diagnostyka mrozoodporności betonu -...

9
„Drogownictwo” 9/2013 268 Mrozoodporność betonu jest jedną z podstawowych jego cech, mają- cych znaczny wpływ na trwałość obiektów mostowych. Jest to szcze- gólnie ważne w polskich warunkach klimatycznych, które znamionuje znaczna liczba dobowych zmian temperatury z dodatniej na ujemną i odwrotnie. Według informacji poda- nej na stronie internetowej General- nej Dyrekcji Dróg Krajowych i Auto- strad, przeciętną liczbę dni w roku, w których temperatura w Polsce przechodzi przez 0 o C oszacować można na około 100. Bywają jednak zimy, w których liczba ta osiąga war- tości większe. Częstość wymienionych zmian zależy też oczywiście od regionów naszego kraju. Nie wdając się w dal- sze szczegółowe rozważania na ten temat wystarczy stwier- dzić, że zapewnienie odpowiedniej mrozoodporności betonu w obiektach mostowych jest u nas bardzo ważnym zadaniem ze względów technicznych i ekonomicznych. Dlatego szcze- gólnego znaczenia nabierają procedury określania mrozood- porności betonu, zarówno w czasie poprzedzającym jego wbudowanie w konstrukcję (sprawdzenie receptury betonu), jak i w trakcie budowy – wtedy próbki do badań pobierane są na bieżąco z dostarczanych na budowę partii betonu (rza- dziej na odwiertach pobieranych z wykonanych już elemen- tów konstrukcji). Ponadto badania mrozoodporności betonu przeprowadzane są na odwiertach pobieranych z eksploato- wanych już – dłużej lub krócej – obiektów i służą wtedy głów- nie jako materiał wspomagający ocenę ich stanu techniczne- Diagnostyka mrozoodporności betonu w drogowych obiektach mostowych adam glinicki gddkia, Oddział w Białymstoku [email protected] wOjciech radOmski Politechnika Łódzka, Politechnika warszawska [email protected] tyczny. Do pylonów będzie podwieszonych tylko po 9 par odciągów, co sprawi, że nie będą to typowe mosty podwie- szone a tylko częściowo podwieszone. Podwieszenie roz- mieszczone w jednej płaszczyźnie w osi mostów będzie obejmować jedynie część długości dźwigarów kratowych. Z tego powodu zaprojektowano je jako wyjątkowo sztywne. Most Dongshuimen (fot. 26) na Jangcy będzie dwupylonowy o rozpiętości przęsła 445 m a Qianximen (fot. 27) przekracza- jący Jialing – jednopylonowy o rozpiętości przęsła 344 m. wiadukty kolei miejskiej (metra) w Chongqing (fot. 28) mają specyficzną konstrukcję wynikającą z zastosowanego rozwiązania ich części jezdnej (jednoszynowej). Dźwigary niosące mają kształt odwróconej belki teowej. Są one kon- strukcjami swobodnie podpartymi z oryginalnymi podporami oraz rozwiązaniem styków. (dalszy ciąg „Mostów w Chinach” w n-rze 10 „Drogownictwa”; bi- bliografia będzie podana na końcu Części III w n-rze 11) Fot. 28. Wiadukty kolejki miejskiej jednoszynowej w Chongqing (a,b) i szczegó- ły konstrukcji (c) b) c) a)

Upload: dangnga

Post on 28-Feb-2019

224 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

„Drogownictwo” 9/2013268

Mrozoodporność betonu jest jedną z podstawowych jego cech, mają-cych znaczny wpływ na trwałość obiektów mostowych. Jest to szcze-gólnie ważne w polskich warunkach klimatycznych, które znamionuje znaczna liczba dobowych zmian temperatury z dodatniej na ujemną i odwrotnie. Według informacji poda-nej na stronie internetowej General-nej Dyrekcji Dróg Krajowych i Auto-strad, przeciętną liczbę dni w roku, w których temperatura w Polsce przechodzi przez 0oC oszacować można na około 100. Bywają jednak zimy, w których liczba ta osiąga war-

tości większe. Częstość wymienionych zmian zależy też oczywiście od regionów naszego kraju. Nie wdając się w dal-sze szczegółowe rozważania na ten temat wystarczy stwier-dzić, że zapewnienie odpowiedniej mrozoodporności betonu w obiektach mostowych jest u nas bardzo ważnym zadaniem ze względów technicznych i ekonomicznych. Dlatego szcze-gólnego znaczenia nabierają procedury określania mrozood-porności betonu, zarówno w czasie poprzedzającym jego wbudowanie w konstrukcję (sprawdzenie receptury betonu), jak i w trakcie budowy – wtedy próbki do badań pobierane są na bieżąco z dostarczanych na budowę partii betonu (rza-dziej na odwiertach pobieranych z wykonanych już elemen-tów konstrukcji). Ponadto badania mrozoodporności betonu przeprowadzane są na odwiertach pobieranych z eksploato-wanych już – dłużej lub krócej – obiektów i służą wtedy głów-nie jako materiał wspomagający ocenę ich stanu techniczne-

Diagnostyka mrozoodporności betonu w drogowych obiektach mostowych

adam glinicki

gddkia, Oddział w Białymstoku [email protected]

wOjciech radOmski

Politechnika Łódzka, Politechnika warszawska [email protected]

tyczny. Do pylonów będzie podwieszonych tylko po 9 par odciągów, co sprawi, że nie będą to typowe mosty podwie-szone a tylko częściowo podwieszone. Podwieszenie roz-mieszczone w jednej płaszczyźnie w osi mostów będzie obejmować jedynie część długości dźwigarów kratowych. Z tego powodu zaprojektowano je jako wyjątkowo sztywne. Most Dongshuimen (fot. 26) na Jangcy będzie dwupylonowy o rozpiętości przęsła 445 m a Qianximen (fot. 27) przekracza-jący Jialing – jednopylonowy o rozpiętości przęsła 344 m.

wiadukty kolei miejskiej (metra) w Chongqing (fot. 28) mają specyficzną konstrukcję wynikającą z zastosowanego rozwiązania ich części jezdnej (jednoszynowej). Dźwigary niosące mają kształt odwróconej belki teowej. Są one kon-strukcjami swobodnie podpartymi z oryginalnymi podporami oraz rozwiązaniem styków.

(dalszy ciąg „Mostów w Chinach” w n-rze 10 „Drogownictwa”; bi-bliografia będzie podana na końcu Części III w n-rze 11)

Fot. 28. Wiadukty kolejki miejskiej jednoszynowej w Chongqing (a,b) i szczegó-ły konstrukcji (c)

b)

c)

a)

„Drogownictwo” 9/2013 269

go; są zazwyczaj elementem ekspertyz poprzedzających zwykle remonty lub modernizacje obiektów mostowych. Ar-tykuł dotyczy właśnie tego obszaru i oparty jest na badaniach wykonanych głównie w Wydziale Technologii Laboratorium Drogowym Oddziału Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad w Białymstoku oraz – w pewnej części – w IPPT PAN1 w Warszawie.

