Építési hézag betonban

Definíció és cél

Az építési hézag szándékos, tervezett határfelület két egymást követő betonbedolgozás között. Az ACI CT-16 (Beton Terminológiája) szerint definíciója: “az a felület, ahol két egymást követő betonbedolgozás találkozik; jellemzően tervezett és elhelyezett az építés elősegítésére, vagy a betonbedolgozási műveletek nem szándékos késedelmeinek következtében jön létre.” Az ACI 224.3R-95 (Hézagok betonépítésben) — az ACI elsődleges, a hézagtervezéssel, -építéssel és -karbantartással foglalkozó szakmai jelentése — továbbá úgy határozza meg az építési hézagokat, mint “olyan hézagok, amelyeket az egyes bedolgozások mértékének meghatározására helyeznek el, általában egy előre meghatározott hézagterv szerint. Lehetővé teszik a síkbeli elcsúszást, hacsak nem kötik össze azokat tervezetten.”

Az építési hézag alapvető célja, hogy a betonépítés különálló, kezelhető bedolgozásokban haladhasson, miközben fenntartja a szerkezeti folytonosságot a betonozások között. Egyetlen jelentős méretű betonszerkezet sem helyezhető el monolitikusan — a betonszállítási ütem, a zsaluzat kapacitása, a létszám és a bedolgozó berendezések gyakorlati korlátai mind-mind tervezett megszakításokat tesznek szükségessé. A megfelelően tervezett és kivitelezett építési hézag nyíró-, tengelyirányú és hajlítóerőket ad át a határfelületen keresztül három mechanizmus kombinációjával: adalékanyag-záródás a szándékosan érdesített felületről, nyíró-súrlódás a hézag síkját keresztező vasalásból, valamint kémiai tapadás az új és a régi beton között.

Az építési hézagokat egyértelműen meg kell különböztetni más hézagtípusoktól. Zsugorodási hézagok (más néven vezérelt repedési hézagok) gyenge síkok, amelyeket fűrészeléssel vagy beformázással hoznak létre a zsugorodásból és hőmérsékleti összehúzódásból eredő repedések szabályozására — ezeket repedésre tervezik. Dilatációs hézagok (szigetelő 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 — olyan szerkezeti határfelületek, amelyeknek fenn kell tartaniuk az erőátadás 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 nem kötik össze őket vasalással, 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-súrlódási előírásai szerint kell tervezni, ha nyíróerőt kell átadni, hogy a megszilárdult beton felületét meg kell tisztítani a betonlétől, szennyeződéstől és szennyező anyagoktól, és 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 a nyíró-súrlódási együtthatók értékeit tartalmazza. Szándékosan érdesített, megszilárdult betonra helyezett beton esetén az együttható μ = 1,0λ. Érdesítés nélküli, megszilárdult betonra helyezett beton esetén az együttható μ = 0,6λ-ra csökken — ez 40%-os csökkenés a tervezési nyírókapacitásban.

Tervezett vs. vészhelyzeti építési hézagok

Az építési hézagok két kategóriába sorolhatók a létrejöttük körülményei alapján.

Tervezett építési hézagok szerepelnek a szerződéses rajzokon és beépítésre kerülnek a szerkezeti tervbe. Helyüket a szerkezeti követelmények kielégítése mellett az építési műveletek elősegítésére választják ki. Az ACI 318-19 26.5.6.1(a) szakasza szerint a gerendákban lévő hézagokat jellemzően a keresztező elem szélességének kétszeresével eltolva helyezik el a gerendák vagy oszlopok lapjától. Lemezekben a hézagokat a negyed-fesztávpontok közelében helyezik el, ahol a hajlítónyomatékok a legalacsonyabbak. Oszlopokban a hézagokat legalább 2 hüvelyk (50 mm) távolságra helyezik el az oszlopba becsatlakozó gerendák vagy főtartók alsó síkja alatt. A vasalás folytonosságát a hézagon keresztül a szerkezeti rajzokon tervezik és részletezik, a felület-előkészítést szerződéses követelményként írják elő. A nyíró-súrlódási mechanizmust az ACI 318-19 22.9 szakasza szerint explicit módon ellenőrzik a tervezés során, a szükséges vasalást a következő képlettel számítva: Avf = Vu / (φ fy μ).

