wpływ warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe z betonu

wpływ warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe z betonu

WPŁYW WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH NA NAWIERZCHNIE DROGOWE
Z BETONU CEMENTOWEGO
Natalia Muzyka, Grzegorz Misiak
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Stanisława Staszica w Pile
Streszczenie
W dobie intensywnego rozwoju infrastruktury drogowej, szczególnie w zakresie budowy dróg betonowych, niezwykle istotnym jest aby efekt finalny – nawierzchnia z betonu cementowego – wykazywała w okresie użytkowania bezawaryjność i trwałość. Sposobem na spełnienie tego wymogu jest
staranne postrzeganie reżimu i wytycznych technologicznych na każdym etapie prowadzonego „projektu drogowego”. Bardzo istotnym jest, aby zastosowane materiały pozwoliły na zaprojektowanie
betonu o wyspecyfikowanych parametrach, a jednocześnie aby rozwiązanie materiałowe zaprojektowane było ekonomicznie i zgodnie z zasadą zrównoważonego rozwoju.
Wstęp
Drogi i transport drogowy są tak stare, jak stara jest historia ludzkości. Wraz z rozwojem życia gospodarczego i kulturalnego zwiększały się potrzeby komunikacyjne i transportowe ludzi, udoskonalały się
pojazdy, wzrastała ich liczba, a także zwiększały się wymagania, co do stanu technicznego dróg i rozwoju sieci drogowej. Ulepszenia te obejmowały także nawierzchnie betonowe, które przeszły również
ewolucję i rewolucję technologiczną w porównaniu ze swoimi pierwowzorami z początku lat dwudziestych ubiegłego wieku.
Konstrukcją nawierzchni z betonu cementowego nazywamy zespół warstw ułożonych na naturalnym
lub ulepszonym podłożu gruntowym. Służy ona przejmowaniu i przenoszeniu na podłoże gruntowe
obciążeń pochodzących od kół pojazdów i innych wpływów zewnętrznych, w sposób zapewniający jej
www.think.wsiz.rzeszow.pl, ISSN 2082-1107, Nr 3 (15) 2013, s. 57-63
Wpływ warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe z betonu cementowego
określoną trwałość. Konstrukcja taka powinna zapewnić określony poziom wygody i bezpieczeństwa
ruchu, co uzależnione jest od równości i szorstkości jej zewnętrznej powierzchni1.
1.
Cel badań
Kryzys energetyczny w gospodarce światowej, w tym również i polskiej w połowie lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku, przyczynił się do wzrostu zainteresowania administracji drogowej nawierzchniami betonowymi. Zostało to spotęgowane zwłaszcza wtedy, gdy w połowie lat dziewięćdziesiątych
zaobserwowano nagminne zjawisko powstawania kolein w nawierzchniach asfaltowych, spowodowane m.in. zwiększającym się obciążeniem osi pojazdów, jak i wzrostem intensywności ruchu.
Upraszczając dość złożone zagadnienia można stwierdzić, iż celem naszych badań jest uzmysłowienie
kolegom studentom kierunku budownictwa, ważności problematyki związanej z infrastrukturą drogową, a w szczególności wpływu warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe.
2. Materiały i metody
Na każdą konstrukcję nawierzchni oddziałują następujące czynniki zewnętrzne:
-
-
obciążenie wywierane na powierzchnię jezdni przez koła pojazdów poruszających się z różną
prędkością; istotna jest nie tylko wartość obciążenia, lecz także liczba i układ osi w pojeździe, liczba kół zlokalizowanych na osi oraz jego powtarzalność, zależna od natężenia ruchu,
temperatura, działająca na poszczególne warstwy, w szczególności na betonową warstwę nawierzchniową oraz podłoże gruntowe,
woda powierzchniowa i gruntowa,
inne czynniki, jak np. środki chemiczne używane do zimowego utrzymania, starzenie się materiałów itp.2.
W tym referacie ograniczono się do przeanalizowania tylko kilku z powyższych czynników ze względów ekonomiczno-sprzętowych (laboratoryjnych).
Dobrze zaprojektowana i wykonana nawierzchnia betonowa cechuje się m. in. dużą nośnością i zdolnością przenoszenia obciążeń oraz dobrymi cechami eksploatacyjnymi - jasny kolor oraz niskie koszty
utrzymania.
Program badań obejmuje działania sprawdzające ścieralność oraz wytrzymałość na ściskanie. Próbki
do badań, w postaci kostki o wymiarach 150x150x150 mm wykonano według poniższej receptury.
Przygotowane kostki przechowywano w trzech różnych warunkach klimatycznych. Pierwsza część
kostek była poddana bezpośredniemu działaniu zewnętrznych warunków klimatycznych (deszcz,
mróz, śnieg, wahania temperatury itp.), drugą grupę kostek poddano tylko częściowo warunkom
zewnętrznym (mróz, wahania temperatury), zaś trzecia część kostek była przechowywana w warunkach laboratoryjnych w celu porównania wyników.
1
A. Szydło, Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego – Teoria, Wymiarowanie, Realizacja, POLSKI CEMENT Sp. z o.o.
Kraków 2004, s. 13-16.