W artykule poruszono także pewne zagadnienia praktycz-ne, mające ogólniejsze znaczenie. We wszystkich bowiem wymienionych poprzednio sytuacjach mamy do czynienia z diagnostyką mrozoodporności betonu. Właściwe diagno-zowanie tej cechy materiałowej wymaga zarówno dobrej znajomości procesów fizyko-chemicznych, jak i mechanicz-nych, od których zależy stopień mrozoodporności betonu i umiejętności posługiwania się metodami badawczymi oraz interpretowania uzyskiwanych wyników. Wbrew pozorom i zdawałoby się rutynowym metodom normowym badania mrozoodporności betonu, należyte jej określenie, zwłaszcza z zastosowaniem zaawansowanych współczesnych metod badawczych, nie jest sprawą trywialną. Ponadto wymagania normowe, zarówno starsze, jak i obecne, zawierają wiele nie-jednoznaczności, wartych przedyskutowania i wyjaśnienia. Dyskusję taką podjęto wcześniej m.in. w pracach [3], [4]. To właśnie jest podstawowym celem artykułu. Główną uwagę zwrócono w nim, jak już zapowiadano, na praktyczne aspek-ty określania mrozoodporności betonu. Dlatego nie powoły-wano się tu na liczne publikacje naukowe na ten temat, ale głównie na powszechnie dostępne monografie.

mechanizm niszczenia betonu przez mróz

Zależnie od mechanizmu zniszczenia można odróżnić dwa rodzaje mrozoodporności betonu: wewnętrzną (zwaną po prostu i w skrócie mrozoodpornością) oraz powierzchniową (zwaną odpornością na powierzchniowe łuszczenie).

Degradacja betonu spowodowana cyklicznym oddziaływa-niem ujemnej temperatury związana jest z jego odkształce-niami termicznymi oraz zachodzącymi w nim zjawiskami fizy-kalnymi – zamarzanie wody wywołuje ciśnienie hydrauliczne w porach materiału, czego efektem są spękania i odpryski, z upływem czasu prowadzące nierzadko do całkowitego roz-padu betonu. Tempo narastania tych niszczących procesów zależy od wielu czynników, spośród których za mające naj-większe znaczenia można uznać temperaturę i czas trwania jej ujemnych wartości (długotrwałe lub krótkotrwałe mrozy, liczba cykli przejść temperatury przez zero), kontakt z wodą, zewnętrzne warunki wilgotnościowe (możliwość nawilżania i wysychania) oraz działanie niektórych substancji chemicz-nych (np. środków odladzających).

W nawiązaniu do wspomnianego ciśnienia hydraulicznego warto przypomnieć, że zjawisko to obszernie badał T.C. Po-wers, jeszcze w latach 40-tych i 50-tych ubiegłego wieku [9]. Woda zamarzając w porach betonu zwiększa swą objętość o około 9% i wskutek tego wypycha pozostałą, nie zamarz-niętą jeszcze wodę do pustych porów. Jeśli beton nie jest nasączony wodą w stopniu krytycznym, czyli poniżej 91,7%,

1 Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk

to teoretycznie wolnego miejsca w porach wystarczy na przy-jęcie tej wody. Jeżeli jednak pustych porów będzie stosunko-wo mało lub będą dość odległe od punktu zamarzania wody, to opory jej przepływu na odcinku między porami spowodo-wać mogą na tyle duży wzrost ciśnienia, że struktura zaczynu cementowego zostanie naruszona. Gdy brak jest miejsca na ekspansję zamrażanej wody, powstaje ciśnienie o wartości proporcjonalnej do spadku temperatury i zwykle przekracza-jącej wytrzymałość ścianek porów, czyli stwardniałego za-czynu, na rozciąganie. Powers wprowadził pojęcie współ-czynnika rozmieszczenia porów powietrznych L

–, charaktery-

zującego odległość z dowolnego punktu w zaczynie cementowym do pęcherzyka powietrza. Opisany mechanizm zilustrowano na rys. 1, zaczerpniętym z monografii [1].

Rys. 1. Schematyczny wpływ porów o różnych średnicach i różnym rozmieszczeniu na powstawanie ciśnienia w betonie podczas zama-rzania wody [1].

Przedstawiony model należy do najprostszych. Znane są bardziej zawansowane, uwzględniające także oddziaływanie soli odladzających, np. modele krytycznego nasycenia po-rów, ciśnienia osmotycznego, mikropompy ssącej lub skleje-nia-odpryskiwania [5], [9].

Liczne badania wykazały zależność uszkodzeń mrozowych od składu mieszanki betonowej, zwłaszcza od współczynni-ka wodno-cementowego (w/c), zawartości cementu i dodat-ków mineralnych oraz od napowietrzenia betonu [6], [10]. Na tej podstawie, w celu uzyskania wysokiej odporności be-tonu na cykliczne zamrażanie i odmrażanie, zalecane jest obniżenie współczynnika w/c, zastosowanie domieszek na-powietrzających oraz kruszyw mrozoodpornych. Wprowa-dzenie do zaczynu odpowiedniej ilości drobnych i blisko po-łożonych porów daje możliwość przedostania się do nich nadmiaru wody, co powoduje, że zniszczenie mrozowe beto-nu nie nastąpi. Oczywiste jest, że droga transportu wody między porami jest krótsza, jeżeli duże pory zastąpione będą znaczną liczbą małych, pochodzących od napowietrzenia. Idee napowietrzenia betonu schematycznie przedstawiono na rys. 2.

Wymienione na wstępie zjawisko powierzchniowego łusz-czenia betonu występuje w sytuacji jednoczesnego oddziały-wania mrozu i soli odladzających [7]. Zniszczenie postępuje progresywnie, obejmując powolne odkruszanie cienkich warstw wierzchnich zaczynu, zaprawy i wreszcie betonu. Po pewnej liczbie cykli zamrażania-odmrażania, pierwsza, zewnętrzna warstwa zostaje całkowicie zniszczona, co po-woduje, że atakowana jest warstwa kolejna. Powtarzające się

„Drogownictwo” 9/2013270

cykle dają efekt kumulacyjny, powodujący wgłębne uszko-dzenia, a co za tym idzie, zapoczątkowując zniszczenie war-stwy zewnętrznej konstrukcji, tj. otuliny zbrojenia.

Najwięcej uszkodzeń na skutek powtarzalnych zmian zna-ku temperatury można zaobserwować w obiektach inżynier-skich, które mają ciągły lub cykliczny kontakt z wodą zawie-rającą sole rozmrażające. Są to przede wszystkim mosty i elementy nawierzchni drogowych.

metody badania i kryteria oceny mrozo- odporności betonu w świetle norm i przepisów

Wymagania co do mrozoodporności betonu są normatyw-nie uzależnione od tzw. klasy ekspozycji poszczególnych ele-mentów konstrukcji z betonu. Klasy te pokazano na rys. 3. Szczegółowy opis tych klas znaleźć można w powszechnie dostępnych źródłach [8] i [11]. Warto zauważyć, że w zależ-ności od usytuowania danego elementu konstrukcji z betonu oraz stopnia agresywnego oddziaływania zamrażania i roz-mrażania, a także użycia lub nie środków odladzających, róż-ne są klasy ekspozycji (XF1–XF4) i w związku z tym różne wy-

magania co do mrozoodporności betonu. Według normy PN-EN 206-1 [11] zalecane jest, aby beton narażony na agre-sję środowiska w klasie ekspozycji XF2–XF4 był napowietrzo-ny, przy czym minimalna zawartość powietrza w mieszane w każdej z tych klas powinna być równa 4,0% (v/v), co było wymagane także w normie PN-B-06250 [12] i uzupełnieniu PN-B-06265 [13] (por. tabela 2). W normach tych są także sformułowane wymagania dotyczące składu betonu, np. mak-symalnej wartości współczynnika w/c, minimalnej zawartości cementu, oraz zastosowania kruszywa zgodnego z PN-EN 12620 [14] pod względem odpowiedniej odporności na cykle zamrażania i rozmrażania. W normie PN-EN 206-1 [11] nie wy-mieniono natomiast ani sposobów bezpośredniego spraw-dzania, ani kryteriów oceny mrozoodporności betonu.

