Mi az az építési hézag betonban?

Definíció és cél

Az építési hézag szándékos, tervezett érintkezési felület két egymást követő betonbeépítés között. Az ACI CT-16 (Beton Szakterminológia) szerint meghatározása: “az a felület, ahol két egymást követő betonbeépítés találkozik, amelyet jellemzően az építés megkönnyítésére terveznek és helyeznek el, vagy a betonozási műveletek előre nem látható késedelmei miatt jön létre.” Az ACI 224.3R-95 (Hézagok betonépítésben) , az ACI elsődleges, a hézagtervezéssel, -kivitelezéssel és -karbantartással foglalkozó legújabb szakmai jelentése továbbá úgy határozza meg az építési hézagokat, mint “az egyes beépítések terjedelmét meghatározó hézagok, amelyek általában egy előre meghatározott hézagterv szerint készülnek. Lehetővé teszik a síkbeli elcsúszást, hacsak a tervezés nem rögzíti azokat.”

Az építési hézag alapvető célja, hogy lehetővé tegye a betonépítés különálló, kezelhető szakaszokban történő előrehaladását, miközben fenntartja a szerkezeti folytonosságot a betonozások között. Jelentős méretű betonszerkezetet nem lehet monolitikusan beépíteni. A betonszállítási sebesség, a zsaluzat kapacitása, a létszám és a beépítő berendezések gyakorlati korlátai mindenhol szükségessé teszik a tervezett megszakításokat. A megfelelően tervezett és kivitelezett építési hézag három mechanizmus kombinációján keresztül viszi át a nyíró-, tengelyirányú és hajlítóerőket a felületen: a szándékosan érdesített felületből adódó aggregátumok összekapcsolódása, a hézag síkját keresztező vasalásból eredő nyíró-súrlódás, valamint az új és a régi beton közötti kémiai tapadás.

Az építési hézagokat egyértelműen meg kell különböztetni más hézagtípusoktól. A zsugorodási hézagok (más néven vezérelt repedési hézagok) olyan gyengített síkok, amelyeket a száradási zsugorodás és hőmérsékletváltozás okozta repedések szabályozására hoznak létre fűrészeléssel vagy formázással. Ezeket úgy tervezik, hogy megrepedjenek. A dilatációs hézagok (elkülönítő hézagok) teljes elválasztást biztosítanak a szomszédos szerkezeti elemek között, lehetővé téve a független mozgást a hőtágulás, a kúszás és a zsugorodás hatására. Az építési hézagok e kettő között helyezkednek el: ezek olyan szerkezeti érintkezési felületek, amelyeknek fenn kell tartaniuk az erőátvitel folytonosságát a síkon keresztül. Az ACI 224.3R-95 szerint a legfontosabb különbségek, hogy az építési hézagok lehetővé teszik a relatív elcsúszást a síkban, hacsak vasalással nem rögzítik őket, míg a zsugorodási hézagok szándékosan repednek, a dilatációs hézagok pedig teljes elválasztást biztosítanak.

Az építési hézagok kritikus tervezési előírása az ACI 318-19 26.5.6. szakaszában található. A szabvány előírja, hogy az építési hézagokat úgy kell elhelyezni, hogy minimalizálják a szerkezet szilárdságára gyakorolt hatásukat, hogy a hézagokat a 22.9. szakasz nyíró-súrlódásra vonatkozó előírásai szerint kell méretezni, ha nyíróerő átvitelére van szükség, hogy a megszilárdult beton felületét meg kell tisztítani a habarcsrétegtől, szennyeződésektől és szennyező anyagoktól, és hogy ahol nyíró-súrlódás szükséges, a felületet szándékosan érdesíteni kell körülbelül 1/4 hüvelyk (6 mm) teljes amplitúdóra. A nem megfelelő felület-előkészítés következményeit az ACI 318, 22.9.4.2 táblázata számszerűsíti, amely felsorolja a nyíró-súrlódási együttható értékeket. A megszilárdult betonra szándékos érdesítéssel helyezett beton esetében az együttható μ = 1,0λ. A megszilárdult betonra érdesítés nélkül helyezett beton esetében az együttható μ = 0,6λ-ra csökken, ami a tervezett nyírókapacitás 40%-os csökkenése.

Tervezett vs. vészhelyzeti építési hézagok

Az építési hézagok a létrehozásuk körülményei alapján két kategóriába sorolhatók.

A tervezett építési hézagok a szerződési rajzokon szerepelnek, és beépülnek a szerkezeti tervezésbe. Helyüket a szerkezeti követelmények kielégítése érdekében választják ki, miközben elősegítik az építési műveleteket. Az ACI 318-19 26.5.6.1(a) szakasza szerint a gerendákban lévő hézagokat jellemzően a keresztező elem szélességének kétszeresével megegyező távolságra helyezik el a gerendák vagy oszlopok oldalától. Lemezekben a hézagokat a negyed-fesztáv pontok közelében helyezik el, ahol a hajlítónyomatékok a legalacsonyabbak. Oszlopokban a hézagokat legalább 2 hüvelyk (50 mm) távolságra helyezik el az oszlopba csatlakozó gerendák vagy tartók legalacsonyabb alsó síkja alatt. A vasalás hézagon átívelő folytonosságát a szerkezeti rajzokon méretezik és részletezik, a felület-előkészítést pedig szerződési követelményként írják elő. A nyíró-súrlódási mechanizmust az ACI 318-19 22.9. szakasza szerint explicit módon ellenőrzik a tervezés során, a szükséges vasalás mérete: Avf = Vu / (φ fy μ).

