trwaŁoŚĆ betonu w konstrukcjach mostowych · pdf filestwardniałego betonu na działanie...

Zbigniew GIERGICZNY1

Wojciech WIERCZYSKI2

Sambath HENG3

TRWAO BETONU W KONSTRUKCJACH MOSTOWYCH

1. Wprowadzenie

Beton stosowany w budowie obiektw inynierii komunikacyjnej (drogi, mosty,

wiadukty) musi charakteryzowa si wysok jakoci, z uwagi na fakt, e poddawany jest on

duym obcieniom mechanicznym oraz dziaaniu zmiennych temperatur i rodkw

odladzajcych. Wymaga to odpowiedniej starannoci przy jego projektowaniu,

wykonywaniu, transporcie i zabudowie. Beton mostowy wymaga take odpowiedniej i

starannej pielgnacji.

W budownictwie mostowym trwao moe by definiowana jako zdolno

konstrukcji betonowej do speniania swojej funkcji przez okres planowanego uytkowania w

projektowanych warunkach, bez ponoszenia nadmiernych kosztw napraw i konserwacji [1-

3]. Oznacza spenianie swojej funkcji, a zatem jego jako, jest fundamentalnym wymogiem

osignicia celowoci wybudowania obiektu mostowego. Przy projektowaniu betonw w

konstrukcjach mostowych naley uwzgldni, zarwno czynniki technologiczne zwizane z

ksztatowaniem odpowiedniego poziomu wytrzymaoci, jak i trwaoci betonu.

Wysokiej jakoci beton stosowany w budownictwie mostowym powinien charakteryzowa

si nastpujcymi waciwociami [3]:

dobr urabialnoci mieszanki betonowej (przez co najmniej 60-90 minut),

odpowiednio wysok wytrzymaoci na ciskanie w okresie normowym (po 28 dniach dojrzewania),

wysok trwaoci zwizan ze szczelnoci. Mona to osign poprzez zastosowanie w praktycznym uyciu ostatnich osigni z

zakresu technologii betonu, a mianowicie:

obnienie wielkoci stosunku woda/cement (w/c) w mieszance betonowej do 0,45 i niej,

odpowiedni cieko mieszanki betonowej naley osign poprzez stosowanie domieszek chemicznych silnie upynniajcych (opartych na polimerach),

___________________________ 1prof. ndzw. dr hab. in. Wydzia Budownictwa Politechniki lskiej w Gliwicach, Centrum

Technologiczne Betotech Sp. z o.o. w Dbrowie Grniczej 2mgr in. Sika Poland 3dr in. P.P.M.B. Bosta Beton Sp. z o.o. Warszawa

zaprojektowanie szczelnego stosu okruchowego pozwalajcego na uzyskanie szczelnej struktury stwardniaego betonu; dziaaniem wspomagajcym jest

stosowanie wysokiej jakoci mikrowypeniaczy, np. pyu krzemionkowego, czy

popiou lotnego. S to te dodatki o aktywnoci pucolanowej, co jest istotne z

punktu widzenia ksztatowania trwaoci stwardniaego betonu,

stosowanie domieszek napowietrzajcych pozwalajcych na popraw mrozoodpornoci betonu,

wzmocnienie warstwy przejciowej stwardniay zaczyn-kruszywo poprzez stosowanie dodatkw mineralnych o wysokiej aktywnoci pucolanowej np. pyu

krzemionkowego [4,5].

Majc powysze na uwadze autorzy, na przykadzie budowy Mostu Rdziskiego, w cigu

obwodnicy Wrocawia, pokazuj zasady ksztatowania jakoci betonu poczwszy od doboru

skadnikw, a na waciwej zabudowie skoczywszy. Jako przykad waciwego doboru

cementu w wykonawstwie konstrukcji mostowej pokazano wykonawstwo pylonw.

