Zastosowanie kruszyw wapiennych w betonie konstrukcyjnym
Zapraszamy Państwa do zapoznania się z drugim z serii trzech artykułów poświęconych tematyce zastosowania kruszyw wapiennych w betonie konstrukcyjnym. W tej części zostaną przedstawione wyniki badań betonu wykonanego na bazie kruszyw wapiennych pochodzenia prekambryjskiego oraz dewońskiego ze złóż Miedzianka, Trzuskawica oraz Wojcieszów.
W pierwszej części przestawione zostały właściwości ww. kruszyw, które spełniają kryteria GDDKiA dla kruszyw do betonu zgodnie z „WWiORB M-13.02.00 v2; (2019) Beton konstrukcyjny w drogowych obiektach inżynierskich”. Wyniki badań jak również liczne obiekty referencyjne, wskazują na zasadność zastosowania kruszyw wapiennych do wykonywania odpowiedzialnych konstrukcji betonowych, w tym konstrukcji mostów i wiaduktów. W ramach projektu badawczego, prowadzonego przez SPW przy współpracy z Akademią Górniczo – Hutniczą w Krakowie, poza ww. badaniami, wykonano również betony z udziałem badanych kruszyw, spełniające kryteria klasy wytrzymałości co najmniej C30/37 oraz klasy ekspozycji XF3 i XF4 wg EN 206, co jest charakterystyczne dla konstrukcji pracujących w warunkach typowych dla obiektów mostowych.
Założenia projektowe dla mieszanki betonowej i stwardniałego betonu
Mając na uwadze również możliwy wpływ innych czynników niż właściwości kruszyw na cechy użytkowe betonów, z każdym z kruszyw wykonano po dwie serie betonów z użyciem cementu CEM I 42,5R oraz CEM III/A 42,5N-LH/HSR/NA. Wielkość efektywnego współczynnika w/c wszystkich betonów była stała i wynosiła 0,43 przy ilości cementu 400 kg/m3 i zawartości powietrza w zakresie 5,5 – 7,0 % obj. Mieszanki kruszywowe komponowano z obu frakcji kruszyw wapiennych z danego źródła oraz piasku kwarcowego, uzyskując stały punkt piaskowy 37%. Oczekiwaną konsystencję mieszanek betonowych, na granicy klas konsystencji S3 i S4 regulowano poziomem dozowania domieszki superplastyfikatora, a wielkość „napowietrzenia” ilością domieszki napowietrzającej.
Mieszanki betonowe poddano sprawdzającej ocenie konsystencji wg EN 12350-2, gęstości i zawartości powietrza wg EN 12350-7 po 10 minutach od chwili zakończenia mieszania składników. Z mieszanek betonowych formowano próbki, do badań wytrzymałości na ściskanie oznaczonej wg EN 12390-3 po 28 dniach dojrzewania, odporności na zamrażanie i rozmrażanie w obecności środków odladzających wg PKN-CEN/TS 12390-9 (obecnie w PN-B-06265:2022) i mrozoodporności zwykłej w zakresie stopnia F150 lub F200 (dla betonów wykonanych w oparciu o cement CEM I) i F150 (dla betonów wykonanych w oparciu o cement CEM III/A), korzystając z procedury zaprezentowanej w PN-B/88-06250 (obecnie w PN-B-06265:2022). Badania mrozoodporności metodą zwykłą wykonano z wykorzystaniem kostek sześciennych wielkości 100 mm. Stwardniałe betony po 28 dniach dojrzewania poddano również ocenie nasiąkliwości w oparciu o procedurę PN-B/88-06250. Próbki do badań właściwości stwardniałych betonów przygotowywano i przechowywano w wodzie zgodnie z normą EN 12390-1. Ze względów praktycznych badania trwałościowe rozpoczęto po dłuższym czasie twardnienia niż przewidują procedury normowe, tj.: badania mrozoodporności betonów metodą zwykłą wykonanych z użyciem cementu CEM I rozpoczęto po 56 dniach pielęgnacji w wodzie, podczas gdy betony wykonane z zastosowaniem cementu CEM III/A poddano ocenie mrozoodporności po 90 dniach dojrzewania. Badania odporności na zamrażanie i rozmrażanie w obecności 3% roztworu NaCl rozpoczęto po 28 dniach dojrzewania w wodzie dla betonów wykonanych z zastosowaniem cementu CEM I oraz po 56 dniach dojrzewania, w przypadku użycia cementu CEM III/A. Badaniem dodatkowym betonów wykonanych na bazie kruszyw wapiennych było oznaczenie modułu sprężystości, które wykonano dla próbek dojrzewających 6 miesięcy.
