszczególnych rodzajów rozwiązań Podsumowanie 2/12

Wprowadzenie Każdy ze stanów USA prowadzi swoją politykę drogową, Budową i utrzymaniem autostrad, dróg stanowych i międzystanowych zajmują się stanowe Department of Transportation, np. Indiana Department of Transportation (INDOT), Duża część obiektów mostowych i estakad w Stanach Zjednoczonych wykonywana jest w technologii żelbetowej, Głównym zagrożeniem dla tego rodzaju konstrukcji jest oddziaływanie chlorków powodujące korozję zbrojenia, Korozja wywołana jest głównie oddziaływaniem środowiska i powszechnym stosowaniem środków odladzających: Na południu nie występuje problem mrozoodporności materiałów, W strefach nadmorskich: wpływ wilgoci i soli, Dodatkowe warstwy muszą, poza ochroną konstrukcji, spełniać również inne funkcje, np. zapewniać właściwe parametry przeciwpoślizgowe. 3/12

Rodzaje stosowanych rozwiązań 4/12

Rodzaje stosowanych rozwiązań 5/12

Rodzaje stosowanych rozwiązań 6/12

Rodzaje stosowanych rozwiązań Dodatkowe warstwy ochronne ponad płytą pomostu (ang. overlay), Dodatkowa ochrona zbrojenia pokrywanie zbrojenia żywicą epoksydową zwiększenie grubości otuliny betonowej wokół zbrojenia, Inhibitory korozji (jako dodatki chemiczne do betonu), Ochrona elektrochemiczna (głównie ochrona konstrukcji za pomocą systemu katodowego powodująca zmianę potencjału elektrycznego); jeśli konstrukcja pracować będzie jako katoda, jej korozja zostanie wstrzymana, Modyfikacje składu mieszanki betonowej (głownie w celu uszczelnienia warstwy betonowej). 7/12

Rodzaje stosowanych rozwiązań Warstwy ochronne płyt pomostów betonowych w USA i w Kanadzie [Russel i in. 2006] beton modyfikowany polimerami 19% asfalt 16% inne 4% beton 62% uszczelniacze 13% brak 5% beton o niskim W/C 12% beton z dodatkiem popiolu lotnego 11% beton z mikrokrzemionka 20%

Mieszanki z betonu cementowego beton modyfikowany polimerami: głównie beton z dodatkiem emulsji lateksowej (ang. Latex-Modified Concrete); dodatek emulsji do świeżej mieszanki betonowej powoduje powstanie cienkiej i nieprzepuszczalnej warstwy powierzchniowej w związanym betonie. beton o niskim W/C (ang. Low Slamp Concrete) charakteryzuje się dużą zawartością cementu (około 470 kg/m3) i W/C równym ~0,3, beton z dodatkiem popiołu lotnego (ang. High Performance Fly Ash Concrete), beton z dodatkiem mikrokrzemionki (ang. High Performance Silica Fume Concrete). 9/12

Mieszanki z betonu cementowego beton modyfikowany polimerami: głównie beton z dodatkiem emulsji lateksowej (ang. Latex-Modified Concrete); dodatek emulsji do świeżej mieszanki betonowej powoduje powstanie cienkiej i nieprzepuszczalnej warstwy powierzchniowej w związanym betonie. beton o niskim W/C (ang. Low Slamp Concrete) charakteryzuje się dużą zawartością cementu (około 470 kg/m3) i W/C równym ~0,3, beton z dodatkiem popiołu lotnego (ang. High Performance Fly Ash Concrete), beton z dodatkiem mikrokrzemionki (ang. High Performance Silica Fume Concrete). 10/12

