Betonburkolatok. A betonburkolat előnye, hátránya és alkalmazási köre

Átírás

1 Betonburkolatok A betonburkolat előnye, hátránya és alkalmazási köre A merev útpályaszerkezet kopórétegét és felső alaprétegét együtt, ill. a merev cementbeton anyagú burkolati réteget betonburkolatnak nevezzük. Vastagsága általában gyalogutak és kerékpárutak esetén cm, autópályák esetén cm, repülőtéri burkolatok esetén pedig cm lehet. A betonburkolatokat a hossz- és kereszthézagokkal betonlemezekké osztják, a zsugorodási vadrepedések megelőzésére. Az így kialakított betonlemezek sorozatából álló betonburkolat elsősorban a betonlemezek nagy merevsége miatt igen jó teherelosztást biztosít. A betonburkolat általában alaprétegre épül, amely leginkább cementstabilizációs alap, esetleg mechanikai stabilizáció vagy homokos kavicsréteg (kis forgalom esetén). Az alaprétegek alkalmazásának célja nemcsak a még jobb tehereloszlásra való törekvés, hanem egy kész, beszabályozott, időjárástól független pálya biztosítása a betonburkolatot építő géplánc számára. Élettartama jó technológia mellett magas. A éves betonburkolatok esetén azonban a lemezek találkozásánál lépcsők keletkezhetnek, amelyek rontják az utazáskényelmet. A szabvány négy burkolatcsoportba foglalja a betonburkolatok alkalmazási területeit a szerkezet fontossága és minősége szerint: IV burkolati csoport: repülőtér ( cm), autópálya, főút ( cm); III. burkolati csoport: mellékutak ( cm); II. burkolati csoport: mezőgazdasági utak ( cm); I. burkolati csoport: kerékpár- és gyalogút ( cm). Repülőtéri betonburkolat. A repülőterek fel- és leszállópályáinál is erősebben terhelt burkolatok a guruló utak (taxiutak), ahol a nagy repülőgépek teljes terheléssel, lassan gurulnak. Az elsőrendű nemzetközi közforgalmú repülőtereken kb. 30 cm vastag alaprétegre és cm vastag betonburkolatra van szükség. A leszállópályákon különösen fontos követelmény, hogy a felület teljesen sík és egyenletes, a vízlefolyást mindenütt biztosító és jelentősen érdes legyen.

2 Autópálya betonburkolata. Az autópályák betonburkolata cm-es vastagságot igényel, amellett a felület magas fokú egyenletességét és jó csúszósurlódását is biztosítani kell. Az összes kereszthézagot (tehát a zsugorodási hézagokat is) célszerű hézagvasalással ellátni, ezáltal később jelentkeznek a kis hézaglépcsők, amelyek rontják az utazáskényelmet. Mezőgazdasági betonburkolat. A mezőgazdasági üzemi utak burkolata sokszor csak egy forgalmi sávval épül. Itt a forgalmi terhelés könnyű, ill. közepes, a sebesség pedig kicsi. Ezért a betonlemez min. 16 cm-es vastagsága ugyan kisebb is lehetne, de csak az ilyen vastagságú betonlemez önsúlya ad kellő biztonságot a termikus nyomóerők hatására bekövetkező kivetődéssel szemben, amelyek nyáron alakulnak ki. A fagyállóságot már biztosító, 300 kg/m3 cementadagolással készült, kissé alacsonyabb szilárdságú beton is alkalmazható. Kerékpárút és gyalogút betonburkolata. A burkolat kézi betonozással is készíthető. Vastagságuk a kis terhelés miatt cm. A hézagok távolsága általában a szélesség 2-3- szorosa, de legfeljebb 5 m. A betonburkolat erőjátéka, a hézagok kiképzése A betonburkolatra is, mint minden más anyagra, érvényesek a hőmérséklet-változás hatásai: felmelegedve térfogata nő, lehűlve pedig csökken. Lassú, egyenletes hőmérséklet-csökkenés hatására a betonburkolat összehúzódik, de a felfekvési felületnél keletkező súrlódás ezt a mozgást gátolja, így a betonban húzófeszültség keletkezik. Mivel a beton húzószilárdsága kicsi, ezért elreped. Ha a dilatációs hézagokat a megfelelő távolságokban alakítjuk ki, a feszültség akár úgy is csökkenthető, hogy nem keletkezik repedés. Lassú egyenletes hőmérséklet-csökkenés hatása Lassú egyenletes hőmérséklet-növekedés hatása