Ze względu na wymienione poprzednio dwa podstawowe mechanizmy zniszczenia mrozowego odróżniane są też od-powiadające tym mechanizmom dwa rodzaje odporności betonu – na zniszczenie wewnętrzne oraz na zniszczenie po-wierzchniowe (zwanej też odpornością na złuszczenie). Kon-sekwencją tego są dwa różne znormalizowane sposoby oce-ny mrozoodporności betonu.

Mrozoodporność wewnętrzna oceniana jest na podstawie zmian wytrzymałości lub masy próbki [1], albo zmian dyna-micznego współczynnika sprężystości lub długości próbki ASTM C666 [15], CEN/TR 15177 [16] na skutek cyklicznego zamrażania i rozmrażania. W odróżnieniu od krajowej meto-dy określania stopnia mrozoodporności, metody zalecane w [16] umożliwiają określenie przebiegu zniszczenia mrozo-wego w czasie, tj. w funkcji liczby cykli zamrażania i rozmra-żania. Do określenia dynamicznego modułu sprężystości stosowana jest metoda rezonansowa lub ultradźwiękowa, a całkowita liczba cykli zamrażania i rozmrażania wynosi 56.

Badanie mrozoodporności powierzchniowej polega na określeniu masy złuszczonego materiału z powierzchni próbki zalanej 3% (m/m) roztworem NaCl po zadanej liczbie cykli zamrażania i rozmrażania. Procedura badawcza we-dług PKN-CEN/TS 12390-9 [17], ang. slab test, odpowiada opisowi podanemu w normach na drogowe prefabrykaty betonowe (niezbrojone), np. PN-EN 1339 [18]. W normie PN-EN 1387-2 [19] kategorie powierzchniowej mrozoodpor-ności betonu w nawierzchni są zdefiniowane zarówno przez ograniczenie masy złuszczeń m56 lub m28 , odpowiednio po 56 lub 28 cyklach zamrażania i rozmrażania, jak też przez ograniczenie szybkości narastania złuszczeń, wyrażone w formie ilorazu m56/m28.

Pośrednia, ale bardziej od strony badawczej zaawansowa-na metoda określania mrozoodporności, polega na ilościo-wym opisie charakterystyki porów w napowietrzonym beto-nie na podstawie mikroskopowej analizy jego struktury w przekrojach pobranych próbek. Metodę tę pierwotnie znor-malizowano w amerykańskiej normie ASTM C457 [20], nato-miast w 2000 r. w Normie Europejskiej PN-EN 480-11 [21] przedstawiono jej zmodyfikowaną wersję.

Kryteria oceny mrozoodporności betonu zestawiono w ta-beli 1. Wynika z niej, że w przypadku stosowania metod opi-sanych w CEN/TR 15177 [16] i PKN-CEN/TS 12390-9 [17] kryteria oceny mrozoodporności dotyczą tylko nawierzchni drogowych i prefabrykatów drogowych, natomiast nie okre-ślono ich w odniesieniu do elementów obiektów mostowych. Dlatego w praktyce krajowej ocena mrozoodporności betonu

Rys. 2. Schemat mikrostruktury porów powietrznych w betonie wpro-wadzonych w wyniku napowietrzania mieszanki [1]

Rys. 3. Oddziaływanie środowiska na konstrukcje z betonu – klasy eks-pozycji [8]

„Drogownictwo” 9/2013 271

w tych obiektach dokonywana jest przez odwołanie do kryte-riów zdefiniowanych w PN-S-10040 [22] oraz w Rozporzą-dzeniu [23] i dotyczących stopnia mrozoodporności F150 według PN-B-06250 [12].

Ta b e l a 1. normy i przepisy zawierające opis metod badania oraz kryteria oceny mrozoodporności betonu

rodzaj badania Opis metody badania kryteria oceny

Mrozoodporność wewnętrzna

PN-B-06250 [12]

PN-B-06250 [12], PN-S-10040 [22],Rozporządzenie MTiGM z 30.05.2000 [23]

PN-V-83002 [24] PN-V-83002 [24]

CEN/TR 15177 [16] –

Mrozoodporność powierzchniowa

PKN-CEN/TS 12390-9 [17] PN-EN 13877-2 [17]

PN-EN 1339 [18] PN-EN 1339 [18]

Kryteria oceny mrozoodporności oznaczanej na podstawie charakterystyki porów powietrznych w stwardniałym betonie według norm przyjętych w Polsce, Austrii oraz Danii i stano-wiących krajowe uzupełnienie Normy Europejskiej EN 206-1, zestawiono w tabeli 2. Należy podkreślić, że Polska Norma uzupełniająca [13] nie zawiera wymagań analogicznych do przedstawionych tytułem przykładu norm austriackiej i duń-skiej.

Ta b e l a 2. wymagania dotyczące charakterystyki porów powietrz-nych w betonie wg różnych norm

norma wymaganieklasa ekspozycji

XF2 XF3 XF4

Norma PN-EN 206-1 i PN-B-06265

min. zawartość powietrza w mieszance [% (v/v)]

4,0 4,0 4,0

Norma austriacka ÖNORM B 4710-1[25]

min. zawartość powietrza w mieszance [% (v/v)] (*)

2,5 2,5 4,0

min. zawartość mikroporów A300 [% (v/v)] w betonie

1,0 1,0 1,8

max. wskaźnik rozmieszczenia L

(***) [mm] w betonie– – 0,18

Norma duńskaDS 2426 [26]

min. zawartość powietrza w mieszance [% (v/v)]

4,5 4,5 4,5

min. całkowita zawartość powietrza A w betonie [% (v/v)]

3,5 3,5 3,5

max. wskaźnik rozmieszczenia L

(***) [mm] w betonie0,20 0,20 0,20

odporność na złuszczenia powierzchniowe (**)

dobra dobra dobra

(*) – uzależniona od maksymalnego rozmiaru ziaren kruszywa(**) – na podstawie badania wg normy szwedzkiej SS 13 72 44, 3. udg., 1995 Betongprovning – Hårdnad betong – Avflagning vid frysning(***) – wskaźnik rozmieszczenia porów – por. rys. 1Pozostałe oznaczenia przyjęto zgodnie z PN-EN 480-11 [21]: A – całko-wita zawartość powietrza, A300 – zawartość mikroporów poniżej 0,3 mm.