Celem weryfikacji uzyskanych wyników badań, podobnie jak w przypadku kruszyw wapiennych, cykl badań przeprowadzono dla betonów wykonanych na bazie kruszywa bazaltowego lub granitowego przy użyciu tej samej partii piasku w zakresie porównania wytrzymałości na ściskanie oraz modułu sprężystości (dla uzyskania jednostkowej objętości wykonywanych mieszanek betonowych i objętości kruszyw w ich składzie uwzględniono różnice w ich gęstościach).
Właściwości betonów konstrukcyjnych
Betony konstrukcyjne napowietrzone wykonane w oparciu o kruszywa wapienne (jako kruszywa grube) pozwalają na uzyskiwanie stosunkowo wysokich cech wytrzymałościowych, jak na betony o zawartości powietrza w mieszance betonowej na poziomie około 6% (tab. 1). Uzyskane betony charakteryzują się mrozoodpornością w zakresie przynajmniej stopnia F150 (na podstawie PN-B-06265) oraz wysoką odpornością na zamrażanie i rozmrażanie w obecności soli. Betony wykonane z użyciem cementu CEM I 42,5R spełniają kryteria najwyższej kategorii wg EN 13877-2 dla nawierzchni betonowych – FT2, choć z uwagi na właściwości kruszyw wapiennych nie przewiduje się takiego obszaru zastosowania. Jak można zakładać, mniej korzystna struktura napowietrzenia w przypadku użycia cementu hutniczego (CEM III/A 42,5N-LH/HSR/NA) dla betonu z kruszywem Miedzianka, nie będąca w sposób oczywisty efektem właściwości tego kruszywa, skutkuje uzyskaniem niższej kategorii odporności na środki odladzające – FT1.
Prezentowane w tab. 2 wyniki badań statycznego modułu sprężystości uzyskane dla betonów po 6 miesiącach twardnienia przyjmują wielkości zbliżone do 35 GPa, co w przypadku betonów mrozoodpornych, które trwałość tę zawdzięczają efektowi napowietrzenia, jest wielkością stosunkowo wysoką. Wyższa wielkość modułu sprężystości betonów w prezentowanym zestawieniu na kruszywie Trzuskawica nie powinna być łączona bezpośrednio z właściwościami tego kruszywa, lecz innym wykonaniem oznaczenia modułu – na walcach o większych wymiarach – 150/h300 (100/h200 w pozostałych przypadkach). Należy podkreślić, że uzyskane wielkości statycznych modułów sprężystości betonów na kruszywach wapiennych są wyższe o ok. 20% od betonów wykonanych na kruszywie granitowym, wykonanych z zastosowaniem tego samego piasku, tych samych cementów, w tym ich ilości i wielkości w/c. Równocześnie moduły sprężystości betonów wykonanych z użyciem kruszyw wapiennych są niże o mniej niż 10% od betonów o porównywalnym składzie wykonanych w oparciu o kruszywo bazaltowe. Wielkości statycznych modułów sprężystości betonów wykonanych z wykorzystaniem kruszyw wapiennych kształtują się korzystnie jak dla elementów w obiektach inżynierskich.
