Utrzymanie dróg o nawierzchniach betonowych

W latach 1918-1925 w Polsce powstało ok. 27 000 m² dróg betonowych. Budowano je, używając betoniarek samojezdnych na gąsienicach wyposażonych we wkładki wibracyjne do zagęszczania świeżo ułożonej mieszanki. Do niedawna w Polsce były budowane głównie nawierzchnie podatne (asfaltowe), jednak coraz częściej ze względu na bardzo duże koleinowanie zaczęto budować drogi sztywne, czyli betonowe. Zaletami dróg betonowych są:

• odporność na wysokie temperatury (nie występuje koleinowanie);
• bardzo dobra przyczepność, dzięki czemu skraca się droga hamowania w porównaniu z drogą asfaltową;
• trwałość, nie wymagają napraw przez ok. 50 lat (oczywiście przy właściwym wykonaniu); z niemieckich danych wynika, że po 23 latach użytkowania tylko 5% nawierzchni betonowych wymaga napraw, natomiast w przypadku dróg asfaltowych napraw wymaga od 80 do 100% nawierzchni;
• jasność nawierzchni – poprawiają widoczność w niekorzystnych warunkach atmosferycznych;
• odpowiednio wykończona nawierzchnia dróg betonowych powoduje zmniejszenie hałasu, poprawia komfort jazdy, zwiększa bezpieczeństwo, zmniejsza zużycie paliwa.

Przyjmuje się, że budowa dróg betonowych w porównaniu z asfaltowymi jest droższa. Jednak sprawa może wyglądać inaczej, gdy uwzględni się trwałość dróg asfaltowych i koszty napraw.

© Rafael Ben-Ari – stock.adobe.com

W Polsce drogi betonowe projektuje się na ok. 30-letni okres eksploatacji. Po prawidłowym wykonaniu całej podbudowy drogi betonowe oddawane są do użytku. Ich nawierzchnie poddane są wówczas działaniom różnych czynników zewnętrznych, takich jak: temperatura (oddziałująca na poszczególne warstwy, a w szczególności na nawierzchnię), środki chemiczne stosowane w zimowym utrzymaniu dróg, obciążenia od pojazdów, działanie wody powierzchniowej i gruntowej.

W pierwszym roku eksploatacji prace związane z utrzymaniem ograniczają się do przeglądu ich stanu, sprawdzenia szczelin dylatacyjnych, jeśli występują ubytki – dokonuje się ich wypełnienia (aby zapewnić szczelność). W następnych latach eksploatacji w pobliżu dylatacji mogą występować pęknięcia krawędzi płyt, po 10 latach wykonuje się pierwsze zabiegi poprawiające szorstkość nawierzchni, po 20-30 latach mogą się pojawić spękania siatkowe oraz pęknięcia narożne i pęknięcia na krawędziach płyt. Naprawia się je przez wzmocnienie nawierzchni lub przez wymianę nawierzchni na nową. Jeżeli na etapie wykonawstwa powstały błędy, wady oraz uszkodzenia nawierzchni betonowych ujawnią się wcześniej, niż zakładano.

Uszkodzenia powierzchniowe nawierzchni wpływają znacząco na estetykę, komfort jazdy i trwałość nawierzchni, jednak nie wpływają bezpośrednio na parametry mechaniczne płyt betonowych (np.: wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, skręcanie, docisk miejscowy, odporność na oddziaływania dynamiczne). Do takich uszkodzeń należą:

• ubytki powstające w wyniku wyłuskiwania ziarna kruszywa z powierzchni betonu;
• odpryski ziarna kruszywa – małe zagłębienia w powierzchni betonu; pojawiają się, gdy ziarna kruszywa grubego pęcznieją i odspajają się z fragmentami przyległej zaprawy;
• rdzawe plamy występujące w zbrojonych płytach, w których wystąpiła korozja zbrojenia, po czym następuje odspajanie kawałków betonu;
• kratery powstające wskutek reakcji glinu z wodorotlenkiem wapnia;
• siatka spękań pojawiająca się na skutek drgań wywołanych ruchem, w tym ruchem technologicznym, który został wprowadzony, zanim beton osiągnął odpowiednią wytrzymałość;
• pęknięcia włoskowate będące efektem skurczu plastycznego (woda zbyt szybko odparowuje z powierzchni świeżego betonu i wywołuje rysy);
• ścieranie – koła pojazdów powodują ścieranie antypoślizgowej warstwy, czasami może dojść do koleinowania;
• złuszczanie – fragmenty zapraw i kruszywa grubego odpadają z powierzchni płyt betonowych, a to powoduje osłabienie trwałości nawierzchni;
• odpryski betonu – pojedyncze fragmenty odrywają się od powierzchni płyty;
• niewystarczająca szorstkość powierzchni powodująca zmniejszenie przyczepności kół pojazdów do nawierzchni, co w dużej mierze wpływa na bezpieczeństwo jazdy.