Przykładem specyfikacji jakości betonu, obejmującej wy-magania określonych parametrów mikrostruktury porów po-wietrznych w odwiertach rdzeniowych pobieranych z kon-strukcji i nawierzchni drogowych, jest specyfikacja wprowa-dzona przez Ministerstwo Transportu Prowincji Ontario w Kanadzie [27]. Dokument ten określa granice dotyczące całkowitej zawartości porów powietrza i wskaźników ich roz-mieszczenia, a także podaje procedury badań na odwiertach pobranych z konstrukcji podczas badań odbiorczych. Z powodu niszczącej natury badań na próbkach pobranych z konstrukcji, liczba próbek do oznaczenia charakterystyki porów powietrznych jest ograniczona do dwóch na określo-ną partię betonu. Wielkość partii betonu określa umowa, np. 500 m2 powierzchni pomostu, 500 metrów bieżących ściany/bariery lub pojedyncza podpora mostu. Wymagania zawarte w [27] podano w tabeli 3. Warto nadmienić, że niezgodność parametrów mikrostruktury porów powietrznych z tymi wy-maganiami jest karana finansowo w skali odpowiadającej skutkom obniżenia trwałości betonu, ale są też przewidziane premie za uzyskanie bardzo korzystnych parametrów cha-rakterystyki porów.

Ta b e l a 3. wymagania dotyczące charakterystyki porów powietrz-nych w betonie w próbkach-odwiertach [27]

rodzajbetonu

całkowita zawartość powietrza

wskaźnik rozmieszczenia porów

Beton ≥ 3,0% (v/v)w każdej badanej

próbce

≤ 0,230 mmw każdej badanej

próbce

Beton wysoko-wartościowy*)

≥ 3,0% (v/v)w każdej badanej

próbce

≤ 0,250 mmw każdej badanej

próbce

*) beton o wytrzymałości na ściskanie fccube> 62 MPa, wykonany z do-datkiem pyłów krzemionkowych

Warto dodać, że w przypadku betonów wysokowartościo-wych, coraz częściej stosowanych w mostownictwie, wyma-ganiem dodatkowym dotyczącym charakterystyki porów powietrznych w betonie jest odpowiednio dużą jego odpor-ność na przenikanie agresywnych jonów chlorkowych. Zgodnie z kanadyjską normą CSA A23.1 [28] i cytowanymi już specyfikacjami [27], odporność na penetrację chlorków oznaczana jest metodą przyspieszoną zgodnie z normą ASTM C1202 [29]. Badania prowadzone są na próbkach-odwiertach z konstrukcji pobranych 28–32 dni od betono-wania. Wymagana wartość określona przepływającym ła-dunkiem elektrycznym wynosi 1000 Coulombów. Warto tu wyjaśnić, że w USA, oprócz ASTM C1202 [29], zamiennie stosowana jest inna metoda opisana w normie AASHTO TP64 [30], dotycząca odporności betonu na migrację chlor-ków, wyznaczaną w sposób taki jak w normie skandynaw-skiej NT Build 492 [31].

własne badania mrozoodporności betonu

Przedstawione poniżej w syntetycznym skrócie dwa przy-kłady własnych badań mrozoodporności betonu zamiesz-czono głównie po to, aby wskazać, że beton, który spełnia wiele wymaganych warunków normowych dotyczących jego

„Drogownictwo” 9/2013272

cech wytrzymałościowych i innych (np. wodoszczelności i nasiąkliwości), może nie spełniać warunków normowych dotyczących jego mrozoodporności, określanej za pomocą rutynowych lub bardziej zaawansowanych metod. Zdaniem autorów jest to ważna konstatacja, która powinna być znana, ale nie zawsze jest u nas, zwłaszcza u praktyków, dostatecz-nie uświadomiona.

Przykład 1 – Beton przyczółka wiaduktu drogowego

W projekcie przyczółka wiaduktu przyjęto beton klasy B30. Pozostałe wymagania dotyczące betonu obejmowały: sto-pień mrozoodporności F150, stopień wodoszczelności W8, nasiąkliwość nie większą od 5% (v/v). Założono stosowanie mieszanki betonowej o maksymalnym uziarnieniu nie więk-szym od 16 mm, z domieszką napowietrzającą zapewniającą zawartość powietrza od 3,5 do 5,5% (v/v).

Konsystencja mieszanki powinna być nie rzadsza od pla-stycznej, oznaczonej symbolem K-3. Założenia te posłużyły do opracowania odpowiedniej receptury składu mieszanki betonowej. W składzie mieszanki zastosowano cement CEM I 42,5 N-HSR/NA w ilości 360 kg/m3 przy wskaźniku w/c=0,42, a jako kruszywo grube zastosowano grys granitowy frakcji 2/8 i 8/16mm. W specyfikacji technicznej przewidziano pro-dukcję mieszanki w węźle betoniarskim, transport na miejsce budowy za pomocą betonowozów oraz podawanie mieszan-ki do deskowań za pomocą pompy.

Kontrolne badania mieszanki betonowej przeznaczonej do wbudowania w przyczółek wiaduktu wykazały, że napo-wietrzenie mieszanki wynosiło 4,0–4,1% (v/v) przy jej konsy-stencji 110 mm, mierzonej opadem stożka. Na próbkach kontrolnych uformowanych z mieszanki zbadano metodami normowymi: wytrzymałość na ściskanie, mrozoodporność, wodoszczelność, nasiąkliwość. Nasiąkliwość betonu wbu-dowanego w przyczółek wynosiła średnio 4,6% (v/v), a wo-doszczelność odpowiadała wymaganiom W8. Wyniki badań wytrzymałoś- ci na ściskanie podano w tabeli 4, a wyniki ba-dań mrozoodporności – w tabeli 5.

Ta b e l a 4. wytrzymałość na ściskanie betonu wbudowanego w przyczółek badana na uformowanych próbkach

wytrzymałość na ściskanie [ mPa]

po 7 dniach

po 28 dniach

po56 dniach

po 245 dniach

po 303 dniach

49,0 63,5 71,5 91,0 82,5

Po 150 cyklach zamrażania i rozmrażania zanotowano średni ubytek masy próbek 7,0% oraz stwierdzono ich roz-pad, dlatego też nie oznaczano wytrzymałości na ściskanie na próbkach porównawczych. Pomimo spełnienia wymagań co do wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach (z dużym za-pasem), nasiąkliwości i stopnia wodoszczelności betonu, mrozoodporność okazała się dramatycznie niska, niezgodna z wymaganiami norm.

Ze względu na negatywne wyniki badań mrozoodporności betonu przeprowadzonych według PN-B-06250 [10] na prób-kach formowanych, postanowiono zbadać mrozoodporność na odwiertach rdzeniowych pobranych z przyczółka. Zapla-nowano zbadanie:

stopnia mrozoodporności F150 z zastosowaniem metody • zwykłej,charakterystyki porów powietrznych w stwardniałym beto-• nie.Z korpusu przyczółka pobrano odwierty rdzeniowe o śred-

nicy 100 mm i długości 330 mm. Z każdego odwiertu uzy-skano po dwie próbki walcowe o średnicy 100 mm i wyso-kości 100 mm, po odcięciu warstwy przypowierzchniowej zawierającej odcinki prętów zbrojeniowych. Wiek betonu w chwili pobrania próbek wynosił 176 dni od zabetonowa-nia. Próbki-odwierty do badań przygotowano zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 12504-1 [32]. Badania mro-zoodporności próbek z odwiertów metodą zwykłą przepro-wadzono niezależnie w dwóch laboratoriach. Badania wy-konane pod nadzorem jednego z autorów (w Laboratorium Drogowym GDDKiA w Białymstoku) wykazały, że średni ubytek masy próbek po 150 cyklach zamrażania i rozmra-żania wynosił 1,2%, a średnie zmniejszenie wytrzymałości na ściskanie 39,7%. Badania przeprowadzone w drugim la-boratorium, również potwierdziły brak wymaganej odporno-ści betonu na cykliczne zamrażanie i odmrażanie. W bada-niach tych stwierdzono, iż średnie zmniejszenie wytrzyma-łości na ściskanie po 150 cyklach zamrażania i rozmrażanie wynosiło 25,9%, a średni ubytek masy próbek 1,0%. W obu przypadkach ocena mrozoodporności betonu w konstrukcji była negatywna, gdyż wyznaczone zmniejszenie wytrzyma-łości na ściskanie znacznie przekraczało 20%.