2
Tamże.
58
Wpływ warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe z betonu cementowego
Dane wejściowe:
Klasa betonu:
B35
Stopień wodoszczelności:
W8
Stopień mrozoodporności:
F150
Nasiąkliwość betonu:
ns< 5%
Konsystencja:
K4
Skład mieszanki betonowej na 1 m3:
Nazwa materiału
Źródło zaopatrzenia
Ilość (kg)
Objętość (dm3)
CEM I 42,5N HSR/NA
Lafarge
355
116,4
Piasek zwykły 0/2
Lafarge
669
252,4
Grys bazaltowy 2/8
Lafarge
593
197,7
Grys bazaltowy 8/16
Lafarge
696
232,0
Chryso® fluid Optima 175
Chryso
2,46
2,33
Chryso®Air A10
Chryso
0,35
0,35
Woda
Wodociągowa
158
158
Źródło: M. Hsino, J. Pasławski, Elastyczność w procedurach pielęgnacji betonu w dwóch skrajnych
warunkach klimatycznych, Monografia XII Konferencji Doktorantów Wydziałów Budownictwa pt.
„BADANIA DOŚWIADCZALNE I TEORETYCZNE W BUDOWNICTWIE” - Gliwice 2012, s. 553-561
3. Wyniki
Kostki do badań według powyższej receptury były wykonane w maju ubiegłego roku i przechowywano je prawie przez rok we wspominanych wcześniej warunkach klimatycznych .
Po czym wykonano badania wytrzymałości na ściskanie rys.1.
59
Wpływ warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe z betonu cementowego
Rys. 1. Widok próbki podczas badania wytrzymałości na ściskanie
Źródło: badania własne
Wyniki przedstawiono w postaci wykresów.
Grupa pierwsza – w warunkach zewnętrznych rys. 2
Rys. 2. Wykres wytrzymałości na ściskanie
60,00
Wytrzymałość [MPa]
50,00
40,00
30,00
warunki zewnętrzne
20,00
10,00
0,00
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
liczba próbek
Źródło: badania własne
60
Wpływ warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe z betonu cementowego
Grupa druga - w warunkach pod zadaszeniem rys. 3
Rys. 3. Wykres wytrzymałości na ściskanie
45
Wytrzymałość [MPa]
40
35
30
25
20
Pod zadaszeniem
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
liczba próbek
Źródło: badania własne
Grupa trzecia- w warunkach laboratoryjnych rys.4.
Rys. 4. Wykres wytrzymałości na ściskanie
60,00
Wytrzymałość [MPa]
50,00
40,00
30,00
warunki laboratoryjne
20,00
10,00
0,00
0
1
2
3
4
liczba próbek
Źródło: badania własne
61
Wpływ warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe z betonu cementowego
Poniższy wykres rys. 5 przedstawia wyniki badań umożliwiających porównanie trzech grup między
sobą.
Rys. 5. Wykres wytrzymałości na ściskanie - porównanie
Wytrzymałość na ściskanie
Wytrzymałości [ MPa]
60
50
40
30
Pod zadaszeniem
20
warunki laboratoryjne
warunki zewnętrzne
10
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
liczba próbek
Źródło: badania własne
Analizując powyższy wykres można zauważyć, iż kostki przechowywane w warunkach laboratoryjnych
uzyskały najlepsze wyniki i to było do przewidzenia. Natomiast zaskoczeniem było to, że kostki poddane bezpośredniemu działaniu wszystkich czynników zewnętrznych (mróz, śnieg, wahania temperatur, deszcz itp.) uzyskały lepsze wyniki aniżeli kostki przechowywane pod zadaszeniem, wynik ten
należy tłumaczyć tym , że kostki przechowywane na zewnątrz miały ułatwiony dostęp do wilgoci
znajdującej się w powietrzu co spowodowało prawidłowy przebieg hydratacji w mieszance betonowej podczas dojrzewania.
Zakończenie
Jedną z istotnych przyczyn destrukcji betonu jest wystąpienie cyklicznego zamarzania i odmarzania
w okresie zimowym, co niesie za sobą zmniejszenie odporności betonu. Poprawa mrozoodporności
jest okupiona spadkiem (czasem nawet 30%) wytrzymałości na ściskanie. Celem sztuki budowlanej
jest znalezienie właściwego kompromisu w wielowymiarowej przestrzeni: parametry materiałowe,
parametry technologiczne, użyteczność betonu – właściwości technologiczne mieszanki betonowej
i właściwości techniczne betonu.
62
Wpływ warunków klimatycznych na nawierzchnie drogowe z betonu cementowego
Bibliografia
1. Szydło A., Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego – Teoria, Wymiarowanie, Realizacja,
POLSKI CEMENT Sp. z o.o. Kraków 2004, s. 13-16.
2. Hsino M., Pasławski J., Elastyczność w procedurach pielęgnacji betonu w dwóch skrajnych warunkach klimatycznych, Monografia XII Konferencji Doktorantów Wydziałów Budownictwa pt. „BADANIA DOŚWIADCZALNE I TEORETYCZNE W BUDOWNICTWIE” - Gliwice 2012, s. 553-561
63