3 Lassú, egyenletes hőmérséklet-növekedés hatására a betonburkolat tágul. Ha a betontáblák túl közel vannak egymásoz, akkor egymásnak feszülve nagy nyomófeszültség keletkezik bennük, és a táblák felboltozódhatnak vagy egymásra csúsznak és akár el is törnek. Ezt a hibalehetőséget megfelelő (általában 2 cm széles) dilatációs hézag alkalmazásával ki lehet védeni. A napközbeni hőmérséklet-változás miatt a burkolatban vetemedési feszültség ébred. Délelőtt a felszín hamarabb felmelegszik, mint az alsóbb rétegek, így a betontáblák kissé domború alakot vesznek fel, este mindez fordítva történik, ilyenkor a felszín hamarabb lehűl, mint a burkolat alja, így a betontáblák homorú alakúak lesznek. A rétegek alsó és felső része közötti hőmérséklet-különbség akár C is lehet. A burkolaton közlekedő járművek kerekeinek hatására a burkolat behajlik, mégpedig a széleken nagyobb mértékben, mint a lemezek közepén. Az alakváltozás hatására a betonban hajlításból származó húzófeszültség ébred. Ez a feszültség akkor csökkenthető, ha biztosítjuk a két szomszédos tábla együttdolgozását. A hőmérséklet-változás káros hatásai tehát úgy csökkenthetők, hogy a betonburkolatokat hézagokkal kisebb táblákra osztjuk, de a hézagok közötti teherátadást is biztosítjuk. A betonburkolat élettartama nagymértékben a hézagok helyes kiképzésétől függ. A hézagok helyzetük szerint lehetnek: hosszhézagok; kereszthézagok. Hosszhézag. A hosszhézagot minden 4,5 m-nél szélesebb burkolatnál a burkolat felezővonalában képezik ki, amelyet szerkezetileg mint zsugorodási hézagot kell tekinteni. 1,5 m-enként keresztirányú horgonyzó acélbetétet kell alkalmazni (pl. 12 mm átmérővel és 80 cm hosszal). Kereszthézag. 5-6 m-enként alkalmazzák a keresztirányú hézagokat a betonkötés utáni és a téli szabálytalan zsugorodási vadrepedések megelőzésére. Szerkezeti kialakításuk csaknem mindig zsugorodási hézag, kivéve hídszerkezetek előtt és után. Rendeltetése szerint van: terjeszkedési hézag; zsugorodási hézag (vakhézag); munkahézag. Régebben a betonburkolatokban 12 m-enként voltak kereszthézagok a középső hosszhézagok mellett. Ezek a hosszú lemezek télen jelentősen összehúzódtak, ezért két zsugorodási hézag után minden harmadik kereszthézag dilatációs hézagként épült, lehetővé téve a megfelelő mozgásokat. A sok dilatációs hézag költséges és sok kézi munkát igénylő szerkezet volt.