A vészhelyzeti (nem tervezett) építési hézagok akkor jönnek létre, amikor egy váratlan megszakítás a betonozás leállítására kényszeríti a munkát. Gyakori okok közé tartozik a 30 percet meghaladó betonszállítási késés, szivattyú vagy szállítószalag meghibásodás, vibrátor meghibásodás, hirtelen időjárás-változás (beleértve a heves esőt), zsaluzat meghibásodása vagy szivárgása, vagy a beton kezdeti kötési állapotának elérése a beépítés befejezése előtt. Amikor egy késés vészhelyzeti hézagot tesz szükségessé, a mérnöknek vagy ellenőrnek azonnal fel kell mérnie, hogy a megszakítás helye elfogadható-e. Az ACI 302.1R (Útmutató betonpadlók és födémek építéséhez) szerint a vállalkozónak egy zárófalat kell képeznie azon a helyen, ahol a beton még bedolgozható állapotban van. Az így létrejövő hézagot ezután ugyanolyan felület-előkészítéssel kell kezelni, mint egy tervezett hézagot: habarcsréteg eltávolítása homokfúvással vagy hidrodemolícióval, és érdesítés az 1/4 hüvelyk amplitúdó követelményének megfelelően. A szerkezeti mérnöknek ellenőriznie kell, hogy a vészhelyzeti hézag helye megfelelő-e az adott szakaszon fellépő erők számára, és szükség esetén további vasalást vagy betétacélokat írhat elő a hézagon keresztül.

A kritikus különbség a tervezett vagy vészhelyzeti hézag és a hideg hézag között az, hogy a beton elérte-e a kezdeti kötést a következő beépítés előtt. Ha a felület még képlékeny állapotban van, és összekeverhető a friss betonnal (normál időjárásban körülbelül 30-45 percen belül), akkor egyáltalán nem jön létre hézag. A beton monolit marad. Ha a felület átesett a kezdeti kötésen (jellemzően 2-4 órával a keverés után), és a felületet megfelelően előkészítik, akkor egy elfogadható építési hézag jön létre. Ha a felület átesett a kezdeti kötésen, és nem végeznek előkészítést, az eredmény egy hideg hézag, ami hiba.

Hézag előkészítési módszerek

Az ACI 318-19 26.5.6.2(d) szakasza szerint: “Az építési hézagokat meg kell tisztítani, és a habarcsréteget el kell távolítani az új beton beépítése előtt.” A habarcsréteg az ACI CT-16 meghatározása szerint “a cementkötőanyagból és adalékanyag-finomrészecskékből származó gyenge anyag rétege, amelyet a felületre szivárgás juttat, vagy amely a beépítés során leválik a keverékből.” Ez a jellemzően 1-3 mm vastag réteg elhanyagolható húzó- vagy nyírószilárdsággal rendelkezik, és teljesen el kell távolítani a betonozások közötti szerkezeti tapadás elérése érdekében.

Zöldvágás (Nedves kefélés)

A zöldvágást a beton beépítése után 2-6 órával alkalmazzák, amikor a beton még a korai szilárdulási szakaszban van, de már elég merev ahhoz, hogy ellenálljon az adalékanyagok kimozdulásának. A módszer drótkefézést vagy enyhe vízsugaras tisztítást használ a felületi víz elpárolgása után. Az időzítési ablak kritikus: túl korán alkalmazva kimozdítja az adalékanyagot és károsítja a felületet, túl későn pedig mechanikai módszereket tesz szükségessé. A zöldvágás minden módszer közül a legjobb tapadási eredményeket adja, mert eltávolítja a habarcsréteget, miközben az adalékanyag még jól rögzül a cementpépben, így tiszta adalékanyagot tár fel a következő betonozással való mechanikai összekapcsolódáshoz. Kiküszöböli a másodlagos felület-előkészítés szükségességét, és ez az előnyben részesített módszer a vízszintes építési hézagoknál födém- és falépítésben.

Homokfúvás

A homokfúvás sűrített levegőt használ a csiszolóanyag betonfelületre történő juttatására. Jellemző alkalmazási paraméterek: 90-100 psi levegőnyomás a fúvókánál, csiszolóanyag, mint szilikát homok (#8-#30 szemcseméret), salak vagy gránát, és 2-5 ft²/perc alkalmazási sebesség fúvókánként enyhe tisztításhoz. Az így létrejövő felületi profiltartomány ICRI CSP (Beton Felületi Profil) 3-7, ahol az enyhe tisztítás CSP 3-5, a közepes tisztítás pedig CSP 5-7 profilt eredményez. Az eltávolítás mélysége jellemzően 1/16-1/8 hüvelyk (1,5-3 mm). Az USBR Legjobb Gyakorlatok Jelentés (MERL 12-17) nedves homokfúvást ajánl vízszintes építési hézagokhoz a levegőben szálló por szabályozása és a felületi minőség javítása érdekében. A száraz homokfúvás hatékony, de jelentős mennyiségű levegőben szálló kristályos szilikátot termel, és az OSHA szabványok szerint légzésvédelmet igényel.