Vészhelyzeti (nem tervezett) építési hézagok akkor keletkeznek, amikor egy váratlan megszakítás leállítja a betonozást. Gyakori okok közé tartoznak a 30 percet meghaladó betonszállítási késedelmek, szivattyú- vagy szállítószalag-meghibásodás, vibrátorhiba, hirtelen időjárás-változás – beleértve a heves esőzést –, zsaluzat meghibásodása vagy szivárgása, illetve a beton kezdeti kötésének elérése a bedolgozás befejezése előtt. Amikor egy késedelem vészhelyzeti hézagot tesz szükségessé, a mérnöknek vagy a vizsgálónak azonnal fel kell mérnie, hogy a megszakítás helye elfogadható-e. Az ACI 302.1R (Útmutató betonpadlók és -lemezek építéséhez) szerint a kivitelezőnek zsaluzati válaszfalat kell kialakítania azon a helyen, ahol a beton még bedolgozható. Az így keletkezett hézagot ezután ugyanolyan felület-előkészítéssel kell kezelni, mint a tervezett hézagot — betonlé eltávolítása homokfúvással vagy hidrodemolícióval, valamint érdesítés az 1/4 hüvelykes amplitúdókövetelmény szerint. A szerkezettervező mérnöknek ellenőriznie kell, hogy a vészhelyzeti hézag helye megfelelő-e az adott szakaszon fellépő erők számára, és szükség esetén további vasalást vagy betonacél kapcsokat írhat elő a hézagon keresztül.

A tervezett és vészhelyzeti hézag, valamint a hideghézag közötti kritikus különbség az, hogy a beton elérte-e a kezdeti kötést a következő bedolgozás előtt. Ha a felület még képlékeny és újrakeverhető friss betonnal (normál időjárás esetén körülbelül 30-45 percen belül), akkor egyáltalán nem jön létre hézag — a beton monolit marad. Ha a felület túljutott a kezdeti kötésen (jellemzően 2-4 órával a keverés után), és a felületet megfelelően előkészítették, akkor egy elfogadható építési hézag jön létre. Ha a felület túljutott a kezdeti kötésen, és nem végeztek előkészítést, az eredmény egy hideghézag — egy hiba.

Hézag-előkészítési módszerek

Az ACI 318-19 26.5.6.2(d) szakasza szerint: “Az építési hézagokat meg kell tisztítani, és a betonlét el kell távolítani az új beton bedolgozása előtt.” A betonlé az ACI CT-16 definíciója szerint “a cementanyagból és adalékanyag-finomrészekből származó gyenge anyag rétege, amelyet a felúszó víz a felszínre szállít, vagy a keverékből válik ki a bedolgozás során.” Ez a réteg, jellemzően 1-3 mm vastag, elhanyagolható húzó- és nyírószilárdsággal rendelkezik, és teljesen el kell távolítani a szerkezeti tapadás eléréséhez a betonozások között.

Zöld vágás (nedves kefélés)

A zöld vágást 2-6 órával a betonbedolgozás után alkalmazzák, amikor a beton még a korai szilárdulási szakaszban van, de már elég merev ahhoz, hogy ellenálljon az adalékanyag kimozdulásának. A módszer drótkefézést vagy enyhe vízsugárral történő tisztítást alkalmaz, miután a felúszó víz elpárolgott. Az időzítési ablak kritikus — túl korán alkalmazva kimozdítja az adalékanyagot és károsítja a felületet, túl későn mechanikai módszerekre van szükség. A zöld vágás minden módszer közül a legjobb tapadási eredményeket produkálja, mert eltávolítja a betonlét, miközben az adalékanyag még jól rögzített a cementpépben, így tiszta adalékanyagot tár fel a következő bedolgozással való mechanikai záródáshoz. Kiküszöböli a másodlagos felület-előkészítés szükségességét, és ez az előnyben részesített módszer a vízszintes építési hézagokhoz lemez- és falépítésnél.

Homokfúvás

A homokfúvás sűrített levegővel csiszolóanyagot juttat a betonfelületre. Jellemző alkalmazási paraméterek közé tartozik a 90-100 psi légnyomás a fúvókánál, olyan anyagok, mint a kvarchomok (#8-#30 szemcsenagyság), salak vagy gránát, valamint 2-5 ft²/perc/fúvóka felhordási sebesség enyhe tisztításhoz. Az így kapott felületi érdesség ICRI CSP (Betonfelületi Profil) 3-7 között mozog, az enyhe tisztítás CSP 3-5, a közepes tisztítás CSP 5-7 értéket ér el. Az eltávolítás mélysége jellemzően 1/16-1/8 hüvelyk (1,5-3 mm). Az USBR Best Practices Report (MERL 12-17) nedves homokfúvást ajánl vízszintes építési hézagokhoz a levegőben szálló por csökkentése és a felületi minőség javítása érdekében. A száraz homokfúvás hatékony, de jelentős mennyiségű levegőben szálló kristályos szilícium-dioxidot termel, és az OSHA szabványai szerint légzésvédelmet igényel.

Hidrodemolíció (nagynyomású vizes sugár)

A hidrodemolíció ultramagas nyomású 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 az ép adalékanyagot feltárva hagyja. Ezt a módszert az ACI 546R (Betonjavítási Útmutató) a nagyléptékű hézag-előkészítés előnyben részesített módszereként ismeri el. A mélységszabályozás kiváló, szelektíven 1/4-1 hüvelyk (6-25 mm) felületi anyagot távolít el. Az eredményül kapott felületi profil CSP 5-9 az ICRI 03732 sz. irányelv szerint. A hatékony termelési sebesség 5-30 négyzetméter/óra között mozog a víznyomástól és a beton minőségétől függően. A hidrodemolíció minden mechanikai módszer közül a legjobb tapadási felületet biztosítja, mert tiszta, repedezett adalékanyagot tár fel anélkül, hogy mikrorepedéseket okozna az aljzatban — ellentétben a légkalapácsos vagy véséses módszerekkel, amelyek a felület alatti károsodást okoznak.