Niezadowalające wyniki badania mrozoodporności betonu na próbkach-odwiertach spowodowały konieczność opraco-wania sposobu poprawy mrozoodporności betonu wbudo-wanego w korpus przyczółka. Wykonawca zaproponował impregnację betonu preparatem hydrofobizującym, mają-cym dopuszczenie do stosowania w budownictwie komuni-kacyjnym, potwierdzone aprobatą techniczną. Aby spraw-dzić skuteczność zaproponowanego sposobu zabezpiecze-nia powierzchniowego betonu, z obiektu pobrano kolejne odwierty rdzeniowe o średnicy 100 mm. Próbki po odwierce-niu przekazano do ponownych badań w dwóch laborato-riach. Program badań przewidywał przechowywanie przez

Ta b e l a 5. masa i wytrzymałość na ściskanie próbek poddanych cy-klicznemu zamrażaniu i rozmrażaniu oraz próbek porównawczych

Próbki cyklicznie zamrażane/rozmrażane

Masa próbki nasyconej wodą przed pierwszym zamrożeniem [g]

8112 8097 7994 8148 8080 8114

Masa próbki nasyconej wodą po ostatnim rozmrażaniu [g]

7763 7812 6360 7823 7767 7603

Wytrzymałość na ściskanie po ostatnim rozmrażaniu [MPa]

Nie badano – próbki uległy zniszczeniu

Próbki porównawcze-niezamrażane

Wytrzymałość na ściskanie [MPa] *)

*) na próbkach porównawczych wykonano badania: mikrostruktury (oznaczenie próbek: 1354; 1379) oraz wytrzymałości na ściskanie po 245 i 303 dniach

„Drogownictwo” 9/2013 273

Ta b e l a 6. wyniki analizy charakterystyki porów powietrznych (wyniki badań iPPT Pan)

ParametrOznaczenie badanych próbek

1354 1379 3076 3077 3078 X_1a X_1B X_2a X_2B

Zawartość zaczynu cementowego w betonie P [% (v/v)] 27 27 27 27 27 27 27 27 27

Całkowita długość cięciwprzypadająca na pory Ta [mm] 31,89 33,90 35,44 35,49 63,26 44,96 43,06 82,97 36,36

Całkowita zawartośćpowietrza A [% (v/v) ] 2,67 2,84 2,97 2,98 5,30 3,77 3,61 6,96 3,05

Całkowita liczba mierzonych cięciw N 108 119 233 197 261 203 189 235 205

Powierzchnia właściwasystemu porów α [mm-1] 13,55 14,04 26,30 22,20 16,50 18,06 17,56 11,33 22,55

Stosunek zaczyn/powietrze R [–] 10,098 9,500 9,086 9,074 5,090 7,162 7,478 3,881 8,856

Wskaźnik rozmieszczenia L– [mm] 0,47 0,44 0,23 0,27 0,28 0,30 0,32 0,34 0,27

Zawartość mikroporów A300 [% (v/v)] 0,59 0,23 0,88 0,93 1,05 0,93 0,91 0,76 0,75

5 miesięcy jednej serii próbek w warunkach laboratoryjnych, natomiast druga seria była przechowywana w warunkach zbliżonych do warunków występujących na budowanym obiekcie. Założono, że na 30 dni przed rozpoczęciem bada-nia mrozoodporności wszystkie próbki będą zabezpieczone preparatem hydrofobizującym przez pomalowanie dwukrot-ne wszystkich powierzchni w odstępie 48 godzin między ma-lowaniami. Przeprowadzone badania mrozoodporności wy-kazały brak odporności betonu zaimpregnowanego na cy-kliczne zamrażanie i rozmrażanie. Negatywna ocena dotyczyła zarówno próbek przechowywanych w warunkach laboratoryjnych jak i w warunkach zbliżonych do budowy, badanych w obu laboratoriach. Badania przeprowadzone pod nadzorem jednego z autorów wykazały, że zaimpregno-wane próbki rdzeniowe przechowywane w warunkach labo-ratoryjnych po 150 cyklach zamrażania i odmrażania wyka-zały średni ubytek masy o 8,3% i średne zmniejszenie wy-trzymałości na ściskanie o 53,6%.

Ponieważ przeprowadzone badania nie potwierdziły sku-teczności zabezpieczenia powierzchniowego betonu w przy-czółku, Wykonawca zaproponował jako ostateczne rozwią-zanie wykonanie ochronnego płaszcza z betonu samoza-gęszczalnego

W związku z negatywnym wynikiem oceny mrozoodporno-ści betonu w konstrukcji podjęto próbę wyjaśnienia przyczy-ny. Odwołując się do koncepcji właściwego napowietrzania betonu określono charakterystykę porów powietrznych w próbkach-odwiertach wg PN-EN 480-11 [21]. Badania przeprowadzono na następujących próbkach:

na dwóch próbkach sześciennych o boku 150 mm, ozna-• czonych odpowiednio: 1354, 1379, uformowanych z mie-szanki betonowej dostarczonej na budowę, pobranej na budowie przed pompą, na odwiertach rdzeniowych o średnicy 100 mm i wysoko-• ści 100 mm, oznaczonych odpowiednio: 3076, 3077, 3078, X_1A, X_1B, X_2A, X_2B pobranych z korpusu przyczółka w trzech miejscach. Otrzymane wartości parametrów mikrostruktury porów po-

wietrznych, wyznaczone według normy [21] w poszczegól-nych próbkach, zestawiono w tabeli 6, natomiast w tabeli 7 podano średnie wartości badanych parametrów.

Ta b e l a 7. Średnie wartości parametrów charakteryzujących pory powietrzne i ich rozmieszczenie (wyniki badań iPPT Pan)

rodzaj i oznaczenie próbek betonu

a[% (v/v)]

α [mm-1]

l–

[mm]a300

[% (v/v)]

Formowane 1354, 1379 2,76 13,78 0,46 0,41

Odwierty rdzeniowe

3076, 3077, 3078 3,75 21,67 0,26 0,96

X_1 3,69 17,81 0,31 0,92

X_2 5,01 16,94 0,31 0,76

Na rys. 4 i 5 przedstawiono charakterystyczne obrazy mi-krostruktury porów w badanych próbkach betonu. Zaobser-wowane na zgładach pory powietrzne miały na ogół kształt okrągły. Oba pokazane przykłady ilustrują niespełnienie wy-magań dotyczących charakterystyk porów powietrznych.