4 A korszerű hézagrendszerben már csak a hidak előtt és után készítenek dilatációs hézagot, az összes többi hézag zsugorodási hézag, és ezek 5-6 m-es távolságokban, tehát sűrűbben követik egymást. Ekkor ugyanis a vetemedési feszültségek nem tudnak kialakulni: a nyáron keletkező termikus nyomó-feszültségeket a beton jól felveszi, sőt csökkentvén a terhelésből adódó húzófeszültségeket, még a fáradás ellen is hat. Ugyanakkor a szokásos lemezvastagságoknál az önsúly megakadályozza a dilatáció elmaradásából adódó nagy nyomóerők miatti kivetődést. Hosszhézagokra középen mindig szükség van a vadrepedések megelőzése érdekében, ha a burkolatszélesség 4,5 m-nél nagyobb. Repülőtereken, ahol a betonlemez 30 cm vagy ennél vastagabb, a hossz- és kereszthézagok egymástól való távolsága max. 7,5 m lehet. Terjeszkedési hézag. A kereszthézagok lehetnek olyan szerkezeti kialakításúak, amelyeknél a hézag kiterjed a teljes betonkeresztmetszetre és egy könnyen összenyomható, bennmaradó, kb. 2 cm széles puhafa vagy műanyaghab lemezt illesztenek be. Nagy szerepe van a hézagkiöntésnek vagy a rugalmas hézagprofil behelyezésének a vízzáróság biztosításában. Napjainkban erre csupán a hídszerkezetek előtt és után van szükség, két-két dilatációs hézag beépítésével. A hézagvasalásra a csúszó acélbetétekkel itt feltétlenül szükség van, mert a teherátadást csak így lehet biztosítani. Mivel a terjeszkedési hézag kiképzése sok manuális többletmunkával jár, valamint innen indul ki a betonlemez romlás és a hézaglépcső, ezért a terjeszkedési hézagok számát a minimumra kell csökkenteni. Zsugorodási hézag. Az elkerülhetetlen zsugorodási repedéseket egyenes vonalba rendezik a zsugorodási hézagok.

5 A betonlemezben a magasság negyedének vagy harmadának megfelelő keresztmetszetgyöngítést alkalmaznak befűrészeléssel vagy hézagvibrálással, esetleg betonozás előtt behelyezett hézaglemeznek a betonozás utáni kihúzásával. A cél az, hogy az első években télen minél több zsugorodási hézag repedjen át, mert akkor lesz az évek folyamán a legkisebb a hézagmozgás és a legjobb a repedt lemezfelületek teherátadása. Ezt a teherbírást még a hézagok vasalásával, csúszó acélbetétekkel is biztosítani kell a nehéz forgalmú utakon és a repülőtereken. Munkahézag. A betonozási munka végén, munkaszünet előtt vagy a műszak végén a betonlemezt függőleges fallal kiképezve kell lezárni. A munka folytatásánál szoros, hézag nélküli hozzábetonozással kell kialakítani a munkahézagot. A lépcsőképződés ellen itt is tanácsos hézagvasalást alkalmazni, a vízbehatolást pedig a zsugorodási hézagnál alkalmazott befűrészeléssel és hézagkiöntéssel vagy tömítő hézagprofillal kell megelőzni. A betonburkolat anyagai, összetétele A betonburkolat betonjának technológiája követi a mélyépítési beton általános elveit, az útbetonnak azonban több szempontból szigorúbb követelményeket kell kielégítenie: fagyállónak és sózás-állónak kell lennie az útfenntartás körülményei között; ezt fokozott légpórus képzéssel lehet elérni; magas húzószilárdságú betonra van szükség, mert a hajlítási húzásokat csak a beton veszi fel vasalás nélkül; kopásálló, nem polírozódó és érdes felületre van szükség forgalombiztonsági és gazdasági okokból, ezért az adalékanyagnak jelentős mennyiségű eruptív zúzalékot kell tartalmaznia; jól betömöríthető, habarcsdúsulást elkerülő és felületi bomlásokat megelőző összetételű betont kell készíteni, ennek egyik feltétele a jó homokminőség. Legtöbbször egyrétegű betonburkolatot alkalmaznak, ilyenkor a betonburkolat teljes vastagságában azonos összetételű betont dolgoznak be, egyetlen géplánccal. Ritkábban alkalmazzák a kétrétegű betonburkolatot, amelynél két, egymás után dolgozó géplánccal két rétegben építik be a betonburkolat teljes vastagságát. Az alsó réteg kb. kétharmad vastagságban kavicsbeton, amelynek összetétele biztosítja a szükséges húzószilárdságot. Még a megkötés előtt, kb. fél órán belül a második géplánccal bedolgozott második réteg adalékanyaga már eruptív zúzalék a kopásállóság és a jó csúszásellenállás érdekében. A két réteg egyszerre szilárdul, és teljesen együtt kell, hogy dolgozzon. A betonburkolat adalékanyaga kétféle homokból (finom és durva), két- vagy háromféle, főleg eruptív (andezit vagy bazalt) zúzalékból, ill. zúzottkőből (D max = 32 mm) áll. A 4 mm feletti résznek egy része, max. 50%-ig lehet zúzott kavics is. Ezenkívül szükség van 350 vagy 450 jelű, alkalmasságára nézve megvizsgált cementre kg/m3 mennyiségben. A keveréshez felhasznált vizet, ha nem közkútból nyerjük, laboratóriumban meg kell vizsgálni. A keverék víz-cement tényezője 0,45 körül legyen.