Hidrodemolíció (Nagynyomású vízsugár)

A hidrodemolíció ultra-nagynyomású vízsugarakat használ 10,000-40,000 psi (70-275 MPa) nyomáson, 15-40 GPM áramlási sebességgel, hogy szelektíven eltávolítsa a leromlott vagy gyenge betont, miközben a szilárd adalékanyagot feltárja. Ezt a módszert az ACI 546R (Betonjavítási Útmutató) az előnyben részesített módszerként ismeri el nagyméretű hézag-előkészítéshez. A mélységszabályozás kiváló, szelektíven távolít el 1/4-1 hüvelyk (6-25 mm) felületi anyagot. A keletkező felületi profil az ICRI 03732. sz. irányelv szerint CSP 5-9. A hatékony termelési sebesség 5-30 négyzetméter/óra között van, a víznyomástól és a beton minőségétől függően. A hidrodemolíció a legjobb tapadási felületet biztosítja az összes mechanikai módszer közül, mert tiszta, repedezett adalékanyagot tár fel anélkül, hogy mikrorepedéseket okozna az alapanyagban, ellentétben a légkalapácsolással vagy véséssel, amelyek a felület alatti károsodást okoznak.

Tapadóhidak

A tapadóhidakat az előkészített hézagfelületekre közvetlenül az új beton beépítése előtt hordják fel. Anyaglehetőségek közé tartoznak az epoxi tapadóhidak (ASTM C881 I/II. típus, 2/3. fokozat), amelyek hatékonyak vékony ráhordásokhoz és szerkezeti javításokhoz, cementhabarcsok (1:1 vagy 1:2 cement-homok arány), amelyeket a száradási időn belül fel kell hordani, akril/PVA tapadóhidak (polimerrel módosított), amelyek elfogadhatók nem szerkezeti alkalmazásokhoz, és tiszta cementpép, amelynek száradás után nincs tapadási értéke.

Az USBR MERL 12-17 (A betonfelületek javítások és ráhordások előtti előkészítésének legjobb gyakorlatai) kritikus megállapítása, hogy a tapadóhidak nem ajánlottak szerkezeti javításokhoz és ráhordásokhoz, ahol nyíróerő átvitel szükséges. A szerkezeti hézagokon keresztüli nyíróerő átvitel elsődleges mechanizmusa a felület érdesítésén keresztüli mechanikai összekapcsolódás, nem pedig a kémiai tapadás. Az optimális ICRI CSP szerkezeti hézagokhoz CSP 5-9. Ha a felület túl sima (CSP 1-3), a nyírási tapadás akár 50%-kal is csökkenhet. Ha a felület túlzottan érdes (CSP 9+), légüregek és repedezés alakulhat ki a felületen. Az ASTM D5820 (homokterítés) szerinti átlagos felületi érdesség mélységének minimum 0,5 mm-nek kell lennie nem szerkezeti hézagoknál, és 3 mm-ig terjedhet nyírás szempontjából kritikus hézagoknál.

Hideg hézag: Definíció és következmények

A hideg hézag úgy definiálható, mint “a beton gyengeségi síkja, amelyet a friss beton olyan betonra történő helyezése okoz, amely már elkezdett kötni (bekövetkezett a kezdeti kötés), ami a két adag közötti gyenge vagy hiányzó összekeveredést eredményezi.” Míg az építési hézag tervezett, felület-előkészítéssel és nyíróerő-átvitelre való méretezéssel rendelkezik, addig a hideg hézag nem tervezett. Késések, nem megfelelő tervezés vagy berendezés meghibásodása okozza, és jellemzően hiányzik belőle a felület-előkészítés.

A hideg hézag kialakulásának kritikus időablakát a beton kezdeti kötési ideje szabályozza. Normál időjárásban, 70°F (21°C) hőmérsékleten a maximálisan elfogadható késés az egymást követő betonbeépítések között 30-45 perc. Meleg időben, 90°F (32°C) hőmérsékleten az ablak 20-30 percre szűkül. Hideg időben, 40°F (4°C) hőmérsékleten az ablak 45-60 percre bővül. Gyorsított kötésű betonok esetében az ablak akár 10-20 perc is lehet. Lassított kötésű keverékeknél akár 60-90 percre is kiterjedhet. Az irányadó szabály: ha a korábban beépített beton elérte a kezdeti kötést (jellemzően 2-4 órával a keverés után, a hőmérséklettől, cementtípustól és víz-cement tényezőtől függően), akkor az időzítéstől függetlenül hideg hézag képződik.

A hideg hézagok szerkezeti következményei súlyosak. A tapadási szilárdság csökkenése a megfelelően előkészített építési hézagokhoz képest 40-60% között mozog, amint azt az USBR és az ACI bizottságok kutatásai dokumentálják. A vízáteresztő képesség akár 10-szeresére is nő a normál értékekhez képest, mivel a hideg hézag egy folyamatos kapilláris útvonalat hoz létre a csatlakozási felület mentén, közvetlen utat biztosítva a víz, kloridok és egyéb agresszív anyagok számára a betonba. A vasalás korróziója felgyorsul, ahogy a kloridok és nedvesség vándorolnak a hézag síkja mentén a beágyazott acélhoz. Földrengések esetén a hideg hézagok preferált törési síkokat hoznak létre, ahol a nyíróerő átvitel nem megfelelő. A szivárgás gyakori probléma víztartó szerkezetekben, például tartályokban, tárolókban és föld alatti falakban, ahol a víz a legkisebb ellenállás útját követi a tapadás nélküli felület mentén.