Rys. 1. Widok z pylonu Mostu Rdziskiego (zdjcie wasne autora)

Autostradowa obwodnica Wrocawia A 8, z najduszym w Polsce podwieszonym

na pylonie mostem i estakadami dojazdowymi we Wrocawiu bya najwiksz inwestycj

mostowo drogow zakoczon w 2011 roku. Bardzo wysokie wymagania projektowe,

jakociowe i terminowe tego obiektu wymagay uycia mieszanek betonowych dla ktrych

opracowano cakowicie nowej domieszki superplastyfikujcej opartej o polimery PCE.

Dziaanie tej innowacyjnej domieszki w mieszance betonowej oparte jest na kilku

zjawiskach fizycznochemicznych. Dziki wykorzystaniu zjawiska adsorpcji

powierzchniowej i efektu przestrzennej separacji czstek dziaajcych na ziarna cementu i

frakcji miakich uzyskiwane s takie waciwoci mieszanki betonowej, jak odpowiednia

Najwyszy pylon w Polsce 120 m

Najduszy elbetowy most podwieszony w

Polsce (cz podwieszona 2 256 m = 512 m)

Najduszy most podwieszony na jednym pylonie

w Polsce

Najdusze przso elbetowe w Polsce 256 m

konsystencja przy ograniczonej iloci wody zarobowej (niskie w/c), utrzymanie konsystencji

przez okres niezbdny do transportu i zabudowania mieszanki w konstrukcji. Jej stosowanie,

w kompozycji z pyem krzemionkowym (mikrokrzemionk), pozwala na uzyskanie betonu o

wysokiej gstoci, wysokiej wytrzymaoci i trwaoci.

2. Skadniki mieszanki betonowej

Cement

Cement w budowie obiektw powinno dobiera si kierujc si zasadami zawartymi w

normie PN-EN 206-1:2003 [9], spord cementw o ustalonej przydatnoci (zgodnych z

wymaganiami obowizujcych norm zharmonizowanych PN-EN lub norm krajowych)

biorc pod uwag:

realizacj robt,

przeznaczenie betonu,

warunki pielgnacji betonu,

wymiary konstrukcji (wydzielanie ciepa); przy betonach masywnych naley stosowa cementy o niskim cieple hydratacji LH wedug wymaga normy PN-EN

197-1:2012 [8],

warunki rodowiska na ktre bdzie naraona konstrukcja; w przypadku agresji chemicznej w klasie XA2 i XA3 wedug zapisw normy PN-EN 206-1:2003[9]

naley stosowa cementy odporne na siarczany wedug wymaga normy PN-EN

197-1:2012 (cementy SR) lub PN-B-19707:2003 [10] (cementy HSR),

potencjaln reaktywno kruszywa z alkaliami zawartymi w skadnikach mieszanki betonowej - przy budowie obiektw komunikacyjnych nie naley stosowa kruszyw

reaktywnych.

Wymagania dla cementu zawarte w Rozporzdzeniu Ministra Transportu i Gospodarki

Morskiej nr 735 z dnia 30.05.2000 [11] s odmienne i powinny by zmienione z

uwzgldnieniem zapisw zawartych w normie PN-EN 206-1. W szerszym zakresie w

budownictwie mostowym naley stosowa cementy z dodatkami mineralnymi, zwaszcza do

wykonywania konstrukcji masywnych i naraonych na korozyjne oddziaywanie rodowiska

(fundamenty, podpory mostw).

Szczeglnie nie przystaje do aktualnego stanu wiedzy zapis o korelacji pomidzy klas

cementu a klas betonu (p. 164.1 Rozporzdzenia. Do wykonywania betonw mostowych

powinien by zastosowany cement portlandzki CEM I niskoalkaliczny:

do betonu klasy B25 cement klasy 32,5NA,

do betonu klasy B30, B35 i B40 cement klasy 42,5NA,

do betonu klasy B45 i wikszej cement klasy 52,5NA. Zapis ten zosta sformuowany kilkadziesit lat temu, kiedy w technologii betonu

nie stosowano domieszek uplastyczniajcych (plastyfikatorw) i upynniajcych

(superplastyfikatorw), ktre pozwalaj na znaczn redukcj iloci wody zarobowej, bez

zmiany konsystencji. Na rys. 2 pokazano wpyw w/c na wytrzymao betonu wykonanego z

rnych rodzajw cementu.