6 A téli útfenntartásnál alkalmazott sózás a betonfelület korrózióját, erős felületi hámlását okozza. Ezért az útbetonnak fokozottan fagyállónak kell lennie. Ennek fő eszköze a légpórusképző anyag, amelyet kis mennyiségben a keverővízbe adagolva juttatnak a betonba. Ez a szer fokozott mennyiségű, kis átmérőjű légpórusokat képez a betonban, és a betonfelületbe télen bejutó víz fagyásakor helyet biztosít a kár nélküli térfogat-növekedésre, felületi hámlás nélkül. A betonkeverésnél a keverővízben feloldva adagolják a betonhoz a kis mennyiségű plasztifikátor anyagot, amely csökkentett víztartalom, alacsony víz-cement tényező esetén is jó bedolgozhatóságot tesz lehetővé. A betonburkolat kivitelezése Útbetonkeverő telep. Betonburkolat építéséhez ma már kizárólag központi keverőtelepen álló betongyár készíti a friss betont, amelyet tehergépkocsik szállítanak a beépítő géplánc helyszínére. A keverőtelep és a beépítő géplánc között közvetlen rádiótelefon-kapcsolat van. A nagy területű depónián a homok és zúzottkő-zúzalék frakciókat fallal elválasztva tárolják. A föld alatt végigmenő szállítószalagra tolható minden egyes frakció anyaga külön-külön. A szállítószalag felviszi a frakciókat a nagy teljesítményű betongyár legalább hat silóból álló magas tárolójának egyikébe. Régebben a csak 50 m 3 /h, azaz 125 t/h-s kis teljesítményű keverőgép volt a betonútépítés vezérgépe. Emiatt a bedolgozó finisernek várakoznia kellett a friss betonra, még a 22 cm vastag betonburkolat építésénél is. Ez hátrányos a folyamatos munka és a felület egyenletessége szempontjából, ezért legalább m 3 /h teljesítményre van szükség pl. egy autópálya vagy főút építéséhez. A vezérgép ma már a bedolgozó finiser, amelynek folyamatos, megállás nélküli munkáját a keverőgép biztosítja. Repülőtér-építésnél a max. 40 cm vastagságú betonlemezhez 7,5 m vagy 8 m széles beépítési sávokban már 250 m 3 /h teljesítményű betongyárat használnak. Munkájukhoz igen fontos a víz-cement tényező értékének minél kisebb szórással való betartása, amit elsősorban a homokfrakciónak a nyílt depómán változó víztartalma befolyásol. Ezért az elektronikusan vezérelt betonkeverő gépet nemcsak automata adagmérlegeléssel látták el, hanem a homok víztartalmának mérésére és ennek alapján a keverővíz mennyiségének azonnali korrigálására is alkalmassá tették. Ennek ellenére a depómán nagyon fontos, hogy naponta többször mérjék a víztartalmat. A formasínes építéstechnológia előnye, hogy a formasíneket igen pontosan, szintezéssel lehet beállítani, s így a burkolatfelület egyenletessége nagy megbízhatósággal készülhet el. Jellemzői: a géplánc megállására ez a módszer kevésbé kényes; a teljesítmény lehet nagy és kicsi, ami kizárólag a keverőgép kapacitásától függ; a teljes géplánc viszonylag kevés energiát használ; a géplánc ára viszonylag alacsony; a kiszolgáló-személyzet létszáma nagy (kezelőszemélyzet, utókezelést végző dolgozók, formasínek építése, bontása); a maximális betonvastagság kb. 30 cm lehet; ennél nagyobb vastagság csak a bedolgozó gépek megduplázásával érhető el. A formasínes betonburkolat-építő géplánc lényege, hogy az építendő betonburkolat két szélénél, az alaprétegre gondosan beszintezett magasságban két, a betonlemez magasságának megfelelő formasínt fektetnek le. Ezen még a két járósín is feltámaszkodik, amelyeken a géplánc önjáró tagjai kerekeken haladnak.

