Multifunkcjonalne nawierzchnie z betonu jamistego

Rys historyczny

Pierwsze zastosowanie betonu jamistego datuje się na połowę XIX wieku [8] (rys. 2). Materiał ten zastosowano wtedy w Anglii jako tańszy, ze względu na niższą zawartość cementu, zamiennik betonu zwykłego. Beton jamisty został wtedy wykorzystany do wykonania elementów ustroju nośnego dwóch budynków mieszkalnych. W ciągu następnego stulecia beton jamisty stosowano głównie do wykonywania elementów ustrojów nośnych budynków oraz sporadycznie nawierzchni w Europie, na Bliskim Wschodzie oraz w Australii, widząc w tym materiale przede wszystkim remedium na problemy z dostępnością cementu portlandzkiego.

Dopiero w latach 70. XX w. w USA beton jamisty zaczęto traktować jako narzędzie do efektywnego zarządzania wodą opadową [8]. To wtedy nawierzchnie z betonu jamistego zaczęto stosować powszechnie w takich miastach jak Los Angeles, które borykało się problemami spływów powierzchniowych po intensywnych opadach deszczu. Beton jamisty dość szybko znalazł szerokie zastosowanie w USA i do dzisiaj znajduje się tam najwięcej oddanych do użytku wodoprzepuszczalnych nawierzchni z tego materiału. W 1976 r. w Stanach Zjednoczonych zostały wydane po raz pierwszy wytyczne techniczne do projektowania nawierzchni z betonu jamistego, a od 1999 r. nawierzchnie z betonu jamistego są wskazywane przez EPA (ang. Environmental Protection Agency) w kategorii najlepszych możliwych rozwiązań w zarządzaniu wodą opadową [9].

W Polsce beton jamisty jak dotychczas był stosowany przede wszystkim do wykonywania podbudów pod boiskami sportowymi, placami zabaw oraz nawierzchniami z kostki brukowej bądź płyt chodnikowych. Dopiero od kilku lat widać wyraźny wzrost zainteresowania tematyką betonu wodoprzepuszczalnego na polskim rynku budowlanym. Beton jamisty wdrażany jest obecnie u kilku producentów kostki brukowej oraz pojawił się w ofercie wiodących producentów betonu towarowego. Przyczyn ostrożności, z jaką traktowany jest ten materiał w naszym kraju, należy doszukiwać się w obawach krajowych wykonawców związanych z trwałością tego typu rozwiązania w naszym klimacie. To głównie ryzyko związane z brakiem odporności na korozję mrozową w obecności środków odladzających lub bez nich może powstrzymywać przed rozszerzaniem użyteczności betonu jamistego. Pozostaje również ważny aspekt utrzymaniowy tego typu nawierzchni, których powierzchnie powinny być regularnie czyszczone.

Właściwości mechaniczne i trwałościowe betonu jamistego

Cechy wytrzymałościowe betonów jamistych zależą głównie od porowatości jego struktury, a mniej od innych istotnych w przypadku betonu zwykłego czynników kształtujących ich wytrzymałość, takich jak rodzaj, klasa i zawartość cementu w mieszance betonowej, współczynnik w/c, rodzaj i uziarnienie kruszywa czy sposób i czas pielęgnacji.

Przy wysokiej porowatości (> 20%) nie ma możliwości uzyskania wysokich klas wytrzymałości na ściskanie betonów jamistych. Wraz ze wzrostem porowatości betonu jego wytrzymałość na ściskanie maleje w przybliżeniu liniowo (rys. 3). Jak wskazują wyniki badań autorów, zmniejszając porowatość efektywną (objętość pustek powietrznych w masie betonu, dostępnych dla wody) betonu jamistego poniżej 20%, wytrzymałość na ściskanie tego materiału w 7. dniu dojrzewania może przekraczać 15 MPa. W praktyce zastosowanie w budownictwie znajdują betony jamiste o klasach wytrzymałości na ściskanie od C8/10 (podbudowy) do C20/25 (nawierzchnie drogowe).

Na porowatość efektywną betonu jamistego największy wpływ mają: skład ilościowy mieszanki betonowej, w tym przede wszystkim proporcja zaczynu/zaprawy do kruszywa grubego, ciekłość zaczynu oraz metoda i parametry procesu zagęszczania. Monolityczne nawierzchnie z betonu jamistego, zagęszczane obrotową listwą wibracyjną (tzw. rollerem), mają najczęściej porowatość efektywną w zakresie 15-30%. W przypadku prefabrykacji i zagęszczania mieszanki, np. na stole wibracyjnym, istnieje możliwość uzyskania porowatości efektywnej poniżej 15%.

Pozostałe właściwości mechaniczne brane pod uwagę przy projektowaniu betonu nawierzchniowego, takie jak wytrzymałość na zginanie oraz moduł sprężystości podłużnej, są również istotnie zależne od porowatości efektywnej betonu jamistego, przy czym zależności te nie są z reguły liniowe. Wyniki badań autorów wskazują, że przy wytrzymałości na ściskanie wynoszącej w 28. dniu dojrzewania około 30 MPa możliwe jest uzyskanie wytrzymałości na rozciąganie przy rozłupywaniu powyżej 3,0 MPa oraz wytrzymałości na zginanie powyżej 4,0 MPa. Moduł sprężystości takiego betonu wynosi wtedy zazwyczaj około 25-30 GPa.

Spośród właściwości trwałościowych betonów nawierzchniowych w naszej strefie klimatycznej najważniejsza jest mrozoodporność bez udziału środków odladzających i z ich udziałem. Najważniejszy wpływ w kształtowaniu mrozoodporności betonu jamistego mają jego porowatość, grubość otulenia kruszywa grubego oraz zimowe utrzymanie nawierzchni. Obecnie na świecie nie ma znormalizowanych metod oceny mrozoodporności betonu jamistego. Najczęściej w ocenie mrozoodporności betonu jamistego wykorzystuje się metody stosowane w odniesieniu do betonu zwykłego. W Polsce najczęściej jest to ocena mrozoodporności w badaniu naprzemiennego zamrażania-rozmrażania według PN-B-06265. Jak wskazują doświadczenia autorów, możliwe jest uzyskanie betonów jamistych o stopniu mrozoodporności określanym według tej procedury, w zakresie F50-F150. Należy jednak nadmienić, że badanie to jest bardzo agresywne w stosunku do betonu jamistego. Dzieje się tak ze względu na gwałtowny przebieg procesu zamrażania w czasie badania według PN-B-06265, który w praktyce często uniemożliwia odsączenie wody ze struktury betonu jamistego. Dlatego formułowanie tych samych wymagań odnośnie do stopnia mrozoodporności w stosunku do betonu jamistego jak do betonu zwykłego nie znajduje często uzasadnienia.

Galeria