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

w/c =

0,45

w/c =

0,50

w/c =

0,65

Wytr

zym

ao

,

MP

aCEM I 42,5R

CEM II/B-S 42,5

CEM III/A 32,5N-HSR/LH/NA

Rys. 2. Zalenoci pomidzy stosunkiem w/c a wytrzymaoci na ciskanie betonu

po 28 dniach dojrzewania (ilo cementu w 1m3 betonu 350 kg).

W wykonawstwie pylonw Mostu Rdziskiego (rys.3) zastosowano 3 cementy:

cement portlandzki CEM I 42,5R (grny poziom pylonu), cement hutniczy CEM III/A

42,5N-HSR/NA (filary pylonu) oraz cement hutniczy CEM III/A 32,5N-LH-HSR/NA

(fundament pylonu). Podstawowe waciwoci uytych cementw pokazano w tablicy 1.

Rys. 3. Pylony Mostu Rdziskiego (zdjcie wasne autora)

Tablica 1. Waciwoci cementw

Waciwo

Rodzaj cementu

CEM I

42,5R

CEM III/A

42,5N-HSR/NA

CEM III/A

32,5N-LH-

HSR/NA

Zmiany objtoci, [mm] 0,4 0,1 0,2

Pocztek wizania, [minuty] 173 253 295

Wytrzymao

na ciskanie,

[MPa]

2 dni 27,3 15,1 9,6

7 dni 38,2 30,7 23,5

28 dni 52,9 55,1 46,4

Zawarto alkaliw (Na2Oeq), [%] 0,72 0,90 0,80

Kruszywa

W produkcji betonw mostowych naley stosowa kruszywa mineralne,

speniajce wymagania normy okrelonej poprzez projektanta w specyfikacji technicznej.

Piasek 0-2 mm powinien by pukany i posiada odpowiednie uziarnienie, i tak:

zawarto frakcji poniej 0,063 mm nie moe by wysza ni 1%,

zawarto frakcji poniej 0,250 mm winna wynosi 10-15%,

zawarto frakcji poniej 0,5 mm winna wynosi 40-50%. W celu zapewnienia jednorodnoci uziarnienia mieszanki kruszywa w betonie, zaleca si

stosowanie w skadzie mieszanki dwch rodzajw piasku: o uziarnieniu 0-0,5 mm i 0,5 2

mm.

Kruszywo grube przeznaczone do betonw mostowych powinno skada si z

ziaren o odpowiedniej wytrzymaoci mechanicznej i nie zwietrzaych. Naley stosowa

kruszywo pukane o zawartoci pyw mineralnych poniej 0,063 mm nie powinna by

wysza ni 0,3% pomimo, e norma PN-86/B-06712 dopuszcza do 1%. Kruszywo to

powinno by odporne na dziaanie mrozu i posiada ma nasikliwo. Pod wzgldem

uziarnienia stosowane do betonw mostowych kruszywa grube winny dzieli si na frakcje

ziarnowe: 2-8 mm; 8-16 mm (moliwe jest take uycie frakcji16-32 mm).

Dodatki do betonu:

Najczstszym dodatkiem stosowanym do betonw mostowych jest py

krzemionkowy (mikrokrzemionka) stosowana w iloci do 10%. Jest to materia o bardzo

rozwinitej powierzchni waciwej (powyej 15000m2/kg). Cechuje go bardzo wysoka

aktywno pucolanowa tzn. dua zdolno wizania jonw wa