Podsumowanie
Podsumowując, wyniki badań betonów wykonanych z zastosowaniem kruszyw grubych wapiennych pozwalają stwierdzić, że możliwa jest ich eksploatacja w warunkach klas ekspozycji zarówno XF3, jak również XF4. Trwałość w warunkach odziaływania środowisk charakteryzowanych przez wymienione klasy ekspozycji została potwierdzona i, co należy podkreślić, nie obserwowano uszkodzeń ziaren kruszyw, a zaprojektowany beton spełnia wymagania wspominanych wyżej WWiORB M-13.02.00 v.2 (2019). Potwierdza to możliwość stosowania wapieni prekambryjskich i dewońskich w odpowiedzialnych konstrukcjach betonowych w tym w konstrukcji mostów i wiaduktów.
Przeczytaj również: Zastosowanie kruszyw w realizacjach drogowych
Mogą zainteresować Cię również
Wywiady
Grzegorz Soszyński: Razem możemy kreować przyszłość budownictwa mostowego
Grzegorz Soszyński, prezes zarządu Himmel i Papesch Opole Sp. z o.o., z okazji 25-lecia działalności firmy w rozmowie z redakcją czasopisma „Mosty” opowiada o kluczowych zmianach w polskim budownictwie mostowym, wyzwaniach związanych z budową firmy od podstaw oraz projektach, które stały się powodem do dumy. Wspomina także o wartości współpracy ...
Drogi dla opon, opony dla dróg!
Według Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Samochodów (www.acea.auto) flota pojazdów silnikowych w Unii Europejskiej w 2021 r. liczy 249,6 mln samochodów osobowych oraz ponad 36,7 mln pojazdów użytkowych i autobusów. W 2021 r. flota samochodów osobowych w UE wzrosła o 1,2% w porównaniu z 2020 r. Taki wzrost obciążeń transportowych ma znaczący wpływ na zmniejszenie trwałości konstrukcji drogowych. Obecnie najpopularniejszym materiałem do budowy nawierzchni dróg są mieszanki asfaltowe. Wie...
Stan techniczny urządzeń obcych w kontekście trwałości konstrukcji mostowych – na podstawie własnych doświadczeń z przeglądów i diagnostyki
Artykuł omawia wpływ „urządzeń obcych” na mosty stalowe. Autorzy analizują kwestie techniczne problematyki oraz konflikty interesów z zarządcami urządzeń. Przedstawiono też nowe wytyczne WR-M-72 zalecające m.in. umieszczanie urządzeń na niezależnych konstrukcjach i spełnianie standardów. Urządzenia, które są przeprowadzane nad różnego rodzaju przeszkodami z wykorzystaniem istniejących eksploatowanych obiektów mostowych, są przedmiotem wyzwań technicznych współczesnego mostownictwa. Jak sugeru...
Rozkład uszkodzeń na profilu poprzecznym taśmy przenośnikowej Wdrożenie systemu DiagBelt+ w KWB Bełchatów
Artykuł analizuje rozkład uszkodzeń taśmy przenośnikowej z linkami stalowymi. Badania przeprowadzone w KWB Bełchatów w ramach projektu POIR.01.01.01-00-1194/19 przy użyciu systemu DiagBelt+ wykazały różne rozkłady uszkodzeń mogące wynikać z nieprawidłowości w punktach podawania urobku. Wyniki mogą pomóc w ocenie poprawności projektu przenośnika, minimalizując ryzyko awarii i wydłużając żywotność taśm. Artykuł przedstawia analizę rozkładu uszkodzeń rdzenia taśmy z linkami stalowymi na przekroj...
Warunki geotechniczne podłoża a ocena grupy jego nośności
W artykule przedstawiono problematykę oceny warunków gruntowo-wodnych dla projektowanych nawierzchni drogowych. Wskazano potencjalne błędy w klasyfikacji warunków prostych i złożonych, a także odpowiednią grupę nośności podłoża. Szczególną uwagę zwrócono na występowanie gruntów słabonośnych oraz nasypów, dla których zaproponowano nową, praktyczną definicję. Na przykładach zilustrowano powszechne błędy w określaniu grup nośności podłoża. Podłoże gruntowe jest nieodłączną częścią obiektów budow...