Építési hézagok vizsgálata

Az építési hézagok vizsgálata a betonszerkezetek állapotfelmérésének kritikus összetevője. A vizsgálatnak meg kell határoznia, hogy a hézag a tervezett módon teljesít-e, jelen van-e hideg hézag hiba, és szükséges-e javítás.

Lánckopogtatás (ASTM D4580)

A lánckopogtatás nehéz láncokat (több darab 3/8-5/8 hüvelykes lánc, 3-6 láb hosszú) használ, amelyeket a betonfelületen húznak végig. A tiszta csengő hang ép betont jelez, jó tapadással a hézag síkjában. A tompa dobbanás vagy üreges hang rétegleválást vagy tapadásvesztést jelez a hézag csatlakozásánál. A csörgő hang sekély rétegleválást jelez. Az FHWA Hídellenőri Kézikönyv évente írja elő a hídpályák lánckopogtatásos vizsgálatát, különös figyelmet fordítva az építési hézagoktól számított 6 hüvelyken belüli területekre. A WisDOT Szerkezetvizsgálati Kézikönyv szerinti korlátozások közé tartozik a hatástalanság aszfalttal borított pályákon, a hibamélység meghatározásának képtelensége, a 70 dB feletti háttérzajból eredő interferencia és a kézi művelet fizikai megterhelése.

Kalapácsos kopogtatás

A kalapácsos kopogtatás egy kalapácsot (16-20 oz.) használ, amelyet rendszeres időközönként, jellemzően 6 hüvelykes (150 mm) rácshálón kopogtatnak a részletes vizsgálathoz, vagy véletlenszerű távolságokban a gyors szűréshez. Az éles csengés ép monolit betont jelez. A tompa dobbanás vagy üreges hang rétegleválást vagy tapadásvesztést jelez. A kongó hang kiterjedt szétválást jelez a hézag síkjában. Az ASTM D4580 szerint a kalapácsos kopogtatás az elsődleges módszer a hídpályák rétegleválásának észlelésére.

Letépési tapadási vizsgálat (ASTM C1583)

A letépési vizsgálat kvantitatív tapadási szilárdságmérést biztosít az építési hézagoknál. A módszer magában foglalja a hézag csatlakozási felületén keresztül történő fúrást az alapanyag eléréséig (jellemzően 2 hüvelyk átmérőjű), egy acél korong ragasztását a felületre nagy szilárdságú epoxival, és hidraulikus húzóterhelés alkalmazását körülbelül 5 psi/másodperc sebességgel a tönkremenetelig. Az elfogadási kritériumok az ACI 562 szerint minimum 200 psi (1,4 MPa) húzó tapadási szilárdságot írnak elő szerkezeti javításokhoz. Nem szerkezeti javításokhoz 150 psi (1,0 MPa) szükséges. A hídpálya ráhordások jellemzően 250 psi (1,7 MPa), a repülőtéri burkolati javítások az FAA P-501 szerint 300 psi (2,1 MPa) értéket írnak elő.

A tönkremenetel módját minden vizsgálatnál rögzíteni kell: A mód tapadási tönkremenetel a ráhordás/alapanyag felületen (tapadási hiba), B mód kohéziós tönkremenetel az alapanyag betonban, C mód kohéziós tönkremenetel a ráhordás/javítóanyagban, D mód tapadási tönkremenetel az epoxi/acél korong felületen (érvénytelen vizsgálat). A kívánt tönkremeneteli típus a B mód, ami azt jelzi, hogy a tapadási szilárdság meghaladja az alapanyag beton húzószilárdságát.

Ultrahangos impulzussebesség (ASTM C597)

Az ultrahangos impulzussebesség (UPV) vizsgálat a betonon áthaladó ultrahang impulzusok sebességét méri. Amikor az impulzus útja keresztez egy építési hézagot, a sebesség csökken, ha a hézag zónájában gyenge a tapadás, üregek vagy rétegleválás van. A szilárd beton tipikus impulzussebessége 3,500-4,500 m/s között van. A 15%-ot meghaladó sebességcsökkenés a hézagon keresztül gyenge minőségű tapadást jelez. A 3,000 m/s alatti sebességek üregeket vagy gyenge érintkezést jeleznek a hézag csatlakozásánál. Az UPV vizsgálat hatékony nagy felületek gyors szűrésére, és képes feltérképezni a leválási zónák kiterjedését.

Magmintavétel (ASTM C42)

A magmintavétel lehetővé teszi a hézag csatlakozási felületének közvetlen megfigyelését. Magokat fúrnak a hézagon keresztül, és vizuálisan megvizsgálják üregek, repedezés, habarcsrétegek vagy a cementpép tapadásának hiánya szempontjából. A laboratóriumi vizsgálatok magukban foglalhatják a hasító húzószilárdság vizsgálatát a hézag síkján keresztül és a tapadási szilárdság vizsgálatát az ASTM C1583 szerint. A magvizsgálat azt is feltárja, hogy a hézagon áthaladó vasalás jelen van-e és milyen állapotban van.

