praca licencjacka MARIUSZ 1.01.20111
Tematyka:
Od wielu lat obserwujemy w Polsce dynamiczny wzrost ruchu samochodowego. Konsekwencją tego zjawiska jest degradacja istniejącej sieci dróg, która jest wręcz rozjeżdżana przez kolumny przeciążonych samochodów ciężarowych. Nawierzchnie asfaltowe nie są w stanie unieść tak dużych obciążeń w wyniku czego ulegają skoleinowaniu. Lekarstwem na drogi o największym natężeniu ruchu są drogi z betonu czyli nawierzchnie sztywne.
Najważniejsze zalety nawierzchni betonowych to większa trwałość, brak zjawiska koleinowania, niższy koszt eksploatacji, większe bezpieczeństwo, niższy poziom hałasu oraz możliwość recyklingu. Trwałość dróg betonowych jest średnio 2,5-3,5 razy większa niż asfaltowych. Bardzo ważną zaletą jest ich duża przyczepność. Budowa dróg betonowych jest wciąż droższa jednak droższy koszt budowy jest szybko rekompensowany przez niski koszt późniejszego ich utrzymania.
W Polsce drogi betonowe wciąż są rzadkością jednak już dziś możemy pochwalić się 92 kilometrowym odcinkiem autostrady A4 pomiędzy Wrocławiem a Krzywą. W 2007 roku rozpoczęła się również budowa kolejnego odcinka tej samej autostrady w technologii betonowej (Zgorzelec-Krzyżowa) o długości nieco ponad 51 km. Kolejnym przykładem jest modernizacja drogi krajowej nr 8 pomiędzy Warszawą a Katowicami.
Porównując analizę kosztów budowy nowych nawierzchni drogowych przeprowadzonych przez Stowarzyszenie Producentów Cementu możemy wykazać, że w przypadku kategorii ruchu KR1 ceny budowy nawierzchni betonowych są nieznacznie wyższe od nawierzchni asfaltowych. Dla kategorii ruchu KR2 koszty budowy są porównywalne, a począwszy od kategorii ruchu KR3 nawierzchnie betonowe są zdecydowanie najtańszym rozwiązaniem.
Potwierdzeniem powyższych wyliczeń może być przykład rzeczywistych kosztów budowy nawierzchni betonowej w gminie Ujazd w 2006 roku. W przeliczeniu na powierzchnię 1 m3 nawierzchni betonowej cena wyniosła 95,45 PLN, dla porównania cena nawierzchni asfaltowej wyniosła 91,83 PLN. W obu przypadkach koszty są porównywalne jednak gwarancja na drogę betonową dwa razy dłuższa
Właściwości i kryteria doboru składników mieszanki betonowej
W zakresie doboru cementu
Do wykonywania nawierzchni betonowych należy stosować cementy podane w tablicy 1. Tablica ta zawiera również dodatkowe wymagania dla cementów portlandzkich obejmujące:
• powierzchnię właściwą
• wodożądność
• początkową wytrzymałość 2-dniową
• początek wiązania.
Zaleca się stosowanie cementów, których właściwości odpowiadają wymaganiom normy PN-B-19701; 1997.
Do wyższych kategorii ruchu tj. KR4, KR5 i KR6 powinny być stosowane cementy portlandzkie CEM I 32,5, CEM I 32,5 R i CEM I 42,5, CEM I 41,5 R. Dla dróg o niższej kategorii ruchu nie wprowadza się ograniczeń stosowania cementu.
W zakresie doboru kruszywa
a) kruszywo grube
Do wykonywania mieszanek betonowych do nawierzchni drogowych należy stosować kruszywa łamane i naturalne, płukane o maksymalnym wymiarze ziaren do 31,5 mm według norm PN-B-11111; 1986 i PN-B-11112; 1996.
Dopuszcza się stosowanie kruszywa grubego z recyklingu, pod warunkiem spełnienia parametrów użytkowych betonu określonych na zarobach próbnych.
W przypadku wykonywania nawierzchni drogowych dwuwarstwowych do warstwy górnej należy stosować kruszywa łamane i naturalne, płukane o maksymalnym wymiarze ziaren do 8,0 lub 16 mm wg normy PN-B- 11111; 1986 w zależności od grubości warstwy.
b) kruszywa drobne
Do wykonywania drobnych mieszanek betonowych należy stosować piasek naturalny, jak i łamany spełniający wymagania norm PN-B-11112; 1996 oraz PN-B-11113; 1996.