7 A korszerű, formasínes géplánc tagjai a következők: a betonterítő gép, ebbe ürítik a tehergépkocsik hátra- vagy oldaldöntéssel a friss betont, és amely lazán, egyenletes vastagságban és sűrűségben teríti el a formasínek között a friss betont; a hézagvasalást bevibráló gép, amely a friss betonba felülről bevibrálja a zsugorodási hézagoknál alkalmazott acélbetéteket; a betonbedolgozó finiser, amely önjáró nagy lapvibrátor egy bólogatómozgást is végző vibropallóval és egy kisebb simítógerendával; a simítógép, szintén önjáró, amely egy kb. 45-ban ferdén elhelyezett, keskeny vibropallóval a felületet javítva és simítva befejezi a betonlemez tömörítését; a kézzel tolt munkapad(ok), amelyen a kőművesek a széleken javításokat végezhetnek, és vagy ezen, vagy még egy követő munkapadon a védőbevonatot permetező gép, vagy a permetezést végző munkások dolgoznak. a sátoros kocsisor, amely kézzel tolható abból a célból, hogy a friss betont ne érje közvetlenül sem erős napsütés, sem eső, csapadék, és a betonkötéshez szükséges fejlődő meleget az erős szél se hűthesse le. A sátorsor után a friss betonfelületet még nedves jutatakarókkal egy ideig letakarják; a kézi munkagépek, amelyekkel a hézagokat vágják, majd kiöntik.

8 finiser oldalnézete A csúszózsalus betonburkolat-építés technológiája. A csúszózsalus betonburkolat építésnél az eredetileg megcélzott gazdasági előnyöket (a formasínek elhagyása és a kiszolgáló személyzet radikális csökkentése) csak az autópálya-építésekhez használt betonlemez vastagságoknál lehet megvalósítani. A repülőtér-építéseknél soktagú, drága gépláncot kell alkalmazni, amelynek kiszolgálása a betontechnológia oldaláról kissé kényesebb, mint a formasínes építésmód esetén. Emellett az autópályák esetén megfigyelhető, hogy a kész pálya felületi egyenetlensége kissé gyengébb, mint formasínes építés esetén. Előnyös viszont, hogy a költséges géplánccal nemcsak a betonburkolatot, hanem előtte, a vastag cementstabilizációs alapréteget is nagy teljesítménnyel lehet beépíteni, ami a gépkihasználás gazdaságosságát javítja. Magyarországon elsősorban repülőtéri betonburkolat-építéseknél és mezőgazdasági utak burkolatánál alkalmazzák. A csúszózsalus betonfiniser a kiszélesített alapréteg szélén beszintezett acélhuzalról tapogatja le a vízszintes és a magassági pontokat. A betonfiniser elején többnyire egy keresztirányú elosztócsiga forog, amely az alaprétegre kidöntött friss betont keresztirányban elosztja. Az elosztócsiga mögött egy sorozat tűvibrátorsor működik, amely a friss betont félfolyós állapotba hozza, és a lassan haladó bedolgozógép vibrátorral elvégzi a friss beton bedolgozását, tömörítését a kívánt burkolatszintre. A gép mögé egy vibrátoros után simító gerendát és egy vizes jutatakarót vonszol maga után, és ezzel a burkolatfelület elkészült.