Tapadóanyagok

Tapadóanyagokat az előkészített hézagfelületekre hordanak fel közvetlenül az új beton bedolgozása előtt. Az anyaglehetőségek közé tartoznak az epoxi tapadóanyagok (ASTM C881 I/II. típus, 2/3. osztály), amelyek hatékonyak vékony rábetonozásokhoz és szerkezeti javításokhoz; cementhabarcsok (1:1 vagy 1:2 cement-homok arány), amelyeket a száradási idejükön belül kell felhordani; akril/PVA tapadóanyagok (polimerrel módosított), amelyek nem szerkezeti alkalmazásokhoz elfogadhatók; valamint tiszta cementpép, amelynek száradás után nincs tapadási értéke.

Az USBR MERL 12-17 (Betonfelületek előkészítésének legjobb gyakorlata javítások és rábetonozások előtt) kritikus megállapítása, hogy a tapadóanyagok nem ajánlottak olyan szerkezeti javításokhoz és rábetonozásokhoz, ahol nyíróátadás szükséges. A mechanikai záródás a felület érdesítésén keresztül — nem a kémiai tapadás — az elsődleges mechanizmus a nyíróerők átadására építési hézagokon keresztül. Az optimális ICRI CSP szerkezeti hézagokhoz CSP 5-9. Ha a felület túl sima (CSP 1-3), a nyíró tapadás akár 50%-kal csökken. Ha a felület túlzottan érdes (CSP 9+), légüregek és léczárak képződhetnek a határfelületen. Az ASTM D5820 (homokfolt-módszer) szerinti átlagos felületi érdességmélység minimum 0,5 mm legyen nem szerkezeti hézagoknál, és akár 3 mm nyíróerő szempontjából kritikus hézagoknál.

Hideghézag: Definíció és következmények

A hideghézag definíciója: “a beton gyengeségi síkja, amelyet az okoz, hogy friss betont olyan betonhoz helyeznek, amely már megkezdte a kötést (a kezdeti kötés megtörtént), ami a két adag közötti gyenge vagy hiányzó összekeveredést eredményezi.” Míg az építési hézag tervezett, felület-előkészítéssel és nyíróátadásra tervezve, addig a hideghézag nem tervezett — késedelmek, nem megfelelő tervezés vagy berendezés-meghibásodás okozza, és jellemzően hiányzik belőle minden felület-előkészítés.

A hideghézag kialakulásának kritikus időablakát a beton kezdeti kötési ideje határozza meg. Normál időjárás esetén 70°F-on (21°C) a maximálisan elfogadható késedelem az egymást követő betonbedolgozások között 30-45 perc. Meleg időben 90°F-on (32°C) az időablak 20-30 percre szűkül. Hideg időben 40°F-on (4°C) az időablak 45-60 percre bővül. Gyorskötő betonoknál az időablak akár 10-20 perc is lehet. Lassított kötésű keverékeknél akár 60-90 percre is kiterjedhet. Az irányadó szabály: ha a korábban bedolgozott beton elérte a kezdeti kötést (jellemzően 2-4 órával a keverés után, a hőmérséklettől, cementtípustól és víz-cement tényezőtől függően), hideghézag képződik, függetlenül az időzítéstől.

A hideghézagok szerkezeti következményei súlyosak. A tapadási szilárdság csökkenése 40-60% között mozog a megfelelően előkészített építési hézagokhoz képest, az USBR és ACI bizottságok kutatásai szerint. A vízáteresztő képesség növekedése akár 10-szerese a normál értékeknek, mivel a hideghézag folyamatos kapilláris útvonalat hoz létre a határfelület síkja mentén, közvetlen utat biztosítva a víz, kloridok és más agresszív anyagok számára a betonba. A vasalás korróziója felgyorsul, ahogy a kloridok és a nedvesség a hézag síkja mentén vándorolnak a beágyazott acélhoz. Földrengések esetén a hideghézagok preferált törési síkokat hoznak létre, ahol a nyíróátadás nem megfelelő. A szivárgás gyakori probléma a víztartó szerkezetekben, mint a tartályok, tározók és pinceszinti falak, ahol a víz a legkisebb ellenállás útját követi a tapadás nélküli határfelület mentén.

Építési hézagok vizsgálata

Az építési hézagok vizsgálata a betonszerkezet állapotfelmérésének kritikus eleme. A vizsgálatnak meg kell határoznia, hogy a hézag a tervezett módon teljesít-e, fennáll-e hideghézag hiba, és szükséges-e javítás.