Zagrożenia naturalne w budowie i eksploatacji tuneli
Artykuł analizuje zagrożenia związane z budową i eksploatacją tuneli, zwracając uwagę na nowe ryzyka geologiczne, które nie są w pełni uwzględniane w tradycyjnych analizach opartych na danych statystycznych i modelach ruchu. Dane statystyczne wskazują, że zdarzenia w ruchu drogowym są powodowane przede wszystkim przez jego uczestników. W dotychczasowym modelu ruchu głównym sprawcą większości z nich jest człowiek. Niedostosowanie prędkości do warunków na drodze, niezachowanie ostrożności przez...
Nowoczesne programy wspomagające projektowanie mostów. Skrócona analiza
W artykule opisano programy komputerowe, które są obecnie używane do wspomagania procesu projektowania mostów. Projektowanie mostów to zadanie o ogromnym znaczeniu dla bezpieczeństwa i funkcjonalności infrastruktury krajowej. Aby zapewnić nośność, trwałość i spełnienie wszystkich wymagań formalnych zawartych w prawie budowlanym i normach projektowych, inżynierowie korzystają z zaawansowanych programów komputerowych. Te nowoczesne narzędzia umożliwiają precyzyjne analizy, symulacje oraz optyma...
Forum dyskusyjne: Zwiększenie odporności mostów na zagrożenia powodziowe – kluczowe strategie
Zmiany klimatyczne na świecie są faktem. Ostatnia powódź w Europie Środkowej, szczególnie w dorzeczu Odry we wrześniu 2024 r., skłania do refleksji nad bezpieczeństwem użytkowania obecnie projektowanych i budowanych obiektów drogowych. Wydaje się, że konieczne jest przygotowanie ogólnopolskiego programu zabezpieczenia przed powodzią, którego wdrożenie spowoduje minimalizację skutków powodzi. W tym programie, obok budowy systemu obiektów hydrotechnicznych, powinna znaleźć się także budowa most...
Propozycja postępowania z zabytkowymi mostami kolejowymi
Artykuł dotyczy sposobu postępowania z zabytkowymi mostami kolejowymi na linii Opole – Wrocław w kontekście planowanej modernizacji. Autor omawia historię i stan techniczny mostów oraz ich rolę w transporcie, a także analizuje możliwe sposoby zachowania ich zabytkowej wartości. W czerwcu 2024 r. na zlecenie Dolnośląskiego Wojewódzkiego Konserwatora Zabytków autor artykułu wykonał opinię dotyczącą postępowania z zabytkowymi mostami kolejowych w ramach projektowanej modernizacji linii kolejowej...
Warunki geotechniczne podłoża a ocena grupy jego nośności
W artykule przedstawiono problematykę oceny warunków gruntowo-wodnych dla projektowanych nawierzchni drogowych. Wskazano potencjalne błędy w klasyfikacji warunków prostych i złożonych, a także odpowiednią grupę nośności podłoża. Szczególną uwagę zwrócono na występowanie gruntów słabonośnych oraz nasypów, dla których zaproponowano nową, praktyczną definicję. Na przykładach zilustrowano powszechne błędy w określaniu grup nośności podłoża. Podłoże gruntowe jest nieodłączną częścią obiektów budow...
Kalendarium
Relacje
I Spotkanie Branżowe „Kobiety w Infrastrukturze”
19 listopada 2024 roku w Warszawie o...
XXXIII Konferencja „Aktualia i perspektywy gospodarki surowcami mineralnymi”
W dniach 6-8 listopada 2024 r. w Krynicy Zdrój odbyła się XXXIII Konferencja z...
Jubileusz XX-lecia Stowarzyszenia Przemysłu Wapienniczego
Stowarzyszenie Przemysłu Wapienniczego (SPW) obchodziło jubileusz XX-lecia swojej działalności, u...