Beton w drogownictwie

dr hab. inż. Marek J. Ciak, prof. UWM

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

II WARMIŃSKO-MAZURSKA KONFERENCJA DROGOWA

Betonowe drogi w Polsce, Olsztyn, 11-04-2018

2

podatne – asfaltowe;

W budownictwie drogowym stosowane są trzy rozwiązania konstrukcyjne nawierzchni:

półsztywne – warstwy podbudowy wykonane są z chudego betonu lub

stabilizowane cementem;

sztywne, czyli betonowe;

3

Nawierzchnia rzymska

Pierwowzór nawierzchni betonowej

Sp

oiw

o: w

ap

no

pa

lon

e z

po

pio

łem

lotn

ym

4

Tradycyjne nawierzchnie betonowe

deskowanie stałe (w szalunkach lub w prowadnicach)

w szalunku ślizgowym

M. FALEŃSKA, W. GAJGER, Technologia tanich dróg gminnych o nawierzchni z betonu

cementowego, IBDiM, Konferencja "Dni Betonu - Tradycja i Nowoczesność"

5

betonowe zbrojone stalowym włóknem

rozproszonym,

betonowe zbrojone włóknami sztucznymi,

z betonów o podwyższonych parametrach

wytrzymałościowych (betony wysokowartościowe),

nawierzchnie betonowe

6

Beton towarowy,

Prefabrykowane nawierzchnie betonowe,

betonowe nawierzchnie fotokatalityczne:

dzięki zawartości Ti02 w cemencie płyta

betonowa działa jak katalizator wytrącający

z smogu tlenki azotu NOx

7

Kolorowe nawierzchnie betonowe

Beton przesiąkliwy

Pianobeton

8

z betonu wałowanego, 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

nawierzchnie betonowe

A. SZYDŁO, P. MACKIEWICZ, Nawierzchnie betonowe na drogach gminnych. Poradnik, Polski Cement Kraków, 2005

9

10

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)

BETON O ŻĄDANYCH

WŁAŚCIWOŚCIACH FIZYKO-

MECHANICZNYCH Z

JEDNOCZESNYM

UWZGLĘDNIENIEM

KOSZTÓW I CZASU

WYKONYWANIA

Wytwarzanie

mieszanki betonowej

Projektowanie

składu mieszanki betonowej

Układanie i zagęszczanie

mieszanki betonowej

Analiza

ekonomiczna

Pielęgnacja

„świeżego” betonu

Kontrola jakości

11

PRZESIĄKLIWOŚĆ

BRAK BRAK

DUŻA SŁABE

MAŁA MOCNE

PODCIĄGANIE

KAPILARNE

Pory zamknięte

Duże pory otwarte

Drobne pory otwarte

2018-04-24 13

Trwałość

2018-04-24 14

15

16

17

Cement

18

Rodzaj nawierzchni Klasa

betonu

Rodzaj

cementu

Klasa

cementu Wymagania

Typowa betonowa

C25/3

0 –

C45/5

0

CEM I

32,5N;

32,5R;

42,5N;

42,5R;

Wodożądność ≤ 28%;

Wytrzymałość po 2 dniach ≤

29MPa;

Powierzchnia właściwa ≤

3500cm2/g;

Początek wiązania ≥ 120 min

CEM II/A-S

CEM II/B-S 32,5N;

32,5R;

42,5N;

42,5R;

CEM II/A-V

CEM II/B-V

CEM III/A

Nawierzchnia z

betonu

szybkotwardniejącego

do napraw i szybkiego

oddawania do ruchu

CEM I

42,5N;

42,5R;

52,5N;

52,5R;

Wodożądność ≤ 28%;

Wytrzymałość po 2 dniach ≤ 29

MPa;

Powierzchnia właściwa ≤

3500cm2/g;

Początek wiązania ≥ 120 min Nawierzchnie

betonowe w

warunkach agresji

siarczanowej

CEM I HSR

32,5N;

32,5R;

42,5N;

42,5R;

CEM III/B 32,5N;

32,5R;

42,5N;

42,5R; CEM IV/B

19

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 m2/kg

20

KRUSZYWO

→ GRANIT;

→ BAZALT;

→ CZYSTE WAPIENIE;

→ DOLOMITY;

→ SKAŁY METAMORFICZNE (GNEJSY, ŁUPKI

KRYSTALICZNE);

→ MIEJSCOWE?