Lánchúzásos hangvizsgálat (ASTM D4580)

A lánchúzásos hangvizsgálat nehéz láncokat (több darab 3/8-5/8 hüvelykes lánc, 3-6 láb hosszú) használ, amelyeket a betonfelületen húznak végig. Tiszta csengő hang ép betont jelez, jó tapadással a hézag síkjánál. Tompa puffanás vagy üreges hang delaminációt vagy tapadásvesztést jelez a hézag határfelületén. Csörgő hang sekély delaminációt jelez. Az FHWA Hídvizsgálói Kézikönyve előírja a hídpályalemezek évenkénti lánchúzásos vizsgálatát, különös figyelemmel az építési hézagoktól számított 6 hüvelyken belüli területekre. A WisDOT Szerkezetvizsgálati Kézikönyv szerinti korlátozások közé tartozik a hatástalanság aszfaltburkolatú pályalemezeken, a hiba mélységének meghatározására való képtelenség, a 70 dB feletti háttérzajból adódó interferencia és a kézi működtetés fizikai igénybevétele.

Kalapácsos hangvizsgálat

A kalapácsos hangvizsgálat egy kalapácsot (16-20 oz.) használ, amelyet szabályos időközönként, jellemzően 6 hüvelykes (150 mm) rácsban ütögetnek a részletes vizsgálathoz, vagy véletlenszerű távolságban gyors átszűréshez. Éles csengés ép monolit betont jelez. Tompa puffanás vagy üreges hang delaminációt vagy tapadásvesztést jelez. Dobogó hang kiterjedt elválást jelez a hézag síkjánál. Az ASTM D4580 szerint a kalapácsos hangvizsgálat az elsődleges módszer a hídpályalemezek delaminációjának kimutatására.

Lehúzási tapadásvizsgálat (ASTM C1583)

A lehúzási vizsgálat kvantitatív tapadási szilárdságmérést biztosít építési hézagoknál. A módszer magában foglalja a hézag határfelületén átmenő magfúrást az aljzatot elérő minimális mélységig (jellemzően 2 hüvelyk átmérővel), egy acélkorong ragasztását a felületre nagy szilárdságú epoxival, és hidraulikus húzóterhelés alkalmazását körülbelül 5 psi/másodperc sebességgel a tönkremenetelig. Az átvételi 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. Hídpályalemez rábetonozásokhoz jellemzően 250 psi (1,7 MPa), repülőtéri burkolatjavításokhoz az FAA P-501 szerint 300 psi (2,1 MPa) szükséges.

A tönkremenetel módját minden vizsgálatnál rögzítik: A mód adhéziós tönkremenetel a rábetonozás/aljzat határfelületén (tapadási hiba), B mód kohéziós tönkremenetel az aljzat betonjában, C mód kohéziós tönkremenetel a rábetonozás/javítóanyagban, D mód adhéziós tönkremenetel az epoxi/acélkorong határfelületén (érvénytelen vizsgálat). A kívánt tönkremeneteli típus a B mód, jelezve, hogy a tapadási szilárdság meghaladja az aljzatbeton húzószilárdságát.

Ultrahangos impulzussebesség-mérés (ASTM C597)

Az ultrahangos impulzussebesség (UPV) vizsgálat a betonon áthaladó ultrahangos impulzusok sebességét méri. Amikor az impulzus útja keresztez egy építési hézagot, a sebesség csökken, ha a hézagzónában gyenge a tapadás, üregek vagy delamináció van. Jellemző impulzussebesség ép betonban 3500-4500 m/s között mozog. A 15%-ot meghaladó sebességcsökkenés a hézagon keresztül gyenge minőségű tapadást jelez. A 3000 m/s alatti sebességek üregeket vagy gyenge érintkezést jeleznek a hézag határfelületén. Az UPV vizsgálat hatékony nagy felületek gyors átszűrésére és képes feltérképezni a tapadásvesztési zónák kiterjedését.

Magmintavétel (ASTM C42)

A magmintavétel lehetővé teszi a hézag határfelületének közvetlen megfigyelését. A hézagon keresztül kivett magokat vizuálisan vizsgálják üregek, léczárak, betonlé-rétegek vagy a cementpép tapadásának hiánya szempontjából. Laboratóriumi vizsgálatok magukban foglalhatják a hasításos húzószilárdság vizsgálatát a hézag síkján keresztül és a tapadási szilárdság vizsgálatát az ASTM C1583 szerint. A magvizsgálat azt is feltárja, hogy van-e vasalás a hézagon keresztül, és milyen állapotban van.

Vízszigetelés építési hézagoknál

Az építési hézagok a betonszerkezetek leginkább sérülékeny pontjai vízszigetelési szempontból. Az iparági adatok szerint a betonszerkezetekben előforduló vízszivárgások több mint 90%-a hézagoknál történik, amelyek közül az építési hézagok a leggyakoribb források. A víz behatolása építési hézagokon keresztül a vasalás korróziójához, a beton leromlásához, fagyás-olvadásos károsodáshoz hideg éghajlaton, valamint belső vízkárokhoz vezet az épületekben.

