Technologické problémy podkladních betonů při opravách mostů

ilustrační foto

Vyrovnávací betonové vrstvy mostovky přenášejí zatížení z vozovky na nosnou konstrukci, vytvářejí spády a jsou podkladem pro mostní hydroizolaci. U starších mostů není zpravidla nosná konstrukce přizpůsobena niveletě a příčnému sklonu vozovky, pak dosahuje podkladní beton tloušťky až 200 mm, při předepsané minimální tl. 60 mm.Obdobné problémy vznikají rovněž při rekonstrukcích segmentových mostů , kde díky hrubému povrchu a zazubení montované mostní konstrukce je dosaženo dobré spolupůsobení s podkladem. Hydroizolační vrstva byla u starších systémů separována od podkladu expanzní vrstvou, která v případě poškození hydroizolace zvětšila rozsah průniku agresivních vod a poškození nevyztuženého podkladního betonu. V mimořádných podmínkách byly povolovány asfaltobetonové podkladní vrstvy s negativními důsledky pro životnost vozovky.

Při nezbytných opravách těchto mostů vyrovnávací vrstvu odstraňujeme a je snahou projektanta tloušťku  nové vyztužené podkladní vrstvy minimalizovat. Kompaktní hydroizolační systémy zvyšují nároky na  vlastnosti betonu a jeho spolupůsobení s nosnou konstrukcí.

Požadavky na vyrovnávací betonové vrstvy

Současné legislativní podmínky umožňují obcím nepovolit objížďkové trasy a opravy mostů jsou často prováděny za  provozu těžkých vozidel na části mostu. V tomto případě jsou nutná  měření kmitání nosné konstrukce vyvolaných dopravou. Krátkodobá měření umožňuje  třísložkový senzor kmitavého pohybu v  přenosném zařízení Ústavu geoniky AV ČR v Ostravě[1] . V rámci měření kmitání nosné konstrukce plně provozované estakády  z  příčně dělených lamel ve Valašském Meziříčí bylo zjištěno výrazné svislé lineární usměrněné kmitání při přejezdu jednotlivých těžkých vozidel. Pro porovnání účinků jsme  využili doporučení ČSN 73 2400, která uvádí mezní hodnotu přípustného zrychlení čerstvého betonu několikanásobně vyšší než zjištěné hodnoty. Přesto byla pro omezení vlivu otřesů na kvalitu betonu vyrovnávací vrstvy navržena opatření, která uvádíme v následujících kapitolách.

Požadavky na kvalitu betonu

Mimořádné nároky na přípravu jsou kladeny při betonáži vyrovnávací vrstvy  při zachování částečného provozu na mostní konstrukci. Norma ČSN 73 2400 doporučuje chránit čerstvý beton  před nárazy a otřesy po dobu 18 hod. nebo do doby dosažení hodnoty  3,5 MPa  při zkoušce tuhnutí dle ČSN 73 1332 Stanovení tuhnutí betonu.Výzkum v této oblasti do padesátých let minulého století shrnuje prof. Bechyně [2]. Upozorňuje na příznivý vliv opakované přerušované vibrace na pevnost betonu s odkladem až 7 hodin od mísení. Tyto poznatky byly prakticky využity v technologii revibrace uplatněné při výrobě předem předpínaných mostních dílců v Ostravě v letech 1985 – 90 Dopravní stavby n.p. Olomouc, doc. Meluzin, FAST VUT Brno). Pozornost je však nutno věnovat skladbě kameniva a konzistenci čerstvého betonu, aby nedocházelo k rozmísení čerstvého betonu.

Navržené složení čerstvého betonu podle teoretických výpočtů a zvoleného množství plastifikátoru se musí odzkoušet a doladit při provádění studijních zkoušek betonu. Při ověřování vlastností vyrobeného betonu je nutno zjistit pevnost betonu v tlaku, tahu za ohybu, konzistenci, stejnorodost betonu, přídržnost k betonovému podkladu, příp. k adheznímu můstku.  Vlivy otřesů z dopravy na kvalitu betonu je účelné ověřit při betonáži vzorků přímo na pojížděné konstrukci. Stejnorodost betonu byla ověřena pomocí ultrazvukových zkoušek na vývrtech. Čerstvý beton by měl být zkoušen na odolnost vůči vzniku smršťovacích trhlin, obdobnou zkouškou jako hmoty pro sanaci betonu [3].

Možnosti využití vláknobetonu

 Rozptýlená vlákna v betonu přebírají tahová napětí a zabraňují vzniku smršťovacích trhlin při tuhnutí betonu. Zároveň zvyšují pevnost betonu v tahu za ohybu a rázovou pevnost betonu. Z těchto důvodů je vhodné použít rozptýlenou výztuž  v konstrukcích betonových  podlahových desek, vyrovnávacích betonů a  stříkaných betonů.

Čerstvý beton  vyrovnávací desky, který bude zatěžován  svislými otřesy a chvěním, musí být navržen s cílem  zamezení rozmísení betonu v úložné vrstvě a vzniku trhlin na povrchu desky. Z těchto důvodů jsme  v  rámci přípravy rekonstrukce mostu ve Valašském Meziříčí vypracovali návrhy a porovnali výsledky několika druhů skladeb betonů:

• beton bez vláken
• beton s použitím  syntetických vláken  vyšší pevnosti 
• beton s použitím skleněných krátkých vláken.