Vízszigetelés építési hézagoknál

Az építési hézagok a leginkább sérülékeny helyek a betonszerkezetekben a vízszigetelés szempontjából. Az iparági adatok azt mutatják, hogy a betonszerkezetekben előforduló vízszivárgások több mint 90%-a hézagoknál történik, amelyek közül az építési hézagok a leggyakoribb források. A víz bejutása az építési hézagokon keresztül a vasalás korróziójához, a beton leromlásához, hideg éghajlaton a fagyás-olvadás okozta károsodáshoz, valamint a használt szerkezetekben belső vízkárokhoz vezet.

PVC vízzárak

A PVC vízzárak a hagyományos vízszigetelő megoldások az építési hézagokhoz. Rugalmas lágyított PVC-ből készülnek, amely megfelel az ASTM D4314 szabványnak, és elérhetők súlyzó, bordázott, központi búra és szakítóhálós profilokban. Szélességük 4-12 hüvelyk (100-300 mm), vastagságuk 3/16-1/2 hüvelyk (5-12 mm). A hidrosztatikus besorolás elérheti akár a 200 lábat (60 méter) is a profil szélességétől és vastagságától függően. A beépítés során a vízzárat 50%-ban a hézag mindkét oldalába ágyazzák, a toldásokat gyárilag vagy a helyszínen hőhegesztik. A fő korlát az, hogy a PVC vízzárak könnyen megsérülnek a betonozás során, és a sérülés észrevehetetlen, amíg szivárgás nem következik be. Az az általános szabály, hogy a szélesebb, nagyobb vastagságú profilok nagyobb hidrosztatikai ellenállást biztosítanak.

Hidrofil (duzzadó) vízzárak

A hidrofil vízzárak vízzel érintkezve megduzzadnak, tömítve ezzel a hézagot. A bentonit alapú típusok akár 16-szorosukra is megduzzadnak száraz térfogatukhoz képest vízzel érintkezve, hatékonyak akár 30-50 láb nyomásig, de ciklikus nedves-száraz expozíció után tönkremehetnek. Az uretán alapú típusok akár 350%-kal is megnövelik eredeti térfogatukat, 24 órás kikeményedési időt igényelnek a betonozás előtt, és a beépítés során szárazon kell tartani őket. A hidrofil gumiszalagok (mint a W.R. Meadows WATERSTOP HPW terméke) sima felületűek és hatékonyak a nem mozgó építési hézagoknál. A hidrofil rendszerek előnye a könnyebb beépítés a PVC-hez képest, de korlátozott élettartamúak ciklikus expozíció mellett, és a beton kikeményedése előtti idő előtti vízzel való érintkezés károsíthatja őket.

Kristályos vízszigetelő rendszerek

Az integrált kristályos vízszigetelő (ICW) rendszerek szabadalmaztatott vegyi anyagokat használnak, amelyek reakcióba lépnek a vízzel és a cement hidratációs melléktermékeivel, oldhatatlan kristályos szerkezeteket képezve a beton pórusaiban és kapillárisaiban. A főbb gyártók közé tartozik a Kryton (Krystol Waterstop System), a Xypex (Xypex Concentrate) és a Penetron (Penetron Admix/Joints). Ezek a rendszerek számos előnnyel rendelkeznek a hagyományos vízzárakkal szemben: öntömítő képesség (a vízzel való érintkezés további kristályosodást indít el az újonnan képződött mikrorepedések kitöltésére), akár 50%-os költségmegtakarítás a PVC vagy bentonit rendszerekhez képest, egyszerű beépítés, amely nem igényel szakmunkát (cementhabarcsként hordják fel), utólagos beépítési lehetőség a meglévő szivárgó hézagokhoz, valamint a betonélettartammal megegyező élettartam, amely nem függ a PVC-t és hidrofil rendszereket érintő tönkremeneteli mechanizmusoktól.

Injektáló tömlőrendszerek

Az injektáló tömlőrendszerek üreges csövekből (PVC vagy gumi) állnak, amelyeket a hézag mentén helyeznek el a második betonozás előtt. A beton kikeményedése után injektálható habarcsot (poliuretán, akril vagy epoxi) szivattyúznak nyomás alatt a tömlőkbe, hogy kitöltsék a hézag csatlakozásánál lévő üregeket vagy hézagokat. Az újrainjektálható típusok lehetővé teszik az ismételt injektálást, ha a hézag elmozdul vagy a tömítés meghibásodik. Ezeket a rendszereket elsősorban előre tervezett aktív tömítésre használják kritikus vízzáró szerkezetekben, beleértve a tartályokat, alagutakat és föld alatti falakat.

Építési hézagok hídpályákban

A hídpályák építési hézagaira az AASHTO LRFD Hídtervezési Előírások és az FHWA Hídellenőri Kézikönyv vonatkozik. Az AASHTO LRFD 5.14. szakasza szerint a hídpályák építési hézagait úgy kell elhelyezni, hogy minimalizálják a szerkezeti kapacitásra gyakorolt hatásukat, minden építési hézagot nyíróerő-átvitelre kell méretezni az ACI 318-19 22.9. szakaszának nyíró-súrlódási előírásai alapján, és a hézagfelületeket szándékosan kell érdesíteni legalább 1/4 hüvelyk (6 mm) amplitúdóra.

