trwaŁoŚĆ betonu w konstrukcjach mostowych · pdf filestwardniałego betonu na działanie...
Post on 28-Feb-2019
213 views
Embed Size (px)
TRANSCRIPT
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