PVC vízzáró szalagok

A PVC vízzáró szalagok a hagyományos vízszigetelő megoldások építési hézagokhoz. Rugalmas lágyított PVC-ből készülnek, megfelelve az ASTM D4314 szabványnak, elérhető profilokkal, beleértve a súlyzó-, bordázott, központi buborékos és szakadóhálós kiviteleket. Szélességük 4-12 hüvelyk (100-300 mm), vastagságuk 3/16-1/2 hüvelyk (5-12 mm) között mozog. A hidrosztatikus besorolás eléri a 200 láb (60 méter) nyomómagasságot a szélességtől és profiltól függően. A beépítés során a vízzáró szalagot 50%-ban a hézag mindkét oldalába ágyazzák, a toldásokat hőhegesztéssel végzik gyárban vagy helyszínen. A fő korlátozás, hogy a PVC vízzáró szalagok könnyen megsérülhetnek a betonbedolgozás során, és a sérülés csak akkor észlelhető, amikor a szivárgás megjelenik. Az általános szabály, hogy a szélesebb, nagyobb vastagságú profilok nagyobb hidrosztatikus ellenállást biztosítanak.

Hidrofil (duzzadó) vízzáró szalagok

A hidrofil vízzáró szalagok vízzel érintkezve megduzzadnak, lezárva a hézagot. Bentonit alapú típusok akár 16-szorosára duzzadnak száraz térfogatukhoz képest vízzel érintkezve, hatékonyak akár 30-50 láb nyomómagasságig, de ciklikus nedves-száraz kitét esetén leromolhatnak. Uretán alapú típusok akár 350%-os duzzadást érnek el az eredeti térfogathoz képest, 24 órás kötési időt igényelnek a betonozás előtt, és a beépítés során szárazon kell tartani őket. Hidrofil gumi szalagok (például a W.R. Meadows WATERSTOP HPW terméke) sima felületet biztosítanak, és hatékonyak nem mozgó építési hézagoknál. A hidrofil rendszerek előnye a PVC-hez képest egyszerűbb beépítés, de korlátozott élettartamúak ciklikus kitét esetén, és a beton kötése előtti idő előtti vízzel való érintkezés károsíthatja őket.

Kristályos vízszigetelő rendszerek

Az integrált kristályos vízszigetelő (ICW) rendszerek saját fejlesztésű 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 vízzáró rendszer), a Xypex (Xypex koncentrátum) és a Penetron (Penetron Admix/Hézagok). Ezek a rendszerek számos előnnyel rendelkeznek a hagyományos vízzáró szalagokkal szemben: öntömítő képesség — a vízzel való érintkezés további kristálynövekedést vált ki az újonnan képződött mikrorepedések kitöltésére; akár 50%-os költségmegtakarítás a PVC-hez vagy bentonitos rendszerekhez képest; egyszerű beépítés, amely nem igényel szakképzett munkaerőt (cementhabarcsként hordják fel); utólagos beépíthetőség meglévő szivárgó hézagokhoz; valamint a betonéval megegyező élettartamú tartósság, amely nem megy át a PVC-t és hidrofil rendszereket érintő leromlási mechanizmusokon.

Injektáló tömlőrendszerek

Az injektáló tömlőrendszerek üreges csövekből (PVC vagy gumi) állnak, amelyeket a hézag mentén helyeznek el a második betonbedolgozás előtt. A beton kikötése után injektálható habarcsot (poliuretán, akril vagy epoxi) szivattyúznak nyomás alatt a tömlőkbe a hézag határfelületén lévő üregek vagy rések kitöltésére. 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 pinceszinti falakat.

Építési hézagok hídpályalemezekben

A hídpályalemez építési hézagokat az AASHTO LRFD Hídtervezési Előírások és az FHWA Hídvizsgálói Kézikönyv szabályozza. Az AASHTO LRFD 5.14 szakasza szerint a hídpályalemezek építési hézagait úgy kell elhelyezni, hogy minimalizálják a szerkezeti kapacitásra gyakorolt hatásukat, minden építési hézagot nyíróátadásra kell tervezni az ACI 318-19 22.9 szakaszával egyenértékű nyíró-súrlódási előírások használatával, és a hézagfelületeket szándékosan érdesíteni kell minimum 1/4 hüvelyk (6 mm) amplitúdóra.

Az AASHTO LRFD 5.14.5.3-1 táblázata meghatározza a minimális vasalást építési hézagokon keresztül: 0,15 in²/ft hosszirányú hézagokhoz és 0,05 in²/ft keresztirányú hézagokhoz. A terhelésátadó betonacél kapcsok jellemzően 1-1,25 hüvelyk átmérőjűek, epoxi-bevonattal, 12-18 hüvelykes tengelytávolsággal.

