Rola betonu w budownictwie mostowym – perspektywy rozwojowe

Podsumowanie

Z przedstawionych i subiektywnie wybranych przez autora informacji wynikają następujące wnioski dotyczące obecnej i przyszłej roli betonu w budownictwie mostowym.

• Znaczenie betonu i jego nowych odmian było, jest i będzie nadal wiodące i będzie dotyczyć wszystkich rodzajów konstrukcji nośnej, poza kratownicową. Trudno sobie wyobrazić, by jakikolwiek inny materiał wygrał w dającej się przewidzieć przyszłości ów „trójbój” wspomniany na początku tego artykułu.
• Dalszy wzrost rozpiętości przęsłowych mostów betonowych jest potencjalnie możliwy, ale nie należy się spodziewać, by był on bardzo duży; ewentualne nowe rekordy będą raczej niewiele większe od dotychczasowych.
• Wszystkie najważniejsze tendencje rozwojowe mostownictwa betonowego znajdują odzwierciedlenie w naszym kraju. Polskie mostownictwo ma tu znaczące osiągnięcia w skali międzynarodowej.
• Głównie ze względu na zwiększenie trwałości obiektów mostowych wzrastać będzie użycie betonów klas C50/60-C90/105 o normalnej gęstości, co jest już teraz wyraźnie zauważalne. Większe jeszcze klasy wytrzymałości będą zapewne nadal stosowane incydentalnie, choć technologia ich wytwarzania jest opanowana. Można się też spodziewać większego wzrostu zakresu wprowadzania do budowy mostów, zwłaszcza o dużej skali, betonów lekkich nowych generacji, klas co najmniej LC 50/55. Pozwoli to na znaczną redukcję ciężaru własnego konstrukcji.
• Duże szanse rozwoju zastosowań w praktyce mostowej mają też betony samozagęszczalne i te o normalnej gęstości, już wprowadzone do niektórych realizacji krajowych, jak i samozagęszczalne betony lekkie, których obecnie – według być może niepełnej wiedzy autora – nie zastosowano jeszcze w żadnym obiekcie mostowym na świecie mimo wykazania na drodze badań przydatności praktycznej tego rodzaju betonów.
• W dalszej przyszłości może rozwinąć się technologia tzw. druku 3D elementów konstrukcyjnych. Obecnie technologa ta pozwala w kraju na produkcję drobnowymiarową [31].

Kilka odautorskich refleksji uzasadniających sposób przedstawienia betonu:

• Jak wiadomo, beton w różnych jego odmianach jest materiałem służącym do celów budowlanych od starożytności. Jednak początki tego materiału, które można nazwać betonem współczesnym, to rok 1824, kiedy to Anglik Joseph Aspdin uzyskał patent na cement portlandzki. Od tego czasu nastąpił stały rozwój technologii betonu, pozwalającej obecnie na otrzymywanie betonu o wytrzymałości na ściskanie przekraczającej 300 MPa (ilustruje to krzywa rozwoju betonu, tzw. krzywa prof. Lecha Czarneckiego [1]).
• Beton jest już od dawna najpowszechniej stosowanym materiałem budowlanym. Warto zatem zapytać, dlaczego tak jest? Odpowiedź pozwolę sobie ująć nieco kolokwialnie, tak jak czynię to na wykładach dla studentów, ale co chyba dobrze oddaje istotę tej kwestii. Otóż, gdyby zorganizować hipotetyczne zawody w trójboju materiałowym „cechy wytrzymałościowe – trwałość – cena”, to beton po prostu nie ma konkurencji. Tak właśnie jest także w mostownictwie i to tłumaczy tak liczne i wszechstronne stosowanie w nim betonu. Do wymienionego „trójboju” warto dzisiaj dodać jeszcze czwartą konkurencję – walory ekologiczne betonu, co może wydawać się sprzeczne ze społecznym odczuciem, opartym na nieaktualnych obecnie i niekorygowanych przesłankach. Otóż współczesne technologie wytwarzania betonu, w tym produkcji cementu, są znacznie bardziej ekologiczne od innych gałęzi przemysłu, na przykład przemysłu motoryzacyjnego, bo – jak wykazują badania – mają stosunkowo niski tzw. ślad węglowy. To dodatkowy argument uzasadniający masowość stosowania betonu również w przyszłości.
• Beton jako materiał konstrukcyjny ze spoiwem cementowym (bo takiego tylko betonu dotyczy niniejsze opracowania) ulega stałemu rozwojowi. Jest wiele jego odmian. Generalnie można jednak odróżnić dwie podstawowe grupy: betony tradycyjne, konwencjonalne oraz betony nowej generacji, niekonwencjonalne. Podział ten dotyczy zarówno betonów o tzw. normalnej gęstości (zwykle z kruszywem naturalnym), jak i betonów lekkich (zwykle z kruszywem sztucznym). Betonom tej drugiej grupy poświęcono już wiele publikacji, także krajowych. Nazywane są one betonami wysokojakościowymi i są coraz powszechniej stosowane do budowy mostów na świecie i w Polsce, zwłaszcza w granicach wytrzymałości na ściskanie 60-100 MPa. Betonów o wyższych wytrzymałościach, o dobrze opanowanej już technologii wytwarzania, użyto dotychczas incydentalnie, aby wykazać ich ekstremalne możliwości konstrukcyjne [2]. Ta tendencja występuje również obecnie. W nawiązaniu do krzywej prof. Lecha Czarneckiego warto przypomnieć, że już u zarania wprowadzania betonów wysokowartościowych do różnego rodzaju budownictwa, także mostowego, bo od przełomu lat 80. i 90. XX w. analiza wszystkich ówczesnych światowych zastosowań konstrukcyjnych tego materiału, przeprowadzona przez Y. Maliera [3], wykazała, że gdyby jednym kryterium jego użycia była potrzeba wysokiej wytrzymałości, to takie zastosowania byłyby ekonomicznie uzasadnione tylko w 15-25%. Znakomita zatem większość owych zastosowań wynikała i nadal wynika z innych korzystnych cech tych betonów – głównie ze znacznie większej trwałości obiektów w porównaniu z wykonanymi z betonów konwencjonalnych, zmniejszenia ogólnej kubatury materiału oraz z szybkiego uzyskiwania dużej, tzw. wczesnej, wytrzymałości, co umożliwia przyspieszenie cykli wykonawczych, a więc skraca czas budowy. Warto jeszcze dodać większą efektywność sprężania elementów konstrukcyjnych. Te właśnie cechy w znacznej mierze wpływają na ekonomiczność stosowania betonów wysokowartościowych.
• Na koniec uwaga na temat terminologii i wynikającej z niej konsekwencji merytorycznych. Ogólna i powszechnie przyjęta nazwa „konstrukcje betonowe” obejmuje w istocie rzeczy konstrukcje żelbetowe oraz konstrukcje z betonu sprężonego – kablobetonowe i strunobetonowe. Obiekty z samego betonu nie są już od dawna (i obecnie) budowane, poza być może odtwarzaniem historycznych już sklepionych mostów łukowych. Dlatego roli betonu nie można rozpatrywać samoistnie, w oderwaniu od jego rzeczywistych zastosowań konstrukcyjnych, a więc w połączeniu ze stalą zbrojeniowa albo sprężającą lub – co najnowsze – ze zbrojeniem biernym lub aktywnym z wyrobów z kompozytów polimerowych ze zbrojeniem w postaci włókien węglowych, szklanych lub syntetycznych. Innymi słowy, „sam beton nic nie może”, choćby i wysokojakościowy. Jest tak po prostu dlatego, że wykazuje on relatywnie małą wytrzymałość na rozciąganie i dlatego jego przenoszenie w przęsłach z natury rzeczy podlegających rozciąganiu przy zginaniu musi być „wspomagane” przez zbrojenie prętami stalowymi lub niemetalicznymi bądź eliminowane albo minimalizowane za pomocą sprężania. Ponadto beton w budownictwie mostowym stosowany jest w tzw. konstrukcjach hybrydowych, czyli w przęsłach z obetonowanych belek stalowych lub obetonowanych, samonośnych, kratownicowych rusztowań, co w ostatnich latach jest praktykowane w budowie dużych obiektów łukowych, o czym mowa dalej. Powszechne jest też wykonywanie przęseł o konstrukcji zespolonej stalowo-betonowej, w których stalowe dźwigary pełnościenne (rzadziej kratownicowe) współpracują z betonowym (zwykle żelbetowym) pomostem za pomocą tzw. łączników zespolenia [4].

Galeria

Zobacz więcej