W zakresie doboru mieszanek
Domieszki do wykonywania betonu powinny być zgodne z normą PN-EN 934-2 lub dokumentami dopuszczającymi. Konieczne jest stosowanie domieszek o działaniu napowietrzającym. Stosowanie domieszek uplastyczniających i upłynniających powinno wynikać z potrzeb technologicznych podyktowanych warunkami wbudowania mieszanki betonowej. Przy wyborze domieszki należy uwzględnić jej zgodność z cementem. Badanie zgodności należy wykonać w laboratorium i sprawdzić na odcinku próbnym.
Procedura techniczna i ilość dozowanych domieszek powinny być zgodne z ustaleniami odpowiednich dokumentów i instrukcji. Nie należy stosować równocześnie więcej niż trzech rodzajów domieszek.
Dodatek popiołów lotnych.
Beton z dodatkiem popiołu lotnego charakteryzuje się mniejszym współczynnikiem dyfuzji chlorków niż beton zwykły na bazie cementu portlandzkiego. Przy znacznej redukcji współczynnika dyfuzji chlorków, zwiększa się wodoszczelność betonu. Beton z dodatkiem popiołu lotnego jest tańszy i ma lepsze właściwości fizyczne i odporność chemiczną. Z tego względu dąży się do zastępowania cementu w betonie popiołami lotnymi.
Właściwości mieszanki betonowej i betonu
Konsystencja mieszanki betonowej powinna być dostosowana do warunków transportu oraz technologii jej wbudowania. Zaleca się stosować konsystencję mieszanki w przedziale K2 - K4, tj. od gęstoplastycznej do półciekłej. Współczynnik wodno-cementowy (W/C) powinien wynosić poniżej 0,45.
Zawartość cementu w mieszance betonowej nie powinna być mniejsza niż 350 kg/m3.
Beton natomiast powinien posiadać następujące właściwości:
• wytrzymałość na ściskanie odpowiadającą klasie B30 - B50, zgodnie z normą PN-B-06250; 1988
• wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu Rzg od 4,0 MPa do 6,5 MPa w zależności od przeznaczenia; zgodnie z procedurą badawczą IBDiM nr PB-TB-02/2001
• nasiąkliwość wagowa nie więcej niż 5,0 % zgodnie z normą PN-B-06250; 1998
• stopień mrozoodporności co najmniej F150, uzyskany po badaniu metodą bezpośrednią; zgodnie z normą PN-B-06250; 1988
• odporność na działanie środków odladzających po 50 cyklach badania w 3% roztworze NaCl; zgodnie z procedurą badawczą IBDiM nr PB-TB-01/2001.
Przedstawione wymagania dotyczące składników mieszanki betonowej oraz betonu uwzględniają aktualną normalizację cementów w Polsce, która, jak wcześniej podano, odpowiada wymaganiom Unii Europejskiej, oraz są zgodne z zatwierdzonymi katalogami nawierzchni sztywnych w wielu krajach zachodnich.
Dopuszczenie do stosowania większej liczby cementów daje możliwość projektantowi optymalnego kształtowania właściwości betonu, uwzględniając jego klasę i trwałość. Polska, wbrew obiegowej opinii, posiada kilkudziesięcioletnie tradycje w budowie dróg betonowych. Pierwsze drogi betonowe w Polsce wybudowano w latach 1935-1939, ale również w latach 50. i 80. budowano lokalne drogi betonowe. Większy rozwój budowy dróg betonowych nastąpił po roku 1990. Przykładem jest tutaj odcinek autostrady A12 Golnice - Krzywa oraz odcinków dróg lokalnych.
Należy również podkreślić, że ostatnio rząd podjął decyzję o budowie kilku odcinków autostrad i dróg szybkiego ruchu z betonu (około 357 km).
Opracowany nowy katalog dróg betonowych ułatwi inwestorom podjęcie właściwych decyzji co do wyboru materiałów, z których powinno budować się drogi i autostrady. Można również przyjąć, że przyczyni się on w istotny sposób do zintensyfikowania budowy nawierzchni drogowych z betonu. Należy tutaj dodać, że wszystkie podstawowe surowce do budowy dróg betonowych są wytwarzane w Polsce. Zarówno przemysł cementowy produkuje cementy o odpowiedniej jakości, jak również przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją kruszyw są w stanie spełnić zawarte w katalogu wymagania jakościowe.