Az AASHTO LRFD 5.14.5.3-1 táblázata meghatározza az építési hézagokon keresztüli minimális vasalást: 0,15 in²/ft a hosszanti hézagokhoz és 0,05 in²/ft a keresztirányú hézagokhoz. A terhelésátadáshoz használt betétacélok jellemzően 1 hüvelyk és 1,25 hüvelyk közötti átmérőjűek, epoxibevonatosak, 12-18 hüvelykes középtávolsággal.

Az NCHRP 319. sz. Szintézise című tanulmány felmérte az állami közlekedési hivatalokat a hídpálya hézagok teljesítményéről. A legfontosabb megállapítások között szerepel, hogy a megkérdezett hivatalok 60%-a tömítőprofilokat használ elsődleges pályahézag-rendszerként, 30%-a szalagprofilokat, 10%-a pedig öntött tömítőanyagokat. Az építési hézagokat jellemzően a harmad-pontoknál helyezik el a tartók távolságában, nem a tartóvonalak felett, hogy minimalizálják a feszültségkoncentrációkat. A pályahézagok gyakori tönkremeneteli módjai közé tartozik a tömítőanyag kipréselődése és tönkremenetele, a hézagélek letöredezése, a hézagokon keresztüli vízszivárgás a felépítményre, a ráhordások leválása az építési hézagok helyein, valamint a hézag síkja mentén behatoló kloridos víz által felgyorsított vasalási korrózió.

Az FHWA Hídellenőri Kézikönyv előírja, hogy a hídpályákat évente lánckopogtatással kell vizsgálni rétegleválás szempontjából. A hézagoknál feltételezett rétegleválású területeket magmintavétellel kell ellenőrizni. A kopogtatási gyakoriság az építési hézagoknál a hézag mindkét oldalán 6 hüvelyken belüli vizsgálatot igényel. A pálya-tartó csatlakozásoknál a hézagfelületek szándékos érdesítése szükséges a legalább 1/4 hüvelyk minimális amplitúdóra az FHWA-HIF-12-020 szerint. Kivételt képeznek az ultra-nagy teljesítményű beton (UHPC) csatlakozások, ahol az UHPC kivételes tapadási tulajdonságai miatt elegendő a csiszolóanyagos fúvás.

Építési hézagok repülőtéri PCC burkolatokban

A repülőtéri Portlandcement beton (PCC) burkolatok építési hézagait az FAA 150/5370-10H sz. Tanácsadó Körlevél (Repülőterek építésének szabványos előírásai) , a P-501 tétel (Cementbeton burkolat) szabályozza, amelyre az ICAO 14. Melléklet (Repülőterek, I. kötet, Repülőtér-tervezés és üzemeltetés) hivatkozik.

Az FAA P-501 négy hézagtípust határoz meg repülőtéri burkolatokhoz: keresztirányú zsugorodási hézagok 15-20 láb távolságra, a födém vastagságának 1/4-éig fűrészelve és tömítve, hosszanti építési hézagok a sávvonalaknál (12,5-25 láb távolság), bordás vasalással vagy betétacélokkal összekötve, keresztirányú építési hézagok a napi beépítés végén, betétacélokkal a terhelésátadáshoz, és elkülönítő hézagok a szerkezeteknél és a keresztmetszet-változásoknál, teljes mélységű összenyomható kitöltőanyaggal.

A betétacélokra vonatkozó követelmények a repülőtéri burkolatok építési hézagjainál az FAA P-501 szerint: 1 hüvelyk (25 mm) átmérő a legfeljebb 12 hüvelyk vastag födémekhez, 1,25 hüvelyk (32 mm) a 12 hüvelyknél vastagabb födémekhez, 18 hüvelyk (457 mm) hosszúság, 12 hüvelyk (300 mm) középtávolság, anyaga epoxibevonatos acél az ASTM A775 szerint vagy rozsdamentes acél, beépítési tűrés függőlegesen ±1/2 hüvelyk és vízszintesen ±1 hüvelyk. A hosszanti összekötő vasalás #5 (5/8 hüvelyk) - #6 (3/4 hüvelyk) bordás acélbetét, 60-as szilárdsági osztály (420 MPa), epoxibevonatos, 24-36 hüvelykes távolsággal.

A hézagtömítésre vonatkozó követelmények az FAA P-501 szerint: a tömítőanyag-tároló szélessége 1/4-3/8 hüvelyk, mélysége 1/2-3/4 hüvelyk (fűrészelt), tömítőanyag típusa szilikon az FAA P-605 vagy ASTM D5893 szerint (vagy forrón öntött az ASTM D1190/D3405/D6690 szerint), háttértöltő anyag zárt cellás polietilén, amely 25%-kal szélesebb a hézag szélességénél, tapadásgátló szalag a tároló alján, és a tömítőanyag mélység-szélesség aránya 2:1. A hézag előkészítése a tömítéshez megköveteli, hogy a hézagfalak tiszták és szárazak legyenek, a tisztítási módszerek homokfúvás vagy az FAA által jóváhagyott nagynyomású víz, majd sűrített levegős fúvás az összes törmelék és por eltávolítására. Az elfogadási kritériumok: látható por, olaj, utókezelő anyag vagy habarcsréteg nélkül. A tapadásvizsgálat az ASTM C794 (lehántási vizsgálat) szerint történik.