Az NCHRP Synthesis 319 tanulmány felmérte az állami közlekedési hatóságokat a hídpályalemez hézagok teljesítményéről. A legfontosabb megállapítások szerint a válaszadó hatóságok 60%-a tömítőbetétes tömítéseket használ elsődleges pályalemez hézagrendszerként, 30% szalagtömítéseket, 10% pedig öntött tömítőanyagokat használ. Az építési hézagokat jellemzően a tartóosztás harmadpontjainál helyezik el — nem a tartók felett — a feszültségkoncentrációk minimalizálása érdekében. A pályalemez építési hézagok gyakori leromlási módjai közé tartozik a tömítőanyag kipréselődése és meghibásodása, kiszaggatódás a hézagéleknél, vízszivárgás a hézagokon keresztül a felépítményre, rábetonozások tapadásvesztése az építési hézagok helyén, valamint a vasalás korróziója, amelyet a hézag síkja mentén behatoló klorid-tartalmú víz gyorsít fel.

Az FHWA Hídvizsgálói Kézikönyve előírja, hogy a hídpályalemezeket évente lánchúzásos vizsgálatnak kell alávetni a delamináció kimutatására. Az építési hézagoknál feltételezett delaminációval rendelkező területeket magmintavétellel kell ellenőrizni. Az építési hézagok kopogtatási gyakorisága megköveteli a hézagtól számított 6 hüvelyken belüli vizsgálatot mindkét oldalon. A pályalemez-tartó kapcsolatoknál a hézagfelületek szándékos érdesítése szükséges az FHWA-HIF-12-020 szerinti minimum 1/4 hüvelykes amplitúdóra. Kivételt képeznek az ultranagy teljesítményű beton (UHPC) kapcsolatok, ahol önmagában a csiszolóanyagos fúvás elegendő az UHPC kivételes tapadási tulajdonságai miatt.

Építési hézagok repülőtéri PCC burkolatokban

A repülőtéri portlandcement beton (PCC) burkolatok építési hézagait az FAA AC 150/5370-10H (Repülőterek építésének szabványos előírásai) , P-501 tétel (Cementbeton burkolatok) szabályozza, az ICAO 14. melléklet (Repülőterek, I. kötet — Repülőtér-tervezés és üzemeltetés) által hivatkozott követelményekkel.

Az FAA P-501 négy hézagtípust határoz meg repülőtéri burkolatokhoz: keresztirányú zsugorodási hézagok 15-20 láb távolságban, a lemezvastagság 1/4-éig fűrészelve és tömítve; hosszirányú építési hézagok sávvonalaknál (12,5-25 láb távolságban), betonacéllal összekötve vagy kapcsokkal ellátva; keresztirányú építési hézagok minden napi bedolgozás végén, kapcsokkal a terhelésátadáshoz; valamint dilatációs hézagok szerkezeteknél és keresztmetszet-változásoknál, teljes mélységű összenyomható kitöltőanyaggal.

A betonacél kapcsok követelményei repülőtéri burkolati építési hézagoknál az FAA P-501 szerint: átmérő 1 hüvelyk (25 mm) legfeljebb 12 hüvelyk vastag lemezekhez, 1,25 hüvelyk (32 mm) 12 hüvelyk feletti lemezekhez; hossz 18 hüvelyk (457 mm) ; távolság 12 hüvelyk (300 mm) tengelytávolságban ; anyag epoxi-bevonatos acél az ASTM A775 szerint vagy rozsdamentes acél; beépítési tűrés ±1/2 hüvelyk függőleges és ±1 hüvelyk vízszintes irányban. A hosszirányú összekötő rudak #5 (5/8 hüvelyk) - #6 (3/4 hüvelyk) bordázott acélrudak, Grade 60 (420 MPa), epoxi-bevonattal, 24-36 hüvelykes távolságban.

A hézagtömítés követelményei az FAA P-501 szerint: 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 melegen öntött az ASTM D1190/D3405/D6690 szerint), háttértöltő anyag zártcellás polietilén, a hézag szélességénél 25%-kal nagyobb méretben, tapadásgátló szalag a tároló alján, valamint tömítőanyag mélység-szélesség arány 2:1. Hézagtömítés előkészítése megköveteli a hézagfalak tisztítását és szárítását, a tisztítási módszerek az FAA által jóváhagyott homokfúvás vagy nagynyomású vizes tisztítás, ezt követően sűrített levegős fúvás az összes törmelék és por eltávolítására. Az átvételi kritériumok: látható por, olaj, utókezelő anyag vagy betonlé nem megengedett. A tapadásvizsgálat az ASTM C794 (lehámlási vizsgálat) szerint történik.

Minőség-ellenőrzési vizsgálatok a hézagoknál az FAA P-501 szerint: beton hajlító-húzószilárdság (harmadpontos terhelés) — minimum 650 psi (4,5 MPa) 28 napos korban, egy vizsgálati sorozat 5000 négyzetlábanként; betonacél kapcsok beépítési pontossága — minden 20. kapocs ellenőrzése a tűrésekre; hézagtömítő anyag tapadása — egy vizsgálat 500 lábanként az ASTM C794 szerint; valamint felületi egyenletesség — maximum 1/8 hüvelyk 16 lábban (3 mm 5 méterben) teljes felületre.