Mieszanki z betonu cementowego Low slump Wzrost zawartości cementu (obniżenie proporcji W/C) w mieszance betonowej powoduje wzrost skurczu, W przypadku stosowania nawierzchni z betonu modyfikowanego, szczególnie istotne jest rozpatrzenie problemu skurczu i zapewnienie właściwej pielęgnacji wykonanej nawierzchni. HPC (High Performance Concrete, HPC) Zwiększone w ostatnich latach stosowanie betonów wysokowartościowych umożliwia wznoszenia obiektów mostowych bez dodatkowych warstw ochronnych, W przypadku zastosowania betonów typu HPC płyta pomostu może pełnić równocześnie rolę warstwy jezdnej obiektu. Warstwy z HPC są coraz powszechniej wykonywane w czasie remontów istniejących płyt mostów, Wyzwanie: napowietrzanie mieszanki betonowej! 11/12

Zabezpieczenie warstwy nawierzchni Uszczelniacze (ang. sealers) Cienkie warstwy nakładane na płytę pomostu, głównie poprzez natryskiwanie lub rozkładanie za pomocą szczotki, Poprzez uszczelnienie powierzchni i zamknięcie dostępu do porów, woda i chlorki nie mogą penetrować płyty pomostu, co zapewnia ochronę przeciwmrozową i ochronę zbrojenia przeciw korozji, Uszczelniacze podatne są na uszkodzenia spowodowane ruchem pojazdów. 12/12

Warstwa ochronna beton polimerowy (wg INDOT) Polymeric concrete surface treatment system for bridge decks Przygotowanie podłoża (płyty betonowej): śrutowanie Wielkość ziarna #4 (4.75 mm) #8 (2.36 mm) #16 (1.18 mm) #30 (0.6 mm) Przechodzi przez sito 100% 30 to 75% 5% max 1% max warstwa 1 2 60-64 65-69 4 godz. 6.5 godz. 3 godz. 5 godz. Temperatura płyty pomostu, F 70-74 75-79 80-84 2.5 godz. 4 godz. 2 godz. 3 godz. Courtesy of T. Nantung 13/12 1.5 godz. 3 godz. >85 1 godz. 3 godz.

Nawierzchnie asfaltowe na mostach

Nawierzchnie asfaltowe na mostach Nawierzchnie asfaltowe występują zwykle łącznie z dodatkowymi izolacjami przeciwwilgociowymi, Obecnie są zdecydowanie rzadziej wykonywane, Nawierzchnie asfaltowe na obiektach mostowych najczęściej występują w północno-wschodnich stanach USA (np. Rhode Island, Massachusetts, Vermont, Main, New Hampshire, również w Ohio).

Porównanie kosztów wykonania dodatkowej warstwy wierzchniej na remontowanych obiektach mostowych (Knight i in., 2004) Rodzaj warstwy wierzchniej Nawierzchnie asfaltowe Nawierzchnie betonowe Cienkie warstwy (uszczelniacze) Przewidywany okres eksploatacji (lat) 15-20 25-30 20-30 Sredni koszt ($/m2) 35-50 65-80 85-130 Koszt wykonania nawierzchni asfaltowej i betonowej jest zbliżony, W USA warstwy asfaltowe na obiektach mostowych są jednak wykonywane zdecydowanie rzadziej niż w Europie, Dlaczego? 16/12

Przyczyny dominacji nawierzchni betonowych na mostach instytucja zarządzająca drogą (stanowa dyrekcja dróg publicznych, np. Indiana Department of Transportation (InDOT) dla stanu Indiana) chce uniknąć niezadowolenia użytkowników drogi z powodu zamykania odcinków drogowych i przeprowadzania remontów, izolacje przeciwwilgociowe są czułe na błędy w wykonawstwie. W przypadku niestarannego wykonania dojść może do rozwarstwień między płytą pomostu i izolacją i dalszych zniszczeń, zlecenia w pracach publicznych są w USA przyznawane w ramach przetargów. Firma wykonująca obiekt mostowy nie dysponuje zwykle technologią do wykonania nawierzchni asfaltowych; ułożenie takiej nawierzchni musiałoby zostać podzlecone innej firmie. Ze względu na zakres wykonywanych prac wykonanie nawierzchni typu MMA staje się więc nieopłacalne. Gwarancje - KOSZTY 17/12

Dziękuję za uwagę! 18/12