A minőség-ellenőrzési vizsgálatok a hézagoknál az FAA P-501 szerint: beton hajlító-húzószilárdság (harmadpontos terhelés), minimum 650 psi (4,5 MPa) 28 napon, egy vizsgálati sorozat 5,000 négyzetlábanként, betétacélok beépítési tűrés, minden 20. rúd ellenőrzése a tűrésekre, hézagtömítő anyag tapadása, egy vizsgálat 500 lábanként az ASTM C794 szerint, és felületi egyenetlenség, maximum 1/8 hüvelyk 16 lábban (3 mm 5 méterben) teljes lefedéssel.

Az ICAO 14. Melléklet előírásai szerint a merev burkolatok hézagait úgy kell megtervezni, hogy minimalizálják a hőmérséklet- és nedvességváltozások hatásait, a hézagokon keresztüli terhelésátadási hatékonyságot (LTE) ejtősúlyos deformációmérővel (FWD) mérve legalább 70%-nak kell lennie, az építési hézagokat lehetőség szerint úgy kell megtervezni, hogy egybeessenek a burkolati jelekkel vagy sávvonalakkal, és a hézagtömítő anyagoknak ellenállónak kell lenniük a sugárhajtóművek gázsugarával, üzemanyaggal és jégmentesítő vegyi anyagokkal szemben.

Megkülönböztetés a szerkezeti repedésektől

Az egyik legfontosabb vizsgálati készség a betonfelületen hasonlóan megjelenő három jellemző helyes megkülönböztetése: a megfelelő építési hézag, a hideg hézag és a szerkezeti repedés. Mindegyiknek eltérő jellemzői, jelentősége és szükséges intézkedései vannak.

Az ACI 224R (Repedésszabályozás betonszerkezetekben) repedésszélesség-határértékeket ad meg különböző expozíciós körülményekre. Száraz levegő vagy védőréteg esetén a maximális elfogadható repedésszélesség 0,016 hüvelyk (0,41 mm) . Párás levegő, nedves talajjal való érintkezés esetén a határérték 0,012 hüvelyk (0,30 mm) . Jégmentesítő vegyi anyagoknak való kitettség esetén a határérték 0,007 hüvelyk (0,18 mm) . Tengervíz vagy tengeri permet esetén a határérték 0,006 hüvelyk (0,15 mm) . Víztartó szerkezetek esetén a határérték 0,004 hüvelyk (0,10 mm) . Az ezen határértékeket meghaladó repedések értékelést igényelnek.

Az ismeretlen eredetű hézagszerű jellemző értékelési protokollja hat lépést követ. Először tekintse át a szerződési rajzokat annak meghatározásához, hogy a jellemző tervezett építési hézagként szerepel-e. Másodszor vizsgálja meg a felületi állapotot a habarcsréteg eltávolítására, érdesítésre vagy reteszelő profilra utaló jelek kereséséhez. Harmadszor mérje meg a szélességet, a 0,016 hüvelyket meghaladó repedések szerkezeti értékelést igényelnek. Negyedszer ellenőrizze a mozgást, a terhelés alatti repedésszélesség-változás aktív szerkezeti repedésre utal. Ötödször végezzen magmintavételt és vizsgálatot, fúrjon ki egy magot a felületen keresztül, és végezzen hasító-húzó vagy tapadási szilárdság vizsgálatot. Hatodszor értékelje a terhelésátadást FWD vagy lemezterheléses vizsgálat segítségével a jellemzőn keresztül.

A meghibásodott építési hézagok javítása

A meghibásodott építési hézagok javítási módszereit az adott állapot, a hézag szerkezeti szerepe, a vízszivárgás jelenléte és a tönkremenetel mértéke alapján választják ki.

Epoxi injektálás (Szerkezeti javítás)

Az epoxi injektálás az ACI RAP-1 (Szerkezeti repedések javítása epoxi injektálással) szerint a hideg hézagok és meghibásodott építési hézagok szerkezeti helyreállítására szolgál, ahol a beton egyébként ép. Az epoxinak meg kell felelnie az ASTM C881 (Epoxigyanta alapú ragasztórendszerek betonhoz szabványos előírása) szabványnak, I. típus a nem teherviselő alkalmazásokhoz és IV. típus a teherviselő szerkezeti javításokhoz. A tapadási szilárdság 14 napos kikeményedés után meghaladja az 1,500 psi értéket. A nyomófolyáshatár 7 nap után meghaladja a 10,000 psi-t a IV. típusnál. A húzószilárdság 7 nap után meghaladja a 7,000 psi-t.

A viszkozitás kiválasztása a hézag szélességétől függ. Az 1. fokozat (alacsony viszkozitás, ≤2,000 cps) a 0,010 hüvelyknél (0,25 mm) keskenyebb hézagokhoz használatos. A 2. fokozat (közepes, 2,000-10,000 cps) a 0,010-0,040 hüvelyk (0,25-1,0 mm) közötti hézagokhoz. A 3. fokozat (nem folyó gél) a 0,040 hüvelyknél (1,0 mm) szélesebb hézagokhoz. Az injektálási nyomás jellemzően 40-200 psi kézi szivattyúkhoz vagy 200-1,000 psi pneumatikus szivattyúkhoz, a maximális nyomást korlátozni kell a beton hidraulikus repesztésének elkerülése érdekében.