Az ICAO 14. mellékletének előírásai szerint a merev burkolatok hézagait úgy kell megtervezni, hogy minimalizálják a hőmérséklet- és nedvességváltozások hatásait, a hézagokon keresztüli terhelésátadási hatékonyság (LTE) ejtősúlyos teherbírásmérővel (FWD) mérve legalább 70% legyen, az építési hézagokat lehetőség szerint a burkolati jelekkel vagy sávvonalakkal egybeesően kell elhelyezni, valamint a hézagtömítő anyagoknak ellenállónak kell lenniük a sugárhajtómű-gázsugárral, üzemanyaggal és jégtelenítő vegyszerekkel szemben.

Megkülönböztetés a szerkezeti repedésektől

Az egyik legfontosabb vizsgálati készség a három, a betonfelületen hasonlóan megjelenhető jelenség helyes megkülönböztetése: a megfelelő építési hézag, a hideghézag és a szerkezeti repedés. Mindegyiknek eltérő jellemzői, következményei és szükséges beavatkozásai vannak.

Az ACI 224R (Repedések szabályozása betonszerkezetekben) repedésszélességi határértékeket határoz meg különböző kitételi körülményekre. Száraz levegő vagy védőmembrán esetén a maximálisan elfogadható repedésszélesség 0,016 hüvelyk (0,41 mm) . Páratartalom, nedves levegő vagy talajérintkezés esetén a határérték 0,012 hüvelyk (0,30 mm) . Jégtelenítő vegyszerek hatásának kitett felületeknél a határérték 0,007 hüvelyk (0,18 mm) . Tengervíz vagy tengervíz-permet esetén a határérték 0,006 hüvelyk (0,15 mm) . Víztartó szerkezeteknél a határérték 0,004 hüvelyk (0,10 mm) . Az ezen határértékeket meghaladó repedések értékelést igényelnek.

Az ismeretlen eredetű hézagszerű jelenségek értékelési protokollja hat lépésből áll. Először tekintse át a szerződéses rajzokat annak megállapítására, hogy a jelenség tervezett építési hézagként szerepel-e. Másodszor, vizsgálja meg a felületi állapotot a betonlé-eltávolítás, érdesítés vagy horonyprofil jelei szempontjából. Harmadszor, mérje meg a szélességet — a 0,016 hüvelyket meghaladó repedések szerkezeti értékelést igényelnek. Negyedszer, ellenőrizze a mozgást — a repedésszélesség terhelés alatti változása aktív szerkezeti repedésre utal. Ötödször, végezzen magfúrást és vizsgálatot — vegyen magot a határfelületen keresztül, és végezzen hasításos húzó- vagy tapadási szilárdságvizsgálatot. Hatodszor, értékelje a terhelésátadást FWD vagy lemezterhelési vizsgálat segítségével a jelenségen keresztül.

Meghibásodott építési hézagok javítása

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

Epoxi injektálás (szerkezeti javítás)

Az epoxi injektálás az ACI RAP-1 (Szerkezeti repedések javítása epoxi injektálással) szerint hideghézagok és meghibásodott építési hézagok szerkezeti helyreállítására szolgál, ahol a beton egyébként ép. Az epoxinak meg kell felelnie az ASTM C881 (Epoxigyanta alapú tapadórendszerek betonhoz szabványos előírása) szabványnak, az I. típus nem teherhordó alkalmazásokhoz, a IV. típus teherhordó szerkezeti javításokhoz való. A tapadási szilárdság 14 napos kötés után meghaladja az 1500 psi értéket. A nyomófolyás 7 nap után meghaladja a 10 000 psi-t a IV. típus esetében. A húzószilárdság 7 nap után meghaladja a 7000 psi-t.

A viszkozitás kiválasztása a hézag szélességétől függ. 1. osztály (alacsony viszkozitás, ≤2000 cps) 0,010 hüvelyk (0,25 mm) alatti hézagokhoz. 2. osztály (közepes, 2000-10 000 cps) 0,010-0,040 hüvelyk (0,25-1,0 mm) hézagokhoz. 3. osztály (nem folyó gél) 0,040 hüvelyk (1,0 mm) feletti hézagokhoz. Az injektálási nyomás jellemzően 40-200 psi kézi szivattyúkhoz vagy 200-1000 psi pneumatikus szivattyúkhoz, a maximális nyomást korlátozva a beton hidraulikus repedésének elkerülése érdekében.

Az injektálási eljárás magában foglalja a hézagfelület tisztítását, injektálási nyílások beépítését 6-12 hüvelykes távolságban a hézag mentén, felületi záró tömítés felhordását (epoxi paszta), epoxi injektálását a legalacsonyabb nyílástól felfelé és kifelé haladva, nyomás tartását amíg a szomszédos nyílásban megjelenik az epoxi, az injektált nyílás lezárását és továbblépést a következőre, 24-72 órás kötési idő biztosítását a hőmérséklettől függően, majd a felület síkra csiszolását. Korlátozások közé tartozik, hogy a hézagnak száraznak kell lennie (vagy nedvességtűrő epoxit kell használni), a hézag nem mozoghat aktívan, és a korrózió által okozott repedéseket nem szabad epoxival injektálni (a korrózió belül folytatódik).