9 A mezőgazdasági betonburkolat építési módjai. Az általában egy forgalmi sávos, 4 m széles mezőgazdasági betonburkolatot vagy közvetlenül a szemcsés talajra, vagy kötött talaj esetén kb cm vastag homokos kavics alaprétegre építik. Itt is két építési mód van. Az egyszerű formasínes rendszernél a leendő betonsáv oldalát zsaludeszkákkal alakítják ki, ezek közé öntik a friss betont hátradöntéssel, majd kézzel elterítik és lapvibrátorokkal bedolgozzák. A zsugorodási és terjeszkedési hézagokat többnyire bennmaradó fa hézaglemezekkel, vagy felülről való bevibrálással alakítják ki. A másik, korszerűbb módszer az egyszerűbb csúszózsalus építés. Ez hasonló a cementstabilizációs alaprétegek építéséhez. Utókezelés a betonburkolatoknál. A betonburkolatok utókezelésének az a célja, hogy a hidratáció feltételeit megőrizve, elősegítsék a beton kötését és lassú szilárdulását. A I-III. burkolat csoportba tartozó egyszerűbb betonburkolatoknál az utókezelést védőbevonat permetezése nélkül végzik. Ilyenkor a beton felületét nedves jutatakaróval, majd vékony földréteggel kell letakarni, és rendszeresen öntözve nedvesen kell tartani legalább 10 napig. Főút, autópálya vagy repülőtér esetén elterjedt a párazáró bevonat alkalmazása. A bevonat anyaga bitumenemulzió vagy más paraffinos vegyi anyag, amely permetezéssel kerül a friss, már betömörített betonfelületre, és ott száradás után egy igen vékony hártyát képez. A hártya feladata, hogy a friss beton víztartalmát ne engedje elpárologni, mert akkor a beton kötése tökéletlen lesz. Az utókezelés folyamatába tartozik a hézagok befűrészelése is. A hézagok befűrészelését a beton kellő megszilárdulása után azonnal el kell végezni úgy, hogy a zsugorodási vadrepedéseket meg lehessen előzni. Ez az idő a betonozás utáni h között van, és mindig a helyi viszonyok alapján állapítható meg. A legkényesebb az erős napsütésben, nyári melegben való építés, mert ekkor a kötés gyors, és a vadrepedések kialakulása gyakoribb. A hézagvágásnál először minden második kereszthézagot bevágnak, amint lehetséges a roncsolás nélküli vágás. Ezután kell a hosszhézagot és a még hiányzó hézagokat a vékony, 3-4 mm-es, ipari gyémántbetétes vágókorongokkal bevágni. Ekkor már a vadrepedések kialakulását megelőzték. Ezután következhetnek a vastagabb vágókorongokkal a vékony hézagokra való kis mélységű rávágások, majd a hézagkiöntések előkészítése. Régebben bitumen és mészkőliszt megfelelő arányú keveréke volt a kiöntőanyag, ma inkább gumibitumennel öntik ki a hézagokat, amely bitumen és megfelelő finomságúra őrölt gumianyag keveréke. Egyre elterjedtebb a hézagzáró profilbetét. Ez elasztomer anyagokat tartalmazó, műanyag profilszalag, amely szélesebb, mint a tömíteni kívánt hézag átlagszélessége. Kissé összenyomva, céleszközzel juttatják a hézag vonalába. Előnye a termelékenyebb munkavégzés, és az a tulajdonsága, hogy a téli hézagnagyobbodások idején a kiöntőanyagnál jóval inkább képes a hézagok széleihez tapadni, ezzel továbbra is biztosítva a vízzáróságot. Betonburkolatok építési hibái A hiba megnevezése Zsugorodási repedés Felületi bomlás A lehetséges okok Az utókezelés elmulasztása; vagy térfogatváltozásra hajlamos cement Az adalékanyag helytelen összetétele; cementhiány; nem megfelelő a cement; vagy fagyos időben való betonozás

10 Felpattogzás Vadrepedés Lépcső vagy felboltozódás Összemorzsolódás Hézagoknál feltörő víz Az adalékanyag helytelen összetétele; rosszul megállapított víz-cement tényező; vagy túltömörítés A hézagfűrészelés elhalasztása Az átmenő hézag ferde kiképezése Gátolt dilatáció Helytelen vízelvezetés; vagy hibás szerkezeti felépítés A betonburkolatok építésének jellegzetes hibái - az alakhelyességen kívül - a beton minőségében és a hézagok kiképzésében jelentkeznek. A hibák és a burkolat későbbi rongálódása elkerülhető, ha valamennyi munkafázist az előírásoknak megfelelően, kellő gondossággal végeznek el.