Teoretický návrh složení čerstvého betonu s vláknovou výztuží je vhodné provést metodou Ch. T. Kenedyho. Tato metoda při návrhu směsi zohledňuje kvalitu kameniva ak, která je vyjádřena tvarem zrn, druhem horniny, charakterem povrchu zrn a technologickou úpravou kameniva. Do návrhu je vhodné uvažovat s křivkou zrnitosti, která se skládá ze směsi těženého i drceného kameniva. Těžené kamenivo frakce 0-4 a 4-8 mm tvarem zrn zlepšuje zpracovatelnost a plastičnost směsi. Drcené kamenivo frakce 8-16 mm tvoří kostru betonu.

Doporučená vlákna BeneSteel 80/55 jsou vysokopevnostní syntetická vlákna upravená pro zvýšenou soudržnost s čerstvým  betonem. Vyznačují se vysokou pevností v tahu, snadno s vmíchávají do čerstvého betonu, nekorodují. Tvar průřezu zajišťuje dobré zakotvení vláken v čerstvém  betonu. Přidáním vláken do betonu se zvyšuje houževnatost betonu, pevnost v rázu, vlákna také brání vzniku smršťovacích trhlin. Množství vláken na jeden 1 m3 čerstvého betonu se doporučuje zvolit v rozmezí od 2,3 – 6,9 kg. Vmíchání vláken do čerstvého betonu je nejvhodnější provést již při výrobě betonu.

Skleněná vlákna Anti-crak HP jsou speciálně upravené pramence vysokopevnostních alkalivzdorných skleněných vláken dělených na délku 12 mm. Vlákna zvyšují pevnost betonu v tahu za ohybu, houževnatost, rázovou pevnost, mrazuvzdornost a zabraňují vzniku trhlin během tuhnutí betonu a malt. Množství vláken na jeden 1m3 čerstvého betonu se doporučuje zvolit v rozmezí od 1 do 10 kg,  v běžných případech volíme množství 3 kg. Vlákna se do betonu vmíchávají po příjezdu domíchávače na stavbu.

Technologie provádění

Prvotní opatření k zajištění kvality je doporučeno učinit již při výrobě betonu. Dodávku čerstvého betonu pro podkladní vrstvy je vhodné zajistit jako ucelenou zakázku i za cenu prostojů  výrobního zařízení.

Při organizaci betonáže je snahou minimalizovat důsledky nezbytného zachování provozu a zajistit: opravu výtluk a nerovností vozovky, omezit rychlost kamionů, volit počátek betonáže souběžně s výlukou  kamionové dopravy.

 Pro spolehlivé spojení  podkladu s nově betonovanou vrstvou je vhodné použít adhezních můstků, nejlépe na bázi  modifikované cementové malty. Další doporučení jsou uvedena v lit. [3]. Adhezní můstek brání odsátí vody z čerstvého betonu  betonovým podkladem.

Vznik trhlin v povrchových vrstvách betonu ranného stáří může být vyvolán proměnnou tloušťkou desky, plastickým smršťováním a sedáním v důsledku odloučení a přesunu vody, autogenním smršťováním a vysycháním v důsledku objemových změn a teplot tvrdnoucího betonu, spolupůsobením betonu desky s nosnou konstrukcí (diferenční smršťování) [4]. Rozdělení a šířka trhlin je odvislá  mimo jiné od rozdělení a stykování výztuže desky [5]. Postup a intenzita ošetřování betonu je obsahem ustanovení TKP kap.18. Technologické trhliny ve vyztužených podkladních vrstvách nemají vliv na funkci desky, mohou však ovlivnit její trvanlivost v případě poruchy mostní hydroizolace.Při posuzování technologických trhlin  by mělo být voleno především hledisko plnění funkčních požadavků vyrovnávací vrstvy jako je pevnost v tlaku, odtrhová pevnost a další parametry. Toto hledisko je možno uplatnit  při použití  hydroizolačních  systémů ověřených zkouškou překlenutí trhlin.

Závěrem

Vyrovnávací betonové vrstvy rekonstruovaných mostů vyžadují věnovat pozornost složení čerstvého betonu při definování podmínek provádění na nosné konstrukci. Mimořádné nároky vznikají při zachování provozu na části mostní konstrukce , kdy se mohou dobře uplatnit  vláknobetony.

Zpracováno s podporou Grantové agentury ČR v rámci řešení projektu GA ČR 103/03/0221.

Literatura:

[1] Zpráva z experimentálního seismologického měření: Hodnocení seismického projevu dopravy na mostní komunikaci ve Valašském Meziříčí,  Doc. RNDr. Zdeněk Kaláb, CSc., Ústav geoniky  Akademie věd ČR, Ostrava, září 2004
[2] Bechyně S.  Technologie betonu, Svazek třetí  Pevnost betonu; SNTL, Praha 1959
[3] Drochytka R., Dohnálek J., Bydžovský J., Pumpr V.: Technické podmínky pro sanace betonových konstrukcí, SSBK, ČKAIT  2003
[4] Šmerda Zd.: Objemové změny betonu a jejich  účinky na konstrukci, čas. Beton a zdivo 1997/2
[5] Šmerda J., Šmerda Zd.: Trhliny v betonových  deskových mostech od diferenčního smršťování, Sborník 9. mezinárodního   sympozia Mosty 2004, Brno, 2004