Betonacél kapocs utólagos beépítése

A betonacél kapocs utólagos beépítése (DBR) az FHWA Műszaki Tájékoztató TA 5040.30 és az ACPA DBR Irányelvek szerint előírt burkolati hézagokhoz, ahol a terhelésátadási hatékonyság 60% alatt van, és a hézag elmozdulása 0,1-0,5 hüvelyk (3-12 mm) szerkezetileg ép burkolatban. Az ACPA irányelvek szerinti előírások: kapocs átmérő 1,25-1,5 hüvelyk (32-38 mm) , kapocshossz 18 hüvelyk (457 mm) , kapocstávolság 12 hüvelyk (300 mm) tengelytávolságban , horonyméretek: kapocsátmérő plusz 2 hüvelyk szélesség, mélység a lemez közepéig, valamint javítóanyag: nem zsugorodó habarcs vagy gyorskötő beton, minimum 4000 psi (28 MPa) nyomószilárdsággal 24 óra után.

Az eljárás magában foglalja a hornyok befűrészelését a kijelölt helyeken, a hézagra merőlegesen, a beton kitörését a szükséges mélységig, az üreg tisztítását, a kapocs elhelyezését a horonyban, kitöltést gyorskötő javítóanyaggal, simítást és kötést, valamint a terhelésátadás vizsgálatát FWD-vel. Teljesítményadatok egy 10 éves FHWA-tanulmányból: a terhelésátadási hatékonyság átlagosan 30%-ról 80% fölé nőtt, a hézagelmozdulás átlagosan 0,25 hüvelykről 0,05 hüvelyk alá csökkent, az élettartam 10+ évvel meghosszabbodott, a költség pedig 200-400 dollár kapocsonként.

Újrabetonozás / részleges mélységű javítás

Az újrabetonozást ott alkalmazzák, ahol a hézagél kiszaggatódással, D-repedezéssel vagy kiterjedt leromlással meghibásodott, ahol az epoxi injektálás vagy a DBR önmagában nem elegendő. Az eljárás magában foglalja legalább 6 hüvelyk (150 mm) hosszúságú befűrészelést a hézagtól mindkét oldalon, a leromlott beton eltávolítását teljes mélységig vagy az ép betonig, a felület tisztítását és előkészítését, új kapcsok vagy kötőrudak beépítését szükség szerint, új beton bedolgozását ASTM C928 gyorskeményedő javítóanyaggal vagy hagyományos betonnal, új hézagfelület kialakítását vagy utólagos fűrészelést a kötés után, valamint a hézag tömítését.

Anyaglehetőségek közé tartozik a gyorskötő beton az ASTM C928 III. típus szerint (4000-6000 psi nyomószilárdság, 1-4 órás kötési idő), nagy korai szilárdságú beton (3000 psi 12 óra alatt), polimerrel módosított beton (5000-8000 psi, 2-6 órás kötés), valamint magnézium-foszfát beton (3000-5000 psi, 30-60 perces kötés).

Poliuretán injektálás (vízzárás)

A poliuretán injektálást szivárgó hideghézagok vagy aktív vízszivárgással rendelkező építési hézagok esetén alkalmazzák. A hidrofób poliuretán vízzel reakcióba lépve merev habot képez, hatékony nagy áramlású szivárgásokhoz. A hidrofil poliuretán vízzel érintkezve megduzzadva rugalmas gélt képez, hatékony időszakos szivárgásokhoz. Az eljárás magában foglalja az injektálólyukak fúrását 6-12 hüvelykes távolságban a hézag mentén, pakolók beépítését, PU injektálását nyomás alatt (50-300 psi), a vízáramlás másodperceken-perceken belüli leállásával. A jellemző gélesedési idő 15-60 másodperc, katalizátorral állítható. A PU injektálás az elsődleges módszer az aktív vízszivárgások megállítására pinceszinti szerkezetekben, alagutakban és víztartó szerkezetekben.

Öltögetés (vasalás kiegészítés)

Az öltögetés vasalást ad hozzá egy hézagon keresztül, ahol a meglévő folytonosság nem elegendő. A rudak jellemzően #5-#8 (5/8 hüvelyktől 1 hüvelyk átmérőig), epoxi-habarcsba ágyazva fúrt lyukakba az ASTM C881 szerint a hézagon keresztül, számított távolságban. A beinjektálási mélység 12-24 rúdátmérő (12db-24db) . A kihúzási vizsgálatnak el kell érnie legalább a folyáshatár 80%-át. Az öltögetést szerkezeti falakban, gerendákban vagy lemezekben használják, ahol nem megfelelő a nyíróátadás a hézag síkján keresztül.

Javításválasztási mátrix

Főbb szabványhivatkozások