Natomiast do uszkodzeń strukturalnych – istotnie wpływających na geometrię i pracę betonowych elementów nawierzchni – należą:

• klawiszowanie, występujące często przy konstrukcjach niedyblowanych; w negatywny sposób wpływa na komfort jazdy; jeżeli osiągnie kilka centymetrów, może uszkodzić pojazd; klawiszowanie powstaje np. w wyniku nierównego podparcia płyt;
• degradacja szczelin dylatacyjnych wynikająca zarówno z nadmiernego klawiszowania, jak i przemieszczania płyt w poziomie; powstają progi, uskoki, nieciągłości;
• wysadzina – ze względu na zmianę podparcia dochodzi do pękania płyty lub klawiszowania; uszkodzenie wywołuje błędnie wykonana dylatacja;
• degradacja wgłębna (obniżenie wytrzymałości materiału);
• rozwarstwienia, które powstają na skutek segregacji mieszanki betonowej;
• spękania przyszczelinowe – spękania szczeliny dylatacyjnej;
• pustki wewnętrzne – pęcherze powietrza zamknięte w betonie.

Do oceny stanu nawierzchni stosuje się:

• Metody NDT; impact-echo, spektralna analiza fal powierzchniowych, emisja akustyczna.
• Ugięciomierz laserowy TSD – przeprowadza się nim sieciowe badania nośności nawierzchni, a przede wszystkim lokalizuje miejsca o obniżonej trwałości.
• Metodę ultradźwiękową – do określenia wytrzymałości nawierzchni betonowej na ściskanie.

Naprawy powierzchniowe polegają na:

• usunięciu uszkodzonego miejsca przez jego skucie lub wycięcie;
• dokładnym oczyszczeniu powierzchni, a następnie jej zagruntowaniu;
• wbudowaniu materiału naprawczego o pożądanych parametrach, takich jak wytrzymałość, przyczepność i barwa;
• wykończeniu powierzchni.

Może się zdarzyć, że wykonana nawierzchnia nie osiągnęła odpowiedniej szorstkości, co jest wynikiem błędnego wykonania. Aby poprawić błędy, można zastosować: piaskowanie, gridding wodą (natrysk wody przy użyciu wysokiego ciśnienia), rowkowanie.

W przypadku osiadania może dojść do zmiany poziomów płyt. Gdy do nich dojdzie, trzeba wykonać podniesienie płyt z ich stabilizacją za pomocą iniekcji cementowej bądź spienionego poliuretanu. W pierwszym etapie wierci się otwory technologiczne, po czym te otwory wypełnia się zaczynem cementowym lub spienionym poliuretanem. Aby zminimalizować naprężenia, które mogą się przyczynić do pęknięcia płyt, iniekcję należy wykonać równomiernie. Następnie do wypełnienia otworów można użyć specjalnych mas bądź żywic epoksydowych. Dyblowanie pionowe poprawia współpracę oraz przenosi obciążenia płyt sąsiadujących. Dyblowanie poziome przywraca odpowiednią współpracę sąsiadujących płyt, a także ogranicza przemieszczanie pionowe płyt między sobą. Następnie wykonuje się frezowanie płyt w celu ich wyrównania w poziomie – następuje tu usunięcie części betonu. Można również wymienić płyty, jeżeli wcześniejsze metody nie przyniosły pożądanego efektu. Płyty można wymienić w całości lub w części. Wymiana całych płyt składa się z następujących etapów:

• nacinanie piłą uszkodzonych płyt betonowych razem z dyblami i kotwami od wewnętrznej strony, trzeba jednak zaznaczyć bezpieczną strefę, by nie doszło do uszkodzeń w sąsiednich płytach;
• usuwanie mechanicznie uszkodzonej płyty, skuwając ją, także ręcznie gdy usuwa się pozostały beton w strefie dylatacji;
• usuwanie wypełnienia szczelin dylatacyjnych oraz czyszczenie krawędzi sąsiednich płyt;
• wywiercanie nowych otworów na kotwy i dyble;
• ułożenie warstwy separacyjnej;
• wbudowanie, zagęszczenie oraz wyrównanie mieszanki betonowej;
• wykonanie teksturowania nowej części płyty w celu jej ujednolicenia;
• pielęgnowanie;
• odnowienie dylatacyjnych szczelin z ich wypełnieniem.

Podsumowując, możemy powiedzieć, że stała kontrola dróg betonowych, począwszy od etapu wykonania, pozwoli na utrzymanie ich w naprawdę dobrym stanie, zapewniając bezpieczeństwo uczestnikom ruchu. Często widać, że drogi o nawierzchni asfaltowej nie spełniają już dobrze swojej funkcji, jeżeli chodzi o przejazd tirów w dni o wysokich temperaturach powietrza, gdy dziennie nie przejeżdża po nich jeden tir, lecz tysiące. Dlatego też drogi betonowe są obecnie bardzo pożądane i powinny być budowane. Sama ich naprawa nie jest trudna i nie powinna być tak kosztowna jak wymiana nawierzchni asfaltowej. Najważniejszą rzeczą w utrzymaniu dróg betonowych jest ich stała obserwacja i natychmiastowa reakcja, gdy dojdzie do niewielkich uszkodzeń. Pozwoli to na szybką naprawę i będzie można jej używać przez projektowany okres 30 lat.

inż. Joanna Anna Dolata-Swaczyna

Bibliografia

1. W. Jackiewicz-Rek, K. Załęgowski, A. Garbacz, Specyfikacja napraw uszkodzeń nawierzchni betonowych, Konferencja „Awarie budowlane”, 2015.
2. Katalog typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych, IBDiM, 2001.
3. www.izolacje.com.pl Nawierzchnie betonowe – uszkodzenia i naprawy.