21

KRUSZYWO

→ Kruszywa łamane;

→ Kruszywa żwirowe płukane

→ Maksymalny wymiar ziarna 31,5 mm

→ Reaktywność alkaliczna 0

22

KRUSZYWO

Właściwości kruszyw łamanych C 40 i C 50 C 30 i C 37

Ścieralność w bębnie Los Angeles, max [%] 25 35 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 SO3,

max[%] 0,1 1,0

Zawartość ziaren nieforemnych, max[%] 20 25

Zawartość zanieczyszczeń obcych, max[%] 0,1 0,2

Zawartość zanieczyszczeń organicznych Barwa nie ciemniejsza od

wzorcowej

23

KRUSZYWO

Właściwości kruszyw żwirowych C 37 C 30

Ścieralność w bębnie Los Angeles, max [%] 25 35

Nasiąkliwość, max [%] 1,0 2,5

Mrozoodporność, max [%] 2,5 5,0

Zawartość związków siarki w przeliczeniu na SO3, max[%] 0,2 1,0

Zawartość ziaren nieforemnych, max[%] 15 25

Zawartość ziaren słabych, zanieczyszczeń zwietrzałych,

max[%] 7 10

Zawartość zanieczyszczeń obcych, max[%] 0,1 0,2

Zawartość zanieczyszczeń organicznych Barwa nie ciemniejsza

od wzorcowej

24

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/m3;

W przypadku mieszanki o uziarnieniu do 8 mm

można zwiększyć do 500 kg/m3;

25

KRUSZYWO

Maksymalna średnica

ziarna [mm]

Zawartość ziaren

mniejszych od 0,25 mm

[kg]

8 520 – 600

16 450 – 520

32 400 – 460

50 350 – 400

26

KRUSZYWO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5

0/8mm

0/8mm

0/16mm

0/16mm

0/31,5mm

0/31,5mm

Zalecane uziarnienie mieszanki kruszyw

27

DOMIESZKI

Napowietrzające

Plastyfikujące

Upłynniające

Opóźniające

28

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.

29

DOMIESZKI

Dodatki:

Np. Włókna stalowe 0,8 – 1,5% objętości

mieszanki betonowej.

30

Mieszanka betonowa

Konsystencja

Zawartość powietrza (ø → 0,01 – 0,02 mm) 3,5 % do

6,0% (bez i z domieszką)

Gęstość mieszanki

W/C → mniejszy od 0,45

31

Nawierzchnia betonowa PN-EN-13877 Mieszanka betonowa

Technologia wytarzania i formowania

→ Betoniarki przeciwbieżne

→ Zagęszczanie – wibratory o częstotliwości drgań 8-12 tys./min;

→ Zagęszczanie kolejnych warstw nie później niż po upływie 20

min od poprzedniej;

→ Warstwy o grubości max 20 cm;

32

Nawierzchnia betonowa PN-EN-13877 Mieszanka betonowa

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 10-14 dni (początek 6 – 8 godzin od

zaformowania);

→ Można stośować impregnację (np. emulsja oleju lnianego

w benzynie lub żywicy epoksydowej 1:1)

33

Nawierzchnia betonowa PN-EN-13877

Wymagane właściwości betonu

• wytrzymałość na ściskanie 40 MPa;

• wytrzymałość na rozciąganiu przy zginaniu 5,5 MPa;

• nasiąkliwość warstw zewnętrznych ≤ 5%;

• mrozoodporność 150 cykli zamrażania i odmrażania -

spadek wytrzymałości ≤5%.

34

35

36

37

38

39

40

Dziękuję za uwagę!