Az injektálási eljárás magában foglalja a hézagfelület tisztítását, injektáló csonkok elhelyezését 6-12 hüvelykes távolságban a hézag mentén, felületi záró tömítés (epoxi paszta) felhordását, az epoxi injektálását a legalacsonyabb csonktól felfelé és kifelé haladva, a nyomás fenntartását, amíg a szomszédos csonknál epoxi nem jelenik meg, az injektált csonk lezárását és a következőre lépést, 24-72 órás kikeményedési idő biztosítását a hőmérséklettől függően, és a felület simára csiszolását. Korlátozások: a hézagnak száraznak kell lennie (vagy nedvességtűrő epoxi használata szükséges), a hézag nem mozoghat aktívan, és a korrózió által okozott repedéseket nem szabad epoxival injektálni (a korrózió belül folytatódik).

Betétacél utólagos beépítése

A betétacél utólagos beépítése (DBR) az FHWA TA 5040.30 számú Műszaki Közlemény és az ACPA DBR Irányelvek szerint van előírva azon burkolati hézagokhoz, ahol a terhelésátadási hatékonyság 60% alatt van, és a hézagkitörés 0,1-0,5 hüvelyk (3-12 mm) a szerkezetileg ép burkolatban. Az ACPA irányelvek szerinti előírások: betétacél átmérője 1,25-1,5 hüvelyk (32-38 mm) , betétacél hossza 18 hüvelyk (457 mm) , betétacél távolsága 12 hüvelyk (300 mm) középtávolság, horonyméretek: betétacél átmérője plusz 2 hüvelyk szélesség és mélység a födém közepéig, és javítóanyag: nem zsugorodó habarcs vagy gyorsan kötő beton, minimum 4,000 psi (28 MPa) nyomószilárdsággal 24 óránál.

Az eljárás magában foglalja a hornyok fűrészelését a kijelölt helyeken, merőlegesen a hézagra, a beton kitörését a szükséges mélységig, az üreg tisztítását, a betétacél elhelyezését a horonyban, kitöltést gyorsan kötő javítóanyaggal, simítást és utókezelést, valamint a terhelésátadás vizsgálatát FWD-vel. Teljesítményadatok egy 10 éves FHWA tanulmányból: a terhelésátadási hatékonyság átlagosan 30%-ról 80% fölé nőtt, a hézagkitörés átlagosan 0,25 hüvelykről 0,05 hüvelyk alá csökkent, az élettartam 10+ évvel meghosszabbodott, a költség pedig 200-400 USD között van betétacélenként.

Újrabetonozás / Részleges mélységű javítás

Az újrabetonozást akkor alkalmazzák, ha a hézagéle letöredezett, D-repedezéses, vagy kiterjedt tönkremenetel tapasztalható, ahol az epoxi injektálás vagy a DBR önmagában nem elegendő. Az eljárás magában foglalja a hézag mindkét oldalán történő fűrészelést legalább 6 hüvelyk (150 mm) távolságra, a leromlott beton eltávolítását teljes mélységben vagy a szilárd betonig, a felület tisztítását és előkészítését, új betétacélok vagy kötővasak beépítését szükség szerint, új beton beépítését ASTM C928 gyorskötő javítóanyag vagy hagyományos beton felhasználásával, új hézag sík kialakítását vagy fűrészelést a kikeményedés után, és a hézag tömítését.

Anyaglehetőségek: gyorskötő beton az ASTM C928 III. típus szerint (4,000-6,000 psi nyomószilárdság, 1-4 óra kötési idő), nagy korai szilárdságú beton (3,000 psi 12 óra alatt), polimerrel módosított beton (5,000-8,000 psi, 2-6 óra kötés), és magnézium-foszfát beton (3,000-5,000 psi, 30-60 perc kötés).

Poliuretán injektálás (Vízzár)

A poliuretán injektálást szivárgó hideg hézagok vagy aktív vízáramlással rendelkező építési hézagok esetén alkalmazzák. A hidrofób poliuretán vízzel reagálva merev habot képez, hatékony a nagy áramlású szivárgásokhoz. A hidrofil poliuretán vízzel érintkezve megduzzad, rugalmas gélt képezve, hatékony az időszakos szivárgásokhoz. Az eljárás magában foglalja az injektáló furatok fúrását 6-12 hüvelykes távolságban a hézag mentén, pakkerok beépítését, a PU injektálását nyomás alatt (50-300 psi), a vízfolyás másodperceken-perceken belüli leállásával. A tipikus gélesedési idő 15-60 másodperc, katalizátorral állítható. A PU injektálás az elsődleges módszer az aktív vízszivárgások megállítására föld alatti szerkezetekben, alagutakban és víztartó szerkezetekben.

Összevarrás (Vasalás kiegészítés)

Az összevarrás vasalást ad hozzá a hézagon keresztül, ahol a meglévő folytonosság nem elegendő. A rudak jellemzően #5 - #8 (5/8 hüvelyk - 1 hüvelyk átmérőjű), epoxival ragasztva fúrt lyukakba az ASTM C881 szerint a hézagon keresztül a számított távolságban. A beinjektálási mélység 12-24 rúdátmérő (12db-24db) . A kihúzási vizsgálatnak el kell érnie a folyáshatár legalább 80%-át. Az összevarrást olyan szerkezeti falakban, gerendákban vagy lemezekben használják, ahol nem megfelelő a nyíróerő átvitele a hézag síkján keresztül.

Javítási Kiválasztási Mátrix

Fontos szabványhivatkozások