ANDRZEJ SERUGA, TERESA SERUGA*

PRZYDATNO UYTKOWA BETONOWYCH NAWIERZCHNI LOTNISKOWYCH

SERVICE LIVES OF AIRPORT CONCRETE PAVEMENTS

S t r e s z c z e n i e

W artykule przedstawiono problemy zwizane z projektowaniem i wykonawstwem betono-wych nawierzchni lotniskowych. W szczeglnoci przeanalizowano takie czynniki jak rodzaj cementu, uziarnienie kruszywa, skad mieszanki betonowej oraz takie waciwoci mechanicz-ne jak wytrzymao betonu na ciskanie i zginanie, ktre maj wpyw na trwao betonu. W oparciu o wyniki otrzymane z bada dowiadczalnych prowadzonych w Polsce i w USA stwierdzono, e zastosowanie cementu z udziaem ula wielkopiecowego zwiksza wytrzy-mao betonu na zginanie i obnia przepuszczalno betonu. Biorc pod uwag wnioski wyni-kajce z analizy, uznano, e do wykonywania betonowych nawierzchni lotniskowych w Polsce powinien by stosowany cement typu CEM II/B-S 42,5 N.

Sowa kluczowe: nawierzchnielotniskowe, betonowenawierzchniedyblowane

A b s t r a c t

In the paper there are presented the problems dealing with the design and execution of airport concrete pavements. Such factors as type of cement, aggregate gradation, compressive strength, flexural strength influenced on concrete durability were particularly analyzed. Based on the results of experimental investigation conducted in Poland and USA it can be concluded that slag cement increases the flexural strength and decreases the permeability of the concrete. Taking into consideration this findings the slag cement type CEM II/B-S42,5 N should be used in concrete mix, to construction of airport concrete pavement in Poland.

Keywords: airportconcretepavements, doweljointedconcretepavements

* Dr hab. in. Andrzej Seruga, prof. PK, dr in. Teresa Seruga, Instytut Materiaw i Konstrukcji Budowlanych, Wydzia Inynierii Ldowej, Politechnika Krakowska.

140

1. Wstp

Przydatno uytkowa nawierzchni lotniskowych ma istotny wpyw na funkcjonowa-nie portw lotniczych i we wszystkich krajach jest wanym problemem. Obserwowany w ostatnich latach, szczeglnie w Polsce, intensywny wzrost ruchu lotniczego z jednocze-snym wzrostem masy samolotw jest przyczyn czstych napraw istniejcych nawierzchni. Zakres napraw, cznie z koniecznoci pooenia nowych nawierzchni przy zapewnieniu cigoci lotw, bez zamykania lotniska, uzaleniony jest od rodzaju nawierzchni i zastoso-wanego rozwizania konstrukcyjnego. Nawierzchnie asfaltowo-betonowe wymagaj czst-szych napraw i mimo i mona je wykona w krtszym czasie ni nawierzchnie betonowe na cemencie portlandzkim, obserwuje si powszechn tendencj do wykonywania nawierzch-ni betonowych. Okazuje si, i opacalne jest poniesienie wikszych kosztw pocztkowych zwizanych z wykonaniem nawierzchni betonowych przy zapewnieniu maksymalnego okre-su przydatnoci uytkowej i obnieniu kosztw utrzymania nawierzchni.

Nawierzchnie betonowe mog by wykonywane jako czone dyblowane, zbrojone w sposb cigy lub z betonu spronego. Nie analizujc efektywnoci zastosowania po-szczeglnych rozwiza konstrukcyjnych, naleaoby si w pierwszej kolejnoci skupi na mieszance betonowej i waciwociach mechanicznych betonu stwardniaego.

2. Beton do nawierzchni wybrane wymagania normowe

W 2007 roku Polski Komitet Normalizacyjny zatwierdzi normy [13] dotyczce na-wierzchni betonowych. Zgodnie z norm [1] nawierzchnia betonowa jest to warstwa betono-wa przeznaczona do przenoszenia obcie od ruchu pojazdw i odporna na warunki rodo-wiskowe. Wrd wymienionych rodzajw nawierzchni podana jest nawierzchnia betonowa czona niezbrojona, czona zbrojona i betonowa zbrojona w sposb cigy. Do tej grupy nawierzchni naley doda nawierzchnie z betonu spronego, ktre czsto stosowane s na lotniskach.