Rys. 4. Obraz mikrostruktury porów powietrznych w próbce betonu na-powietrzonego z odwiertów rdzeniowych, pory oznaczone kolorem białym, widoczne ziarna drobnego kruszywa. Układ porów nie spełnia wymagań

Rys. 5. Obraz mikrostruktury porów powietrznych w próbce betonu na-powietrzonego z formowanych próbek sześciennych 1354 i 1379, pory oznaczone kolorem białym, widoczne ziarna drobnego kruszywa. Układ porów nie spełnia wymagań

Na podstawie przeprowa-dzonych badań i analiz stwierdzono, że:

wytrzymałość betonu wbu-• dowanego w przyczółek wia-duktu przekraczała średnio 70 MPa, a zatem była ponad dwukrotnie większa niż pro-jektowana klasa betonu;

spełnione zostały receptu-• rowe wymagania normy PN-EN 206-1[11] w odniesieniu do betonu w klasie ekspozy-cji XF2–XF4;

wymagania specyfikacji • technicznej dotyczące na-siąkliwości i stopnia wo-

„Drogownictwo” 9/2013274

doszczelności betonu zostały spełnione, ale nie spełnione było wymaganie stopnia mrozoodporności F150;duża wytrzymałość na ściskanie betonu, przekraczająca • klasę B60, nie zapewniła wymaganej mrozoodporności wewnętrznej betonu;średnie parametry mikrostruktury porów powietrznych we-• dług PN-EN 480-11 [21] w próbkach formowanych oraz odwiertach (wskaźnik rozmieszczenia > 0,23 mm) potwier-dzają niewłaściwe napowietrzenie mieszanki betonowej, niezapewniające odporności betonu w warunkach cyklicz-nego zamrażania/rozmrażania;w przypadku niewłaściwej mikrostruktury porów zabezpie-• czenie betonu powłoką ochronną nie poprawiło jego mro-zoodporności;przeprowadzone badania potwierdziły znaną ([3], [4]), • choć nie zawsze uświadamianą i akceptowaną regułę, że duża wytrzymałość betonu nie wiąże się z wymaganą, od-powiednio dużą odpornością na agresywne oddziaływanie mrozu.

Przykład 2 – Beton w oczepach palowych przepustu drogowego

W ramach przebudowy przepustu wykonano nową kon-strukcję nośną, zaprojektowaną jako przepust skrzynkowy posadowiony na istniejących palach. Założono wykonanie poszczególnych elementów przepustu z betonu klasy B35 o wymaganym stopniu mrozoodporności F150, stopniu wo-doszczelności W8 i nasiąkliwości nie większej niż 5%. Zało-żenia te posłużyły do opracowania odpowiedniej receptury składu mieszanki betonowej. W składzie mieszanki zastoso-wano cement CEM I 42,5 N-HSR/NA w ilości 369 kg/m3 przy wskaźniku w/c=0,44, a jako kruszywo grube zastosowano grys bazaltowy frakcji 2/8 i 8/16mm.

Przeprowadzone badania na próbkach kontrolnych po-twierdziły, że poszczególne elementy przepustu, z wyjątkiem jednego oczepu pali (oznaczonego symbolem G), wykonano z betonu o właściwościach spełniających podane wyżej wy-magania. Przedstawione wyniki dotyczą badań próbek po-branych z mieszanki betonowej wbudowanej w dwa oczepy palowe przepustu. W tabeli 8 zestawiono wyniki badań wy-trzymałości na ściskanie betonu.

Ta b e l a 8. wytrzymałość na ściskanie próbek betonu wbudowane-go w oczepy pali

Oczep pali(oznaczenie

próbek)

Średnia wytrzymałość na ściskanie [mPa]

po 7 dniach

po 28 dniach

po 56 dniach

po 106 dniach

G 49,7 73,7 79,2 81,2

Ł 83,5 77,3 85,0 –

Wbudowany w oczepy beton w zakresie wodoszczelności odpowiadał wymaganiom W8, a jego nasiąkliwość nie prze-kraczała 5%. W przypadku mrozoodporności badane próbki pobrane z oczepu (oznaczonego G) uległy zniszczeniu po 123 cyklach zamrażania i rozmrażania. Średnia wytrzyma-łość na ściskanie po 106 dniach próbek porównawczych przechowywanych w wodzie wynosiła 81,2 MPa. W tabeli 9 podano wyniki badania mrozoodporność betonu wbudowa-nego w drugi oczep (oznaczony Ł). Wskutek cyklicznego za-

mrażania i rozmrażania ubytek masy badanych próbek wy-niósł 0,9%, a zmniejszenie wytrzymałości na ściskanie 2,6%.

Z powodu niezgodności wyników oznaczenia mrozood-porności betonu z wymaganiami specyfikacji technicznej zadecydowano o przeprowadzeniu dodatkowych badań próbek-odwiertów pobranych z obu oczepów pali. Z powo- du braku możliwości pobrania wymaganej liczby próbek do badania stopnia mrozoodporności zgodnie z normą PN-B-06250 [12] pobrano po jednym odwiercie z każdego oczepu do oznaczenia charakterystyki porów powietrznych. Pobrano odwierty rdzeniowe o średnicy 100 mm i długości co najmniej 250 mm. Z każdego odwiertu uzyskano zatem dwie próbki walcowe o średnicy 100 mm i wysokości 100 mm. Na dwóch próbkach-odwiertach określono charaktery-stykę porów powietrznych według normy PN-EN 480-11 [21]. Otrzymane wartości parametrów mikrostruktury porów po-wietrznych przedstawiono w tabeli 10.

Ta b e l a 10. wartości średnie parametrów określających charakte-rystykę porów powietrznych w próbkach odwiertach betonu (wyniki badań iPPT Pan)

Oznaczenie próbek– odwiertów

a[%]

α [mm-1]

l–

[mm]a300

[%]

1G 2,96 17,87 0,35 0,84

2Ł 3,79 25,49 0,22 1,19

Przykład obrazu mikrostruktury porów w próbce betonu (oznaczenie 2Ł) przedstawiono na rys. 6. Na ogół zaobser-wowane na zgładach pory powietrzne miały kształt okrągły, krawędzie porów były ostro zarysowane. Rysunek przedsta-wia widok drobnych porów powietrznych, dość równomier-nie rozmieszczonych w przekroju, bez występowania sku-pisk. Jest to obraz porów w betonie o dużej mrozoodporno-ści F150, a zatem odpowiadają pożądanej charakterystyce porów (por. też wartości w tabelach 7 i 10).

Na podstawie przeprowadzonych badań i analiz stwierdzo-no, że:

wytrzymałość wbudowanego betonu przekraczała średnio • 70 MPa, a zatem była ponad dwukrotnie większa niż pro-jektowana klasa betonu;

Ta b e l a 9. masa i wytrzymałość na ściskanie próbek poddanych cyklicznemu zamrażaniu i rozmrażaniu oraz próbek porównaw-czych

Próbki cyklicznie zamrażane/rozmrażane

Oznaczenie próbek 1Ł 2Ł 3Ł 4Ł 5Ł 6Ł

Masa próbki nasyconej wodą przed pierwszym zamrożeniem [g]

8713 8603 8699 8695 8712 8763

Masa próbki nasyconej wodą po ostatnim rozmrożeniu [g]

8279 8611 8690 8688 8702 8753

Wytrzymałość na ściskanie po ostatnim rozmrażaniu [MPa]

80,7 80,2 92,9 90,2 91,8 96,7

Próbki porównawcze-niezamrażane

Wytrzymałość na ściskanie [MPa] 94,9 92,8 89,5 92,7 86,3 90,7

„Drogownictwo” 9/2013 275

Rys. 6. Przykład obrazu mikrostruktury porów powietrznych w próbce betonu napowietrzonego 2Ł, pory oznaczone kolorem białym, widocz-ne ziarna drobnego kruszywa. Układ porów spełnia wymagania

spełnione zostały recepturowe wymagania normy PN-EN • 206-1 [11] w odniesieniu do betonu w klasie ekspozycji XF2-XF4;wymagania specyfikacji technicznej dotyczące nasiąkliwo-• ści i stopnia wodoszczelności betonu były spełnione, ale w jednym oczepie nie spełnione były wymaganie stopnia mrozoodporności F150;niedostateczną mrozoodporność betonu można skorelo-• wać z niewłaściwą charakterystyką porów powietrznych w betonie (wskaźnik rozmieszczenia > 0,23mm).

analiza wyników badań w kontekście wymaganych właściwości normowych betonu do budowy obiektów mostowych

Sytuacja formalna co do wymagań technicznych dotyczą-cych mrozoodporności betonu, zwłaszcza betonu w obiek-tach mostowych, jest dość skomplikowana. Obecne Polskie Normy (PN-EN 206-1 [11] oraz PN-B-06265 [12]) formułują wyłącznie wymagania recepturowe na składniki betonu, a wymagania dotyczą jedynie wytrzymałości betonu na ści-skanie i zawartości powietrza w mieszance betonowej. W obowiązującym Rozporządzeniu [23], prócz wymagań dotyczących minimalnej klasy betonu podane są wymaga-nia funkcjonalne dotyczące: mrozoodporności, wodosz-czelności oraz nasiąkliwości wagowej określone według stanu wiedzy i techniki zawartej w normie PN-B-06250 [12]. Normę tę wycofano w roku 2003 bez pełnego jej zastąpie-nia, tj. bez wprowadzenia odpowiednio rozbudowanego krajowego arkusza uzupełniającego zawierającego nie-zbędne wymagania funkcjonalne betonu. W obecnie przy-gotowanym projekcie znowelizowanej normy EN 206-1 (wersja z marca 2013) pozostawiono niezmienioną zasadę wymagań recepturowych. We wstępie do normy znalazło się zdanie objaśniające, że przyjęta recepturowa metoda projektowania betonu jest tymczasowa, że trwają prace nad ujęciem funkcjonalnym. W dziedzinie metod projektowania betonu z uwzględnieniem jego trwałości pojawiły się odnie-sienia do nowych metod badawczych, dotyczących odpor-ności na złuszczenie wg CEN/TS 12390-9 [17], odporności na karbonatyzację wg CEN/TS 12390-10 [33], odporności na dyfuzję chlorków wg CEN/TS 12390-11 [34]. W związku z tym pożądane byłoby podjęcie działań w celu wprowa-dzenia do krajowej praktyki tych metod albo metod alterna-tywnych oraz ustalenie kryteriów oceny. Trzeba zwrócić

uwagę, że wymienione trzy dokumenty nie mają statusu norm, ale jedynie specyfikacji technicznych do próbnego stosowania; zawierają opis metod badania, ale nie formułu-ją kryteriów oceny. Wyniki prac wdrożeniowych powinny stanowić podstawę sformułowania wymagań dotyczących wymagań funkcjonalnych w krajowym arkuszu uzupełniają-cym PN-B-06265 [12] oraz specyfikacji technicznej betonu przeznaczonego do budowy obiektów mostowych, dosto-sowanej do obecnego stanu wiedzy i techniki w dziedzinie projektowania betonu. Jako metody alternatywne mogą być stosowane następujące badania:

badanie charakterystyki porów w stwardniałym betonie wg • PN-EN 480-11 [21], podobnie jak w normach austriackiej, duńskiej lub kanadyjskiej, jako alternatywa do wymagań F150 oraz badanie odporności na złuszczenie wg CEN/TS 12390-9 [17];badanie migracji chlorków metodą przyspieszoną wg NT • Build 492 [31], podobnie jak w krajach skandynawskich i analogicznie jak w USA i Kanadzie, jako alternatywa ba-dania odporności na dyfuzję chlorków wg CEN/TS 12390-11 [34] oraz zamiennik nasiąkliwości < 5%(m/m);badanie przepuszczalności powietrza lub CO• 2 przez beton określanej metodą Torrenta lub metodą Cembureau [10] jako alternatywa do badania odporności na karbonatyza-cję wg CEN/TS 12390-10 [33].Wymienione metody badawcze są stosowane w laborato-

riach kilku krajowych uczelni technicznych, instytutów na-ukowych i badawczych. Uzasadnienie wyboru metod alter-natywnych przedstawiono poniżej uwzględniając możliwości wdrożenia nowych technik badawczych w laboratoriach kra-jowej administracji drogowej.

Badanie charakterystyki porów w betonie wg PN-EN 480-11 [21] jest finezyjne i wymaga wysokich kwalifikacji per-sonelu badawczego. Dlatego metodę należy traktować jako właściwą do stosowania podczas projektowania i zatwierdza-nia receptury betonu oraz podczas ewentualnych badań roz-jemczych. Do rutynowych badań kontrolnych dostarczonego betonu, badanie F150 albo F200 według normy [12] powinno wystarczyć. Można rozważyć modyfikację kryteriów oceny zgodnie z procedurą stosowaną w normie litewskiej LST 1974:2012 [35]. Badania odporności na złuszczenia wskutek działania mrozu i roztworu soli wg CEN/TS 12390-9 [17] jest odpowiednie przede wszystkim w przypadku betonowych na-wierzchni drogowych i krawężników. Elementy obiektów mo-stowych są narażone głównie na działanie mgły solnej, łącznie z namaczaniem i wysychaniem oraz działaniem zmiennej tem-peratury. Dopóki nie będą ustalone właściwe kryteria oceny wyników wg CEN/TS 12390-9 [17] zastosowanie kryterium F200 według [12] wydaje się wystarczające.

Wymaganie odpowiednio dużej szczelności betonu nara-żonego na działanie mrozu zostało już uzasadnione we wstę-pie do artykułu. Badanie nasiąkliwości wagowej i kryterium 5% nie są już wystarczające w odniesieniu do współczesnych betonów napowietrzonych, modyfikowanych domieszkami chemicznymi. Duża szczelność betonu napowietrzonego wymagana jest również w celu ograniczenia przenikania wodnych roztworów jonów agresywnych (chlorków, siarcza-nów), które mogą wywołać zagrożenie korozją zbrojenia. Ba-danie odporności na dyfuzję chlorków wg CEN/TS 12390-11 [34] jest długotrwałe, trwa łącznie 118 dni, wymaga finezyj-

„Drogownictwo” 9/2013276

nych umiejętności personelu badawczego, a kryteria oceny nie zostały jeszcze ustalone. Wobec tego metody przyspie-szone takie jak NT Build 492 [31], dość proste i szybkie (ba-danie trwa 2-3 dni) są uzasadnione. Znane są kryteria oceny wyników badania wg NT Build 492, np. stosowane przy bu-dowie duńskich mostów przez cieśniny bałtyckie [5].

Metoda badania odporności na karbonatyzację wg CEN/TS 12390-10 [33] jest dość łatwa do powszechnego wprowadzenia w laboratoriach krajowych, ale samo badanie jest też długotrwałe i wymaga opracowania kryteriów oceny wyników. Prace badawcze dotyczące wykorzystania szyb-kich metod oznaczania przepuszczalności gazów przez be-ton nadal trwają, ale co najmniej dwa krajowe laboratoria mają znaczące doświadczenia w tej dziedzinie.

wnioski końcowe

Na podstawie analizy omówionych przypadków problema-tycznej jakości betonu napowietrzonego wbudowanego w obiekty mostowe można sformułować następujące wnioski końcowe:

1. Spełnienie recepturowych ograniczeń składu betonu zgodnie z PN-EN 206-1 nie jest warunkiem wystarczającym uzyskania projektowanej mrozoodporności betonu F150.

2. Nasiąkliwość betonu < 5%(m/m) nie jest skorelowana z mrozoodpornością F150. Impregnacja betonu przez zasto-sowanie powłoki polimerowej, mimo znacznego zmniejsze-nia nasiąkliwości, nie zwiększyła odporności betonu na dzia-łanie mrozu.

3. Duża wytrzymałość betonu na ściskanie, przewyższają-ca B60, nie zawsze jest warunkiem wystarczającym uzyska-nia projektowanej mrozoodporności betonu F150.

4. Stwierdzono wyraźną korelację mrozoodporności beto-nu F150 z właściwą mikrostrukturą porów powietrznych w betonie, określoną na odwiertach z konstrukcji i ocenioną na podstawie kryteriów kanadyjskich [27], dotyczących wskaźnika rozmieszczenia porów i całkowitej zawartości po-rów w betonie.

5. Należy rozważyć i podjąć odpowiednie prace badawczo-wdrożeniowe w celu wprowadzenie do praktyki krajowej, tj. do krajowego arkusza uzupełniającego PN-EN 206-1 [11], metody badania charakterystyki porów w betonie wg PN-EN 480-11[21] podczas badań wstępnych mieszanki, wzorem Danii i Austrii. Należy też rozważyć zastąpienie wymagania nasiąkliwości betonu inną, bardziej wiarygodną metodą oznaczania szczelności, zwłaszcza szczelności na przenika-nie mediów agresywnych, przede wszystkim chlorków i po-wietrza bądź dwutlenku węgla.

B i b l i o g r a f i a

[1] D. Alterman, A.M. Brandt, M.A. Glinicki, D. Jóźwiak-Niedźwiedz-ka, J. Kasperkiewicz, A. Litorowicz, Z. Ranachowski, D. Załocha, M. Zieliński, Metody diagnozowania betonów i betonów wysoko-wartościowych na podstawie badań strukturalnych, Instytut Pod-stawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa 2003

[2] G. Fagerlund, Trwałość konstrukcji betonowych, Arkady, War-szawa 1997

[3] K. Flaga, M. Bogacka, P. Maliszkiewicz, Cechy trwałościowe be-tonów mostowych na przykładzie obiektów mostowych autostra-

dy A2 na odcinku Konin-Koło-Dąbie. Inżynieria i Budownictwo, nr 9/2007

[4] K. Flaga, O mrozoodporności betonów mostowych. W: „Trwa-łość obiektów mostowych”. Dolnośląskie Wydawnictwo Eduka-cyjne, Wrocław, XI. 2012

[5] O. E. Gjorv, Durability design of concrete structures in severe environment, Taylor and Francis, New York 2009.

[6] W. Kurdowski, Chemia cementu i betonu, SPC-PWN, Kraków – Warszawa 2010

[7] A.M. Neville, Właściwości betonu, SPC, Kraków 2012[8] Praca zbiorowa pod red. Czarneckiego L., Beton według normy

PN-EN 206-1 – Komentarz, Polski Cement, Kraków 2004[9] Z. Rusin, Technologia betonów mrozoodpornych, Polski Cement,

Kraków 2002[10] J. Śliwiński, Podstawowe właściwości betonu i jego trwałość,

Cement-Wapno-Beton, 14/76, (5), 2009, 245-254[11] PN-EN 206-1:2003. Beton Część 1: Wymagania, właściwości,

produkcja i zgodność[12] PN-B-06250:1988 Beton zwykły[13] PN-B-06265:2004 Krajowe uzupełnienie PN-EN206-1:2003 Be-

ton, Część I: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność[14] PN-EN 12620 Kruszywa do betonu[15] ASTM C666/C 666M-03(2008) Standard Test Method for Resi-

stance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing[16] CEN/TR 15177:2006, Testing the Freeze-Thaw Resistance of

Concrete. Internal Structural damage[17] PKN-CEN/TS 12390-9: 2007 Testing Hardened Concrete – Part

9: Freeze-Thaw Resistance – Scaling[18] PN-EN 1339:2005 Betonowe płyty brukowe – Wymagania i me-

tody badań[19] PN-EN 1387-2:2007 Nawierzchnie betonowe – Część 2: Wyma-

gania funkcjonalne dla nawierzchni betonowych[20] ASTM C457-12 Standard Test Method for Microscopical Deter-

mination of Parameters of the Air-Void System in Hardened Con-crete

[21] PN-EN 480-11:2008 Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu – Metody badań – Część 11: Oznaczenia charakterystyki porów powietrznych w stwardniałym betonie

[22] PN-S-10040:1999 Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, żel-betowe i sprężone. Wymagania i badania

[23] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 20 maja 2000 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty inżynierskie i ich usytuowa-nie (Dz. U. Nr 63.poz. 735, 03.08.2000)

[24] PN-V-83002:1999 Lotniskowe nawierzchnie z betonu cemento-wego. Wymagania ogólne i metody badań

[25] ÖNORM B 4710-1:2007 Beton – Teil 1: Festlegung, Herstellung, Verwendung und Konformitätsnachweis (Regeln zur Umzent-zung der ÖNORM EN 206-1 für Normal- und Schwerbeton)

[26] DS 2426:2011 Beton – Materialer – Regler for anvendelse af EN 206-1 i Danmark.

[27] OPSS. PROV 1350 April 2010 Ontario Provincial Standard Spe-cification: Material Specification for Concrete – Materials and Production (http://www:raqsb.mto.gov.on.ca/techpubs/ops.nsf)

[28] CAN/CSA-23.1-09/A 23.2-09 Concrete Materials and Methods of Concrete Construction/test Methods and Standard Practices for Concrete

[29] ASTM C1202 – 12 Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration

[30] AASHTO TP 64-03 (2007) Standard method of test for predicting chloride penetration of hydraulic cement concrete by the rapid migration procedure

[31] NT Build 492:1999 Concrete, Mortar and Cement –Based Repa-ir Materials: Chloride Migration Coefficient from Non-Steady-Sta-te Migration Experiments

[32] PN-EN 12504-1:2011 Badania betonu w konstrukcjach – Część 1: Próbki rdzeniowe – Pobieranie, ocena i badanie wytrzymało-ści na ściskanie

[33] CEN/TS 12390-10:2007 Testing hardened concrete – Part 10: Determination of relative carbonation resistance of concrete

[34] CEN/TS 12390-11:2010 Testing hardened concrete – Part 11: Determination of the chloride resistance of concrete, unidirectio-nal diffusion

[35] LST 1974:2012 LST EN 206-1 Taikymo taisyklės ir papildomieji nacionaliniai reikalavimai■