Przytoczone normy s tak skonstruowane, e sformuowanie wytycznych dla projektanta mieszanki betonowej wymaga dodatkowo przestudiowania kilku innych norm zwizanych. Ponadto w wielu przypadkach podawane s oglne wymagania, jakim powinien odpowiada beton, a bardziej szczegowe dane, dotyczce np. kruszywa [4] i cementu winny by sprecy-zowane dla projektantw w formie wymaga krajowych. Podstawowym parametrem betonu dla nawierzchni jest wytrzymao betonu na rozciganie przy zginaniu, czsto okrelana jako wytrzymao na zginanie. W normie [1] w tabeli 2 podano bdn definicj wytrzy-maoci na zginanie: badana na kostkach szeciennych o przekroju (winno by: na belkach o przekroju poprzecznym 150 150 mm).

W normie [2] dotyczcej wymaga funkcjonalnych dla nawierzchni betonowych nie ma adnej wzmianki o sposobie kontrolowania wytrzymaoci na zginanie, a przecie ta wiel-ko decyduje o gruboci nawierzchni betonowej.

Jeli chodzi o skadniki betonu, to naley stosowa tylko materiay dopuszczone przez norm [5] i dobiera je w taki sposb, aby spenione zostay wymagania podane w normie [5] zarwno dla niezwizanego jak i zwizanego betonu. Gdy w beton wbudowane s ele-

141

menty stalowe niezabezpieczone przed korozj (kotwy, dyble i prty zbrojeniowe), cakowi-ta zawarto jonw chlorkowych nie powinna przekroczy 0,40% masy cementu, zgodnie z norm [5].

Oddziaywanie rodowiska sklasyfikowane jest w postaci klas ekspozycji. Jezdnie drg i mostw, naraone na zamraanie/odmraanie bez rodkw odladzajcych albo ze rod-kami odladzajcymi, naley zaliczy zgodnie z norm [5] do klasy XF4. W zaczniku F do normy [5] podane s zalecenia dotyczce granicznych wartoci parametrw betonu. Do wykonywania konstrukcji betonowych w klasie ekspozycji XF4 zaleca si stosowa beton o nastpujcych wymaganiach: minimalna klasa wytrzymaoci na ciskanie C30/37, maksymalny stosunek w/c = 0,45, minimalna zawarto cementu 340 kg/m3, kruszywo o odpowiedniej mrozoodpornoci zgodnie z norm [4].

Rodzaje i klasy kruszywa dopuszczone do stosowania powinny by okrelone w odpo-wiednich normach krajowych lub specyfikacjach. Maksymalny wymiar ziaren kruszywa nie powinien przekracza jednej czwartej (1/4) gruboci warstwy. Do wykonywania nawierzch-ni betonowych czonych zbrojonych oraz nawierzchni betonowych zbrojonych w sposb cigy, maksymalny wymiar kruszywa nie powinien przekracza jednej trzeciej (1/3) odle-goci w wietle midzy podunymi prtami zbrojeniowymi.

Rodzaj cementu powinien by dobrany zgodnie z EN 206-1 [5] dla okrelonej klasy be-tonu. Dodatkowe wymagania mog by okrelone przez odpowiednie normy krajowe lub te przez specyfikacje dotyczce miejsca zastosowania.

Mechaniczna wytrzymao betonu powinna by okrelona w zakresie nastpujcych waciwoci mechanicznych: wytrzymao na ciskanie zgodnie z norm EN 12390 3 [6], wytrzymao na rozciganie przy rozupywaniu wg EN 12390 6 [7], wytrzymao na zginanie wg EN 12390 5 [8].

Pobrane do bada prbki betonowe powinny by pielgnowane zgodnie z norm [9].Klas wytrzymaoci betonu na ciskanie naley okreli zgodnie z norm [5], natomiast

klas wytrzymaoci betonu na rozciganie przy rozupywaniu i klas wytrzymaoci betonu na zginanie zgodnie z tabelami odpowiednio 1 i 2 [1].

T a b e l a 1Klasywytrzymaocibetonunarozciganieprzyrozupywaniu,fsk

Klasa wytrzymaoci fsk [N/mm2] Klasa wytrzymaoci fsk [N/mm

2]S 1,3 1,3 S 3,3 3,3S 1,7 1,7 S 4,0 4,0S 2,0 2,0 S 5,0 5,0S 2,4 2,4 S 5,5 5,5S 2,7 2,7 S 6,0 6,0S 3,0 3,0

fsk wytrzymao charakterystyczna betonu na rozciganie przy rozupywaniu po 28 dniach dojrzewania betonu, okrelona na prbkach cylindrycznych f150 300 mm.

142

T a b e l a 2Klasywytrzymaocibetonunazginanie,ffk

Klasa wytrzymaoci ffk [N/mm2] Klasa wytrzymaoci ffk [N/mm

2]F 2 2,0 F 5,5 5,5F 3 3,0 F 6,5 6,5

F 3,5 3,5 F 8,5 8,5F 4 4,0 F 9 9,0

F 4,5 4,5 F 10 10,0ffk wytrzymao charakterystyczna betonu na zginanie po 28 dniach dojrzewania betonu, okrelona na belkach o

przekroju poprzecznym 150 150 mm.

Obowizujca do niedawna norma [10] nakazywaa stosowa do produkcji betonw nawierzchniowych kruszywo amane, a w szczeglnoci granitowe. Maksymalna wielko ziaren kruszywa grubego nie powinna przekracza 32 mm. W przypadku wykonywania nie-wielkich fragmentw robt powierzchniowych, norma ta dopuszczaa stosowanie kruszywa do 16 mm.

Do budowy nawierzchni lotniskowych z betonu cementowego naleao stosowa czy-sty klinkierowy cement portlandzki CEM I 42,5 lub cement drogowy, klasy nie niszej ni 42,5. Cement mia mie oznaczon alkaliczno. Graniczna jej warto nie powinna bya przekracza 0,6% w przeliczeniu na Na2O. Skad mieszanki betonowej mona byo projekto-wa dowoln metod, zapewniajc stosunek wodno-cementowy w/c poniej 0,40. W wietle wytycznych normowych czna zawarto cementu i kruszywa drobnego (od 0 do 0,25 mm) nie powinna bya przekracza 450 kg na 1 m3 betonu. W tabeli 4 normy [10] zamieszczo-no waciwoci fizykomechaniczne, ktrym powinien odpowiada beton cementowy B35 stosowany do budowy lotniskowych nawierzchni z betonu cementowego. Poniej podano niektre z nich: wytrzymao gwarantowana na ciskanie 35 MPa, wytrzymao na ciskanie po 28 dniach,

okrelona na kostkach 150 150 150 mm 45 MPa, wytrzymao na rozciganie przy zginaniu po 28 dniach,

okrelona na belkach 150 150 700 mm 5,5 MPa, wytrzymao na rozciganie przy rozupywaniu 4,0 MPa, po 7 dniach dojrzewania w warunkach naturalnych, wytrzymao betonu na ciskanie

powinna odpowiada klasie B30 (wg [10]).Z ostatnio publikowanych prac dotyczcych realizacji nawierzchni betonowych o gru-

boci 0,20,3 m wynika, i do produkcji mieszanki betonowej stosowany jest cement port-landzki CEM I 42,5 i kruszywo o uziarnieniu do 16 mm. Ponadto zakada si midzy innymi nastpujce parametry betonu nawierzchniowego: klasa betonu C35/45, klasa ekspozycji XF4, stosunek w/c < 0,45, wytrzymao na rozciganie przy zginaniu po 28 dniach dojrzewania betonu,

okrelona na belkach o przekroju poprzecznym 150 150 mm 5,5 MPa, zawarto powietrza 3,56,0%.

143

W podawanych wynikach bada dowiadczalnych przytaczana jest wytrzymao na ciskanie, zawarto powietrza, mrozoodporno, natomiast nie ma adnych informacji